где xk+1 – фактор, не включенный в число ведущих (для него определяется столбец матрицы X спектра плана ДФЭ2 n - p; xj, xi, xm... – ведущие факторы.
Количество ведущих факторов, входящих в генерирующее соотношение, может быть произвольным, но соотношения для всех
Xji+i должны быть разными.
4. Проверка пригодности полученного спектра плана.
Для этого необходимо построить матрицу базисных функций F и проверить, нет ли в ней совпадающих или полностью противоположных столбцов. Если в матрице F нет совпадающих или противоположных столбцов, полученный спектр плана ДФЭ2n - p пригоден для решения поставленной задачи. В противном случае
выполняются последовательно следующие процедуры до тех пор, |
|
пока не будет обеспечена ортогональность: |
И |
|
|
– выбираются иные генерирующие соотношения; |
|
Д |
|
– изменяется набор ведущих факторов;
– уменьшается степень дробности плана р.
При ограниченных возможностях проведения опытов степень дробности плана сохраняют, а изменяют структуру уравнения регрессии (например, используют иные взаимодействия факторов или исключают какую-либо базисную функцию, соответствующую
одному из взаимодействий высшего порядка). Таким образом, |
||
регулярные планы ДФЭ2n - p оАладают теми же свойствами, что и |
||
планы ПФЭ2n. |
|
б |
|
|
|
|
6.9. Метрологическое обеспечение |
|
|
и |
|
|
экспериментальных исследований |
|
С |
|
|
Важное место в экспериментальных исследованиях занимают измерения.
Измерение − это нахождение физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств.
Суть измерения составляет сравнение измеряемой величины с известной величиной, принятой за единицу (эталон).
Теорией и практикой измерения занимается метрология − наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности [5].
К основным проблемам метрологии относятся: - общая теория измерений;
146
-единицы физических величин (величины, которым по определению присвоено числовое значение, равное единице) и их системы (совокупность основных и производных единиц, образованная в соответствии с некоторыми принципами, например, Международная система единиц − СИ);
-методы и средства измерений (к методам относят совокупность приемов использования принципов и технических средств, применяемых при измерениях и имеющих нормирование метрологических свойств);
-методы определения точности измерений;
-основы обеспечения единства измерений, при которых результаты измерения выражены в узаконенных единицах, а
погрешности измерений известны с заданной вероятностью, что возможно при единообразии средств измеренияИ(средства измерения должны быть проградуированы в узаконенных единицах и их метрологические свойства соответствуютДнормам).
Важнейшие значения в метрологии отводятся эталонам и
образцовым средствам измерений.
К эталонам относятсяАсредства измерений (или комплекс средств измерений), обеспечивающих воспроизведение и хранение единицы с целью передачибее размера нижестоящим средствам измерения.
Образцовые средстваиизмерений служат для проверки по нимизмерений рабочимСсредствам осуществляется государственными и
ведомственными метрологическими органами, составляющими метрологическую службу, их деятельность обеспечивает единство измерений и единообразие средств измерений в стране.
Метрологическая служба связана со всей системой стандартизации в стране, поскольку метрология сама является по существу стандартизацией измерений и одной из основ стандартизации, так как обеспечивает достоверность, сопоставимость показателей качества, закладываемых в стандарты, дает методы определения и контроля таких показателей.
Методы измерения можно подразделить на прямые и косвенные.
При прямых методах измерений искомую величину устанавливают непосредственно из опыта.
147
При косвенных − искомую величину определяют функционально от других величин, полученных прямыми
измерениями, например b = f (a), где b − величина, найденная с
помощью косвенных измерений.
Различают также абсолютные и относительные измерения. Абсолютные измерения − 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. |
|
|
И |
|
При |
совокупных |
измерениях |
одновременно |
измеряются |
несколько одноименных |
величин, а искомую величину при этом |
|||
|
|
Д |
|
|
находят путем решения системы уравнений. |
|
|||
При |
совместных |
измерениях |
одновременно |
проводят |
измерения неодноименных величин для нахождения зависимости между ними.
