Реферат: Планирование эксперимента

Теорией и практикой измерения занимается метрология – наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности.

Важнейшие значения в метрологии отводятся эталонам и образцовым средствам измерений. К эталонам относятся средства измерений (или комплекс средств измерений), обеспечивающих воспроизведение и хранение единицы с целью передачи ее размера нижестоящим средствам измерения. Эталоны выполнены по особой спецификации. Образцовые средства измерений служат для проверки по ним рабочих (технических) средств измерения, постоянно используемых непосредственно в исследованиях.

Передача размеров единиц от эталонов или образцовых средств измерений рабочим средствам осуществляется государственными и ведомственными метрологическими органами, составляющими метрологическую службу, их деятельность обеспечивает единство измерений и единообразие средств измерений в стране[4, с. 259].

Методы измерений можно подразделить на прямые и косвенные. При прямых измерениях искомую величину устанавливают непосредственно из опыта, при косвенных – функционально от других величин, определенных прямыми измерениями.

Различают также абсолютные и относительные измерения. Абсолютные – это прямые измерения в единицах измеряемой величины; относительные измерения представляют собой отношение измеряемой величины к одноименной величине, играющей роль единицы или измерения этой величины по отношению к одноименной, принимаемой за исходную.

В исследованиях применяются совокупные и совместные измерения. При совокупных измерениях одновременно измеряются несколько одноименных величин, а искомую величину при этом находят путем решения системы уравнений. При совместных измерениях – одновременно проводят измерения неодноименных величин для нахождения зависимости между ними.

Выделяется несколько основных методов измерения.

Метод непосредственной оценки соответствует определению значения величины непосредственно по отсчетному устройству измерительного прибора прямого действия (например, измерение массы на циферблатных весах). При использовании метода сравнения с мерой измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой (например, измерение массы на рычажных весах с уравновешиванием гирями). При методе противопоставления осуществляется сравнение с мерой (измеряемая величина и величина, воспроизводимая мерой, одновременно воздействуют на прибор, с помощью которого устанавливается соотношение между этими величинами, как, например, при измерении массы на равноплечных весах с помещением измеряемой массы и гирь на двух противоположных чашках весов). При дифференциальном методе на измерительный прибор воздействует разность измеряемой и известной величины, производимой мерой (например, измерения, выполняемые при проверке мер длины сравнением с образцовой мерой на компараторе). При нулевом методе результирующий эффект воздействия величины на прибор доводят до нуля (например, измерение электрического сопротивления мостом с полным его уравновешиванием). При методе замещения измеренную величину замещают известной величиной, воспроизводимой мерой (например, взвешивание с поочередным помещением измеряемой массы и гири на одну и ту же чашку весов). При методе совпадений разность между измеряемой величиной и величиной воспроизводимой мерой измеряется с использованием совпадения отметок шкал или периодических сигналов[4, с. 262].

Неотъемлемой частью экспериментальных исследований являются средства измерений, т.е. совокупность технических средств, имеющих нормированные погрешности, которые дают необходимую информацию для экспериментатора. К средствам измерений относят меры, измерительные приборы, установки и системы.

Измерительные приборы (отсчетные устройства) характеризуются величиной погрешности и точности, стабильностью измерений и чувствительностью. Погрешность средства измерения – одна из важнейших его характеристик. Она возникает вследствие недоброкачественных материалов, комплектующих изделий, применяемых для приготовления приборов; плохого качества изготовления приборов; неудовлетворительной эксплуатации и др. Существенное влияние оказывают градуировка шкалы и периодическая проверка приборов. Кроме этих систематических погрешностей возникают случайные, обусловленные сочетаниями различных случайных факторов – ошибками отсчета, параллаксом, вариацией и т.д. Таким образом необходимо рассматривать не какие-либо отдельные, а суммарные погрешности приборов. Погрешности приборов бывают абсолютными и относительными. Суммарные погрешности, установленные при нормальных условиях, называют основными погрешностями прибора.

Диапазоном измерений называют ту часть диапазона показаний прибора, для которой установлены погрешности прибора (если известны погрешности прибора, то диапазон измерений и показаний прибора совпадает).

