Классификация, типы и задачи эксперимента

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.

 

Основоположником метрологии как науки в нашей стране был великий русский ученый Д.И. Менделеев, создавший в 1893 г. Главную Палату мер и весов.

Методы измерения можно подразделить на прямые и косвенные.

При прямых измерениях искомую величину устанавливают непосредственно из опыта.

При косвенных - искомую величину определяют функционально от других величин, определенных прямыми измерениями, например , где - величина, найденная с помощью косвенных измерений.

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. Например, влажность воздуха принимается в относительных единицах (процентах) по отношению к полному его водонасыщению.

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 одноименных 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, воспроизводимой 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.

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.

Простейшим средством измерения является мера, предназначенная для воспроизведения физической величины заданного размера (например, гиря - мера массы).

Измерительным прибором называют средство измерения, предназначенное для получения определенной информации об изучаемой величине в удобной для экспериментатора форме. В этих приборах измеряемая величина преобразуется в показание или сигнал. Они состоят из 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 одно- или многоступенчатого преобразования сигнала до такого уровня, чтобы можно было зафиксировать его измерительным механизмом.

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

 

где - показания прибора (номинальное значение измеряемой величины);

 

- действительное значение измеренной  величины, полученное более точным  методом.

 

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 поверка приборов. Кроме этих систематических погрешностей возникают случайные, обусловленные сочетаниями случайных факторов - ошибками отсчета, параллаксом, вариацией и т.д.

 

Таким образом, необходимо рассматривать не какие-либо отдельные, а суммарные погрешности приборов.

 

 

Суммарные погрешности, установленные при нормальных условиях (; влажность воздуха ; ), 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).

 

Размахом называют разность между максимальным и минимальным показаниями прибора. Если эта величина непостоянная, т.е. если при обратном ходе имеется увеличение или уменьшение хода, то эту разность называют вариацией показаний .

Величина - 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.

Стабильность прибора определяется вариацией показания. Поэтому при установлении стабильности нормируют величину допускаемой вариации . Поскольку вариация принимается с одним знаком, а допускаемая погрешность имеет положительные или отрицательные значения, то

где - допустимая относительная погрешность прибора.

 

Все средства измерения (приборы, используемые для измерения в научных исследованиях) проходят периодическую поверку на точность. Такая поверка предусматривает определение и по возможности уменьшение погрешностей приборов.

Поверка позволяет установить соответствие данного прибора регламентированной степени точности и определяет возможность его применения для данных измерений, т.е. определяются погрешности и устанавливается, не выходят ли они за пределы допускаемых значений.

Поверку средств измерений производят на различных уровнях - от специальных государственных организаций до низовых звеньев. Государственные метрологические институты и лаборатории по надзору за стандартами и измерительной техникой производят государственный контроль за обеспечением в стране единства мер.

На высокоточные измерительные средства государственные метрологические организации выдают специальное свидетельство, в котором после поверки указывают номинальные значения измеряемой величины, класс точности, предельную допускаемую погрешность, результаты поверки погрешности прибора в виде таблиц, вариации измерений. Для приборов меньшей ответственности свидетельство может не выдаваться и заменяться лишь указанием о том, что прибор удовлетворяет требованиям стандарта или инструкции. Вместо инструкции прибор (или футляр) снабжают клеймом поверки.

 

Таким образом, метрологическое обеспечение научных исследований и особенно обеспечение единства измерений и однообразия средств измерения является важнейшим фактором успешного проведения научных исследований. Без успешного развития метрологии невозможен прогресс в развитии пауки и, наоборот, без успешного развития науки невозможен прогресс в метрологии. 

 

 

 

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
 
Экспериментальные исследования в зависимости от сферы применения бывают естественнонаучные, лабораторные, производственные и другие. Экспериментальные научные исследования проводятся как методом наблюдения (измерения) при определенных условиях, так и методом физического моделирования, при этом важную роль играет планирование эксперимента, которое выделяется в самостоятельное направление исследований.

 

Видами экспериментального исследования являются: 1) лабораторный эксперимент; 2) естественный эксперимент.

 

Лабораторный эксперимент – исследовательская стратегия, которая основана на моделировании деятельности индивида в специальных условиях. Ведущим признаком лабораторного эксперимента является обеспечение воспроизводимости исследуемой характеристики и условий ее проявлений. Обычно он проводится в специально оборудованных помещениях и на испытуемых, которые сознательно участвуют в эксперименте, хотя могут и не знать об истинном назначении эксперимента. Недостаток лабораторного эксперимента состоит в том, что в искусственных лабораторных условиях практически невозможно моделировать реальные жизненные обстоятельства, а лишь воспроизвести отдельные их фрагменты.

 

Естественный эксперимент, основы которого заложены А. Ф. Лазурским (1910 г.), представляет собой эксперимент, проводимый в условиях, близких к обычной деятельности испытуемого, который не знает, что участвует в исследовании. За счет этого достигается большая чистота эксперимента.

 

Построение естественного эксперимента предполагает ряд этапов: 1) функциональный анализ деятельности, в которой участвует испытуемый (в аспекте ее требований от исполнителя); 2) фиксация ряда наблюдений за деятельностью испытуемого; 3) анализ результатов и составление характеристики личности.

 

Основными методами являются наблюдение и беседа с испытуемым, результаты чего качественно обрабатываются.

 

Вариантом естественного эксперимента является психолого-педагогический эксперимент, или экспериментальное обучение, где изучение психических особенностей школьника, подлежащих формированию, осуществляется в процессе обучения и воспитания.

 

Одной из форм естественного эксперимента является производственный эксперимент, который осуществляется в обычных для испытуемого условиях его профессиональной деятельности. При этом о проведении производственного эксперимента сам работник может и не знать. В других же случаях он становится активным участником эксперимента, что важно, например, при изменении структуры трудовой деятельности.

 

Еще одной из форм естественного эксперимента является обучающий эксперимент, который стал применяться в отечественной психологии в конце 1930-х гг. и который характеризуется тем, что изучение тех или иных психических процессов происходит при их целенаправленном формировании. С помощью данного метода выявляется не столько наличное состояние знаний, умений, навыков, сколько особенности их становления. В его рамках испытуемому сначала предлагается самостоятельно овладеть новым действием или новым знанием (например, сформулировать закономерность), затем, если это не удалось, ему оказывается строго регламентированная и индивидуализированная помощь. Весь этот процесс сопровождается констатирующим экспериментом, благодаря которому удается установить различие начального, «актуального» уровня и конечного, соответствующего «зоне ближайшего развития». Обучающий эксперимент используется не только в теоретической психологии, но и для диагностики умственного развития, в частности в патопсихологии.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Научные исследования по сфере использования результатов подразделяются на фундаментальные и прикладные.

Фундаментальные ставят целью решение принципиально новых теоретических проблем, открытие новых законов, создание новых теорий. На их основе решаются многие прикладные задачи применительно к потребностям конкретных отраслей науки, техники и производства.