значения величины непосредственнобАпо отсчетному устройству измерительного пр бора прямого действия (например, измерение массы на циферблатных весах).
Выделяется несколько основных методов измерения.
Метод непосредственной оценки соответствует определению
величину сравнСваютис величиной, воспроизводимой мерой
При использован метода сравнения с мерой измеряемую
(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, воспроизводимой мерой (например, измерения, выполняемые при проверке мер длины сравнением с образцовой мерой на компараторе).
148
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 меры измеряется с использованием совпадения отметок шкал или периодических
сигналов. |
|
|
|
|
|
Неотъемлемой |
частью |
экспериментальных |
исследований |
||
|
|
И |
|
|
|
являются средства измерений, т.е. совокупность технических |
|||||
средств, имеющих |
нормированные погрешности, |
которые |
дают |
||
|
|
Д |
|
|
|
необходимую информацию для экспериментатора. |
|
|
|
||
К средствам измерений относят меры, измерительные |
|||||
приборы, установки и системы. |
|
|
|
|
|
Простейшим |
средством |
измерения |
является |
мера, |
|
предназначенная для воспроизведения физической величины заданного размера.
Измерительным при ором называют средство измерения, |
|
и |
|
предназначенное для полученияАопределенной информации об |
|
изучаемой величине в удо ной для экспериментатора форме. В этих |
|
С |
|
приборах измеряемая велбч на преобразуется в показание или |
|
сигнал. Они состоят з двух основных узлов: |
воспринимающего |
сигнал и преобразующего в показание. |
|
Приборы классифицируют, например, по |
способу отсчета |
значения измеряемой величины на показывающие и регистрирующие. Приборы также классифицируют по точности измерения, стабильности показаний, чувствительности, пределам измерения и др.
Измерительная установка (стенд) представляет собой систему, состоящую из основных и вспомогательных средств измерений, предназначенных для измерения одной или нескольких величин. Установки включают в себя различные средства измерений и преобразователи, предназначенные для одноили многоступенчатого преобразования сигнала до такого уровня, чтобы можно было зафиксировать его измерительным механизмом.
149
Измерительные установки могут вырабатывать также сигналы, удобные для автоматической обработки результатов измерений.
Измерительные приборы (отсчетные устройства)
характеризуются:
-величиной погрешности;
-точностью;
-стабильностью измерений;
-чувствительностью.
Погрешности |
приборов |
бывают |
абсолютными |
и |
||||
относительными. |
|
|
|
|
|
|
|
|
Под абсолютной погрешностью измерительного прибора |
||||||||
принимается величина |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
b = ±(xИ − xД ), |
|
|
(6.24) |
|||
|
|
|
|
Д |
|
|
|
|
где xИ − показания прибора (номинальное значение измеряемой |
||||||||
величины); xД |
− действительное значение |
измеренной |
величины, |
|||||
|
|
|
А |
И |
|
|
||
полученное более точным методом. |
|
|
|
|||||
Погрешность средства измерения − одна из важнейших его |
||||||||
|
|
б |
|
|
|
|
|
|
характеристик. Она возникает вследствие недоброкачественных |
||||||||
материалов, |
комплектующих |
изделий, |
применяемых |
для |
||||
|
и |
|
|
|
|
|
|
|
приготовления приборов; плохого качества изготовления приборов; |
||||||||
неудовлетворительной эксплуатации и др. |
|
|
|
|
||||
Существенное |
вл ян е оказывают градуировка |
шкалы |
и |
|||||
периодическая поверка пр боров. Кроме этих систематических погрешностей возникают случайные, обусловленные сочетаниями случайных факторов, − ошибки отсчета.
Таким образом, необходимо рассматривать не какие-либо |
|
отдельные, а суммарныеСпогрешности приборов. |
|
Относительная погрешность определяется отношением |
|
bОТН = ± (xИ − xД ) 100% . |
(6.25) |
xД |
|
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 диапазоны измерений и показаний прибора совпадают).
150