Лабораторная работа № 4

ОБРАБОТКА НЕРАВНОРАССЕЯННЫХ РЯДОВ НАБЛЮДЕНИЯ

Цель работы: ознакомить с работой установки МЛИ-2; изучить методы обработки неравнорассеянных рядов наблю­дения.

Приборы: установка МЛИ-2.

Теоретические сведения

В практике исследовательских работ часто встречаются си­туации, когда необходимо найти наиболее достоверное значение величины и оценить его возможные отклонения от истинного зна­чения на основании измерений, проводимых разными наблю­дателями с применением измерительных средств и методов изме­рений в различных лабораториях или условиях внешней среды.

Ряды получающихся при этом результатов наблюдений называются неравнорассеяниыми, если оценки их дисперсий зна­чительно отличаются друг от друга, а средние арифметические являются оценками одного и того же значения измеряемой величины.

Если средние неравнорассеянных рядов наблюдений мало отличаются друг от друга, то говорят о высокой воспроизводи­мости измерений, которая количественно характеризуется па­раметрами рассеивания результатов.

Рассмотрим некоторые случаи, приводящие к необходимо­сти обработки результатов неравнорассеянных измерений:

1. Если при точных измерениях необходимо убедиться в отсутствии неисключенных систематических погрешностей, то измерения проводятся несколькими исследователями или груп­пами исследователей. Если средние арифметические получен­ных рядов наблюдений незначительно отличаются друг от друга и ничто не указывает на наличие систематических погрешностей,

то заманчиво объединить все полученные результаты и на основе их математической обработки получить более достоверные сведения об измеряемой величине.

2. Аналогичные измерения были выполнены в разных лабораториях' различными методами, и получены отличающиеся друг от друга результаты. Естественно, и в этом случае, исполь­зуя все имеющиеся данные, попытаться получить более дос­товерные значения измеряемых величин.

3. Измерения, относящиеся к образцовым мерам и измери­тельным приборам, часто повторяются через некоторое время. В конце концов, накапливаются ряды наблюдений и возникает не­обходимость объединить их. Точность рядов наблюдений раз­лична, с одной стороны, из-за того, что для впервые проводи­мых измерений характерно большее рассеивание результатов, а с другой - из-за того, что с течением времени средства измерения стареют или заменяются новыми.

Во всех описанных ситуациях приходится прибегать к ме­тодам обработки результатов неравнорассеянных рядов наблюде­ний, задача которых в общем случае заключается в нахождении наиболее достоверного значения измеряемой величины и оценки воспроизводимости измерений.

Описание прибора

1. На рис. 1 показано изображение передней панели уста­новки с органами управления и индикации. _

2. Установка представляет собой настольную конструкцию с наклонной передней панелью. На передней панели показано услов­ное отображение нагреваемого объекта и измерителей температуры в виде стандартных термометров, для проведения измерений ис­пользуются один образцовый и пять рабочих термометров.

3. На задней панели корпуса размещены клавишный пере­ключатель коммутации сетевого питания, предохранитель, шнур сетевого питания, клемма заземления, маркированная знаком « », и переменные резисторы введения погрешности в показания тем­пературы рабочих термометров. На рис. 2 представлено изображе­ние задней панели с органами.

Рис. 1. Установка МЛИ-2:

1 - переключатель режима нагрева объекта; 2 - переключатель рабочих

термометров; 3 - регулятор плавного изменения температуры объекта;

4 - индикатор рабочего термометра; 5 - индикатор образцового термометра;

б • индикатор секундомера; 7 - кнопка пуска секундомера и включения

режима динамического изменения температуры; 8 - кнопка остановки

секундомера и режима динамического изменения температуры;

9 - кнопка сброса показаний секундомера и установки начальных

условий режима динамического изменения температуры

Рис. 2. Задняя панель с органами управления и коммутации:

1- сетевой переключатель; 2-6 регуляторы изменения моделируемой температуры управления и коммутации

4. Принцип работы установки заключается в моделирова­нии тепловых процессов эквивалентными электрическими процессами. Для этой цели вместо нагреваемого объекта и датчиков температуры используются генераторы напряжений с ручным и автоматическим изменением значения выходного напряжения и вольтметры.

5. В качестве генератора напряжения с ручным изменением значения выходного напряжения используются источник напря­жения постоянного тока и сдвоенный переменный резистор. На­пряжения, снижаемые о подвижных выводов отдельных резисто­ров, через переключатель режимов работы поступают на вольт­метры в штате АЦП, где измеренное напряжение преобразуется в цифровую форму.

Напряжение, снимаемое с одного резистора, принимается за опорное и отображается на 4-разрядном индикаторе, соответ­ствующем образцовому термометру. Напряжение, снимаемое с другого резистора, находящегося на общей оси с первым рези­стором, и изменяемое с помощью добавочных резисторов, ком­мутируемых переключателем рабочих термометров, отображает­ся на 3-разрядном индикаторе, соответствующем рабочему тер­мометру.

Добавочные переменные резисторы в цепи рабочих термо­метров позволяют ввести искусственную дополнительную по­грешность в показания рабочих термометров.

6. При работе в режиме динамического изменения изме­ряемого напряжения в качестве источников напряжений используется цифровые генераторы пилообразного и косинусоидального напряжения. Вид изменяемого напряжения устанавливается переключателем выбора режима работы, коммутирующего вы­ходные напряжения платы генераторов. Период изменения на­пряжения не регулируется и определяется внутренними связями генераторов.

7. Запуск генераторов осуществляется командой, форми­рующий кнопкой ПУСК. Одновременно с началом работы гене­ратора включается секундомер, контролирующий время работы генератора. Показания секундомера, образцового и рабочего тер­мометров периодически фиксируются и сохраняются в течение интервала хранения измеренных значений. Циклограмма измере­ния температуры в режиме динамического изменения содержит интервал измерения (20-22 с) и интервал хранения измеренных значений (5-6 с). Начало интервала хранения индицируется зву­ковым сигналом. При этом в течение интервала хранения работа генератора и секундомера не прекращается.

8. Остановка генераторов и секундомера происходит по команде, формируемой кнопкой СТОП. Время нахождения гене­ратора в состоянии остановки не ограничено. После повторного запуска генератор начинает работу с напряжения, сформирован­ного на момент остановки.

9. Сброс показаний секундомера и установка генераторов в исходное состояние происходят при нажатии кнопки СБРОС. По­скольку при установке генераторов в исходное состояние происхо­дит перезаряд интегрирующих конденсаторов на выходах генерато­ров, необходимо выдерживать определенный интервал времени (10-15 с) до момента последующего запуска генераторов.