Экзаменационные вопросы по естествознанию физика (стр. 3 из 13)

Погрешности, имеющие место при нормальных условиях применения прибора, называются основными, погрешности, вызванные отклонениями влияющих величин от нормальных, называются дополнительными.

При измерении достоянных величин погрешности являются статическими, при измерении изменяющихся во времени величин к ним добавляются динамические составляющие погрешности.

Погрешность в системах автоматического регулирования — разность между заданным и действительным значениями регулируемой величины в процессе регулирования. Погрешность в любой момент времени можно рассматривать как сумму погрешности в установившемся режиме (статическая) и погрешности в переходном процессе (динамическая). При статистическом анализе качество работы САР оценивают по критериям, связанным с вероятностными характеристиками погрешностей, например, по минимуму среднеквадратичной ошибки.

3. Средства измерений в познании мира.

Основные метрологические характеристики средств измерений;

методы измерений, методические и инструментальные погрешности

Для того чтобы можно было выяснить физическую сущность явлений, необходимо численно оценивать параметры этих явлений, необходимо эти параметры измерять. Соотношения численных оценок различных параметров, относящихся к явлению, позволяет понять взаимосвязь этих параметров для разных условий. Такая оценка может быть произведена с помощью средств измерения, каждое из которых предназначено для измерения (численной оценки) определенной физической величины.

К основным метрологическим характеристикам средств измерений относятся диапазон измерений и цена деления шкалы измерительного прибора.

Диапазон измерений — это разность между наибольшим и наименьшим значениями измеряемой величины.

Ценз деления шкалы измерительного прибора — это значение измеряемой величины между двумя соседними отметками его шкалы. Зачастую приборы делают многошкальиыми и с переключением диапазонов показаний.

Измерение является важнейшим понятием в метрологии. Это организованное действие, выполняемое для количественного определения свойств физического объекта.

По характеру зависимости измеряемой величины от времени измерения разделяются на:

Статические, при которых измеряемая величина остается постоянной во времени;

динамические, в процессе которых измеряемая величина меняется.

По способу получения результатов измерений их разделяют на прямые, косвенные, совокупные и совместные:

Прямые — это измерения, при которых искомое значение физической величины находят непосредственно из опытных данных. Прямые измерения можно выразить формулой:

Q = X, (5)

где Q — искомое значение измеряемой величины, а Х — значение, непосредственно получаемое из опытных данных.

При прямых измерениях измеряемую величину сравнивают с мерой непосредственно или с помощью измерительных приборов, градуированных в требуемых единицах. Примеры: измерение размеров масштабной линейкой, массы при помощи весов и т. п. Прямые измерения широко применяются в машиностроении при измерений размеров деталей, а также при контроле технологических процессов.

Косвенные — это измерения, при которых искомую величину определяют на основе известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям. Значение измеряемой величины находят путем вычисления по формуле:

Q = f (X₁, X₂, X₃ …) (6)

где Q — искомое значение косвенно измеряемой величины, а X₁, Х₂, Х₃... — значения величин, измеренных прямым способом.

Примерами являются: нахождение удельного электрического сопротивления проводника по его сопротивлению, длине и площади поперечного сечения; определение высоты самолета по значению барометрического давления атмосферы.

Совокупные — это производимые одновременно измерения нескольких одноименных величин, при которых искомую величину определяют решением системы уравнений, получаемых при прямых измерениях различных сочетаний этих величин. Примером является определение массы отдельных гирь по результатам прямых сравнений масс различных сочетаний гирь.

Совместные — это производимые одновременно измерения двух или нескольких не одноименных величии для нахождения зависимостей между ними. Примером является измерение электрического сопротивления резистора при изменении температуры.

По способу выражения результатов измерений различают абсолютные и относительные измерения.

Абсолютными называются измерения, которые основаны на прямых измерениях одной или нескольких основных величин.

Примером абсолютных измерений являются определение длины в метрах, величины тока в амперах, ускорения в метрах на секунду в квадрате.

Относительными называются измерения отношения величины к одноименной величине, играющей роль единицы, или измерения величины по отношению к одноименной величине, принимаемой за исходную (например, к диапазону измерений или к текущему значению измеряемой величины).

Примером относительных измерений является измерение относительной влажности воздуха.

Основными характеристиками измерений являются: принцип измерений, метод измерений, погрешность, точность, правильность и достоверность.

Различают также контактный и неконтактный способы измерений.

Принцип измерений — физическое явление или совокупность физических явлений, положенных в основу измерений. Например, измерение температуры с использованием термоэлектрического эффекта.

Метод измерений — совокупность приемов использования принципов средств измерений. Средствами измерений являются используемые технические средства, имеющие нормированные метрологические погрешности.

Точность измерений есть величина, обратная модулю относительной погрешности:

(7)

Измерительное устройство — средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи, преобразования и (или) использования в автоматических системах управления.

Измерительные приборы — средства измерений, дающие возможность непосредственно отсчитывать значения измеряемой величины. В аналоговых измерительных приборах отсчитывание производится по шкале, в цифровых — по цифровому отсчетному устройству. Показывающие измерительные приборы предназначены только для визуального отсчитывания, регистрирующие снабжены устройством записи: на бумаге, на магнитной ленте или в электронной памяти.

5. Случайность как непознанная закономерность. Случайные

и систематические погрешности, их учет и устранение

Всякое измерение неизбежно связано с погрешностями.

Погрешность измерений — разность между полученным при измерении X' и истинным Q значениями измеряемой величины. Погрешность измерения

определяется формулой:

D=X'-Q. (8)

Погрешность измерений вызывается несовершенством методов и средств измерений, непостоянством условий наблюдения, а также недостаточным опытом наблюдателя или особенностями его органов чувств.

Погрешности, связанные с несовершенством метода измерения, называют методическими.

Погрешности, связанные с несовершенством инструмента измерения, называют инструментальными.

Различают систематические, случайные и грубые погрешности измерений.

Погрешности, причины которых известны и которые могут быть так или иначе скомпенсированы или учтены, например, путем экспериментального определения ошибок, называют систематическими. К ним относятся погрешности, порожденные несовершенством метода, неточной градуировкой прибора, неправильной установкой измерительной аппаратуры.

Погрешности, обусловленные результатом влияния неконтролируемых факторов, называют случайными.

Случайные погрешности не являются от природы чем-то принципиально непознаваемым. Любая случайная погрешность должна рассматриваться как следствие совокупности конкретных причин, учет которых позволил бы в принципе скомпенсировать или устранить соответствующие составляющие погрешности. Однако этому препятствуют трудности определения этих причин (например, трудности учета всей совокупности метеоусловий на скорость распространения радиоволн) или дороговизна построения соответствующих компенсаторов ошибок. Поэтому в этих случаях погрешности считаются случайными и они оцениваются методами математической статистики по данным многократных измерений.

Грубые ошибки (промахи) являются результатом неисправности средств измерения или резкими изменениями условий измерений. К числу последних относятся сбои и выбросы. При обработке измерений промахи, как правили, отбрасывают.

Погрешность в любой момент времени можно рассматривать как сумму погрешности в установившемся режиме (статическая) и погрешности в переходном процессе (динамическая). Статические погрешности являются в большей части детерминированными, причины их появления в процессах измерения чаще всего известны, но учет всех причин и их компенсация стоят дорого, поэтому часть этой ошибки воспринимается как случайная. Динамические погрешности связаны с внешними возмущениями, появление которых само по себе носит случайный характер, поэтому их приходится рассматривать как случайные.