Разность между максимальным и минимальным показаниями прибора называют размахом. Если эта величина непостоянная, т.е. если при обратном ходе имеется увеличение или уменьшение хода, то эту разность называют вариацией показаний W. Величина W – это простейшая характеристика погрешности прибора. Другой характеристикой прибора является его чувствительность, т.е. способность отсчитывающего устройства реагировать на изменения измеряемой величины. Под порогом чувствительности прибора понимают наименьшее значение измеренной величины, вызывающее изменение показания прибора, которое можно зафиксировать.

Основной характеристикой прибора является его точность. Она характеризуется суммарной погрешностью. Средства измерения делятся на классы точности. Класс точности – это обобщенная характеристика, определяемая пределами основной и дополнительных допускаемых погрешностей, влияющих на точность.

Стабильность (воспроизводимость прибора) – это свойство отсчетного устройства обеспечивать постоянство показаний одной и той же величины. Со временем в результате старения материалов стабильность показаний приборов нарушается.

Все средства измерения проходят периодическую проверку на точность. Такая проверка предусматривает определение и по возможности уменьшение погрешностей приборов. Проверка позволяет установить соответствие данного прибора регламентированной степени точности и определяет возможность применения для данных измерений[4, с. 266].

5.  ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ В НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЯХ

Электронно-вычислительная машина (ЭВМ) является устройством, предназначенным для выполнения вычислительных и логических операций в соответствии с программой, управляющей ее работой.

ЭВМ подразделяются на универсальные и специализированные. Универсальные ЭВМ используются для решения любых задач, если они имеют алгоритм. Специализированные ЭВМ предназначены для задач определенного назначения (управляющие, информационные и др.).

Цифровые ЭВМ обрабатывают вводимую в них информацию (данные) в дискретной форме в виде последовательных операций (арифметических и логических) в соответствии с заранее подготовленной программой. После введения в память машины программа управляет работой ЭВМ с учетом полученной информации (данных). Программа и данные вводятся в машину при помощи устройства ввода. Результат решения задач выдается пользователю в той или иной форме при помощи устройства вывода. Последовательность операций, определенная программой, выдерживается при помощи устройства управления. Выбрав очередную команду из устройства памяти ЭВМ, управляющее устройство готовит арифметически-логическое устройство для выполнения соответствующей операции, указывает адреса ячеек памяти, из которых в арифметически-логическое устройство должны поступить необходимые данные. Результат выполнения операции вводится в память. После выполнения всей программы по заказу пользователя результаты выдаются в виде распечатки (таблицы) или выводятся на экран дисплея. Устройства памяти ЭВМ подразделяются на основную (оперативную) или основное запоминающее устройство и внешнее запоминающее устройство. В этих устройствах хранятся программа, исходные, промежуточные и окончательные результаты. Основной характеристикой основного запоминающего устройства является емкость.

Устройство управления, арифметически-логическое устройство и память составляют центральный процессор ЭВМ, обеспечивающий управление последовательностью команд программы, выполнение арифметических и логических операций, вывод данных и ввод результатов в память.

Вычислительная машина также содержит разнообразные по своим функциям и принципам работы периферийные устройства. Сюда входят устройства, предназначенные для хранения объемов информации, устройства ввода в ЭВМ и вывода из нее информации для регистрации на носителях в виде печати, перфорации и т.д. или путем индикации на экран (устройства ввода-вывода).

Известные в настоящее время устройства ввода информации можно разделить на две группы: ручные и автоматические.

В группу устройств ручного ввода входят пульты управления ЭВМ, электрифицированные пишущие машинки, дисплеи и др.

В группу автоматических устройств входят устройства для считывания информации с промежуточного носителя и устройства непосредственного ввода.

К устройствам ввода с промежуточного носителя информации относятся устройства считывания информации с перфокарт, перфолент и магнитных лент. К автоматическим устройствам непосредственного ввода информации относятся устройства, считывающие информацию со специальных бланков, с печатного текста и с графиков. Ведутся интенсивные разработки устройства ввода информации с голоса. К автоматическим устройствам непосредственного ввода относятся также устройства приема информации с линий связи.

Устройства вывода информации подразделяются на устройства вывода: цифровой информации на промежуточный носитель; на разного рода экраны (графопостроители, печатающие устройства); на внешнюю среду (устройства выдачи данных в линии связи и др.).

Страницы: 1, 2, 3, 4