Методи графічного зображення результатів експерименту

Проведення експерименту

Проведення експерименту є найважливішим і найбільш трудомістким етапом НДР. Експериментальні роботи проводяться відповідно до плану-програми і методики експерименту.

Обов'язковою вимогою проведення експерименту є ведення журналу. Форма журналу може бути довільною, але з максимальною фіксацією усіх факторів. У журналі відзначають тему НДР і тему експерименту, прізвище виконавця, час і місце проведення експерименту, характеристику навколишнього середовища (чи умов проведення експерименту), дані про об'єкт експерименту і за­соби виміру, результати спостережень тощо.

При проведенні експерименту виконавець повинний безупин­но стежити за засобами вимірів: стійкістю апаратів і установок, вірністю їх показань, характеристиками навколишнього середовища.

Одночасно з проведенням вимірів виконавець мусить проводити попередню обробку результатів і їх аналіз з метою контролювання досліджуваного процесу та корегування експерименту.

У процесі експериментальних робіт необхідно дотримуватись вимог інструкцій з промсанітарії, техніки безпеки, пожежної безпеки тощо.

При обробці результатів вимірів і спостережень широко використовують методи графічного зображення, так як дані, представлені в табличній формі, не дозволяють наочно характеризувати закономірності досліджуваних процесів.

Графічне зображення дозволяє краще зрозуміти фізичну сутність досліджуваного процесу, виявити загальний характер функціональної залежності досліджуваних змінних величин, встановити наявність максимуму і мінімуму функції.

Після статистичної обробки результатів вимірів і оцінки ступеня точності необхідно звести їх в таблиці для аналізу з наступною обробкою графічними методами.

Для графічного зображення результатів вимірів (спостережень), як правило, застосовують систему прямокутних координат. Якщо аналізується графічним методом функція у = f(х), то наносять у системі прямокутних координат значення х₁у₁, х₂у₂ ...., х_nу_n (див. рис. 1.1).

Перш ніж будувати графік, необхідно знати хід досліджуваного явища. Як правило, якісні закономірності і форма графіка експериментатору орієнтовно відомі з теоретичних положень точки на графіку необхідно з'єднувати плавною лінією так, щоб вона по можливості ближче підходила до всіх експериментальних точок.

Рис. 1.1. Графічне зображення функції у =f(х)

1 - крива за результатами безпосередніх вимірів;

2 - плавна крива.

Якщо з'єднати точки прямими відрізками, то одержимо ламану криву, що характеризує зміну функції за даними експерименту. Звичайно функції мають плавний характер. Тому при графічному зображенні результатів вимірів варто проводити між точками плавні криві. Різке скривлення графіка вказує на похибки вимірів. Якби експеримент повторювали з застосуванням засобів вимірів більш високої точності, то одержали б менші похибки, а ламана крива більше б відповідала плавній кривій

Однак можуть бути виключення. Так, іноді досліджується явище, для якого у визначених інтервалах спостерігається швидка стрибкоподібна зміна однієї з координат (рис. 1.2). Це обумовлюється сутністю фізико-хімічних процесів, наприклад, фазовими перетвореннями вологи при дослідженні систем, що промерзають.

х

Рис. 1.2. Графічне зображення функції у = f(х), при наявності стрибка.

І

У таких випадках необхідно особливо ретельно з'єднати точки кривої може привести до того, що стрибок функції підмінюється похибками вимірів.

Іноді при побудові графіка одна-дві точки різко віддаляються від кривої. Спочатку потрібно проаналізувати фізичну сутність явища і, якщо немає підстави думати про наявність стрибка функції, то таке різке відхилення можна пояснити грубою помилкою (промахом) експерименту. У таких випадках необхідно повторити вимір у діапазоні різкого відхилення точок. Якщо колишній вимір виявився помилковим, то на графік наносять нову точку. Якщо ж повторні виміри дадуть колишнє значення, необхідно до цього інтервалу кривої віднестися дуже уважно й особливо ретельно проаналізувати фізичну сутність явища.

При графічному зображенні результатів експериментів велику роль грає вибір системи координат чи координатної сітки_.. Координатні сітки бувають рівномірними і нерівномірними. У рівномірних координатних сіток ординати й абсциси мають рівномірну шкалу. Наприклад, у системі прямокутних координат довжина одиничних відрізків, що відкладаються, на обох вісях однакові. З нерівномірних координатних сіток найбільш поширені напівлогарифмічні, логарифмічні, імовірні. Напівлогарифмічна сітка має рівномірну ординату і логарифмічну абсцису. Логарифмічна координатна сітка має обидві логарифмічні (рис 1.3.). Імовірна ординату, звичайну рівномірну, і абсцису імовірну (рис.1.4).

Призначення нерівномірних сіток різне. У більшості випадків їх застосовують для більш наочного зображення функцій. Функція у = f(х), має різну форму на різних сітках. Так, багато криволінійних функцій спрямляють на логарифмічних сітках. Велике значення в практиці графічного зображення експериментальних даних має імовірна сітка, яка застосовується в різних випадках: при обробці вимірів для оцінки їхньої точності; при визначенні розрахункових характеристик (розрахункової вологості, розрахункових значень модуля пружності ґрунту, міжремонтних термінів служби вузлів і деталей машин і т.д.) тощо.

Іноді в процесі обробки експериментальних даних графічним способом будують розрахункові графіки, що прискорює перебудування по одній змінній інші. При цьому істотно підвищуються вимоги до точності креслення функцій на графіку.

Викреслюючи розрахункові графіки, необхідно керуватися наступними практичними рекомендаціями. В залежності від числа змінних потрібно вибрати координатну сітку і визначити вид графіка: одна крива, сімейство кривих чи серія сімейств. Великого значення набуває вибір масштабу графіка, що зв'язано з розмірами креслення і відповідно з точністю значень, що знімаються з нього. Відомо, що чим крупніше масштаб, тим вище точність значень, що знімаються. Однак, як правило, графіки не перевищують розмірів 20x15 см, що є зручним для складання звітів. Лише в окремих випадках використовують графіки великих розмірів.

Досвід показує, що застосовування міліметрового паперу для креслення графіків у межах розмірів 15... 20 см дає похибку +0,1 - 0,2 мм. Вочевидь, що точність вимірів може бути вище точності значень, що знімаються з графіка. Масштаб по координатних вісях звичайно застосовують різний. Від вибору його залежить форма графіка - він може бути плоским (вузьким) чи витягнутим (широким) уздовж вісі (рис. 1.5). Вузькі графіки дають велику похибку по вісі У, широкі – по вісі Х.

х

Рис. 1.5. Форма графіка в залежності від масштабу: 1) плоска; 2) розширена; 3) нормальна

Як видно, вірно підібраний масштаб (нормальний графік) дозволяє істотно підвищити точність відліків.

Основні правила виконання графіків і діаграм регламентуються державними стандартами (ДСТ) – ДСТ 2.319-81

Дата добавления: 2017-02-01