WWW.DIS.KONFLIB.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 
<< HOME
Научная библиотека
CONTACTS

Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 20 |

«АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 114 Министерство образования Российской Федерации Ярославский государственный университет им. П.Г. Демидова Н.И. Фомичев ...»

-- [ Страница 3 ] --

ИС - измерительная система; Д – датчики; КМ - коммутатор; УМ - усилитель-масштабатор; АЦП - аналого-цифровой преобразователь;

ЦАП - цифро-аналоговый преобразователь; ПИ - приборный интерфейс;

СУЭО - подсистема управления экспериментальным объектом;

Мт - монитор текстовый; Мг - монитор графический; Кл - клавиатура;

УГВ - устройство графического вывода (графопостроитель);

П - печатающее устройство; БЭД - база экспериментальных данных;

ПСУЭ - программная система управления экспериментом Современные ЭВМ, в частности персональные компьютеры, обладая высокими техническими характеристиками, позволяют использовать их в таких приложениях, как измерительные приборы, осциллографы и т.д., путем простого программирования и подключения соответствующих дополнительных устройств.

Обмен информацией в графической форме является исключительно эффективным средством для представления объектов со сложной структурой. На экране дисплея возможно формирование целой системы приборных шкал (вольтметров, амперметров, омметров, фотометров и многих других измерительных приборов), регистрирующих те или иные параметры экспериментального объекта.

Содержание экспериментальных исследований Экспериментальным исследованием - экспериментом (от латинского слова experimentum - проба, опыт) - называется метод познания, при помощи которого исследуются реальные явления действительности, реальные функциональные связи, характеризующие состояние изучаемого объекта.

Важной задачей эксперимента является проверка гипотез и предсказаний теоретической физики. Это так называемые решающие эксперименты (experimentum crucial). Исходя из общего утверждения, что критерием истины является практика, можно сказать, что только эксперимент может быть критерием истины в научных исследованиях.

Формально под экспериментальным исследованием можно понимать поиск функциональной зависимости между параметрами, описывающими состояние системы и феноменологическое описание или объяснение обнаруженных новых закономерностей.

Пусть исследуемая система, состояние которой описывается набором параметров Х1, Х2, Xn; X, Y, помещена в квазиадиабатическую оболочку, на которую извне действуют силы q1, q2,...,qk, как это условно изображено стрелками на рис. 3.

Запишем априори неизвестное состояние системы в виде Для полного изучения системы необходимо в первую очередь установить функциональную связь между всеми параметрами X i, X, Y.

В реальных исследованиях обычно в силу причин, о которых сказано ниже, приходится такой полный эксперимент разбить на ряд этапов. Вначале из тех или иных соображений выбирают всего два параметра (например, Х и Y) и изучают зависимость одного из выбранных параметров от другого в условиях, когда все остальные параметры поддерживаются на постоянном уровне.

Такая организация исследования обусловлена рядом причин. Прежде всего, при одновременном изменении нескольких параметров (n 2) существенно возрастает объем получаемой информации, и ее запись возможна только с помощью автоматических устройств с большим объемом памяти и налаженной системой выборки необходимых данных из огромного массива полученной информации.

Пусть, например, мы планируем провести исследование состояния реального газа, описываемого уравнением Ван-дер-Ваальса в которое входят всего три параметра: p - давление, V - объем одного моля газа, Т - температура; а и b - некоторые константы, характеризующие отклонение газа от идеального. Для исследования при фиксированной температуре T = T0 = const зависимости давления газа от объема в интервале давлений от 1 до 100 атм с интервалом изменения давления 0,1 атм необходимо записать 103 пар чисел. Если же одновременно будет изменяться и температура скачками 0,1°K в интервале от 200°K до 300°K, то объем информации возрастет до 106 троек чисел. Возникает проблема и на этапе записи и особенно на этапе обработки большого объема информации.

Эксперименты, в которых одновременно изменяется больше чем два параметра, называются многофакторными и в физических исследованиях встречаются не очень часто. Важно подчеркнуть, что многофакторные эксперименты являются фактически системой однофакторных исследований.

Зафиксируем значения n внутренних параметров Xi, внешних qj и разрешим уравнение состояния системы относительно двух внутренних параметров X и Y, записав его в виде Y = ( X ; X 1,..., X n ; q1,..., q k ).

В реальных исследованиях никогда не удается настолько точно стабилизировать значения параметров Xi, чтобы они не искажали результаты измерений. Точно так же любая реальная квазиадиабатическая оболочка не может полностью исключить внешние воздействия на исследуемую систему.

Найдем допустимые пределы изменения параметров в условиях хорошего эксперимента. Под термином условия хорошего эксперимента понимается такая его организация, при которой различные погрешности из-за нестабильности параметров намного меньше изменений исследуемых величин X и Y.

Пусть минимальное значение изменения величины X (интервал изменения) равно Х, тогда изменение второй исследуемой величины Y будет равно Y = X X.

Изменение Y может быть вызвано также неконтролируемым изменением параметров Xi и qi Условия «хорошего» эксперимента можно записать в следующем виде: для всех Xi, qi т.е. допустимы такие вариации внутренних и внешних параметров, при которых исследуемая величина Y изменяется намного меньше, чем при направленном изменении параметра X на величину Х.



При большом числе параметров в случае коррелированного изменения величин возмущения условие (2) может оказаться недостаточным. В этом случае сумма малых изменений Y ( X i ) или Y (qi ) может привести к заметному изменению Y ( X i, qi ), сравнимому с Y. Условия «хорошего»

эксперимента требуют здесь выполнения дополнительных соотношений Условия (2) или (3) могут быть основанием для выбора методов стабилизации параметров, которые обеспечивают необходимый уровень стабилизации. Конкретное исследование влияния различных факторов на результаты измерений является одной из важнейших задач экспериментальных исследований.

Для описания состояния системы необходимо знать численные значения всех параметров, которые могут быть определены только в результате измерений. Таким образом, в основе любого экспериментального исследования лежат измерения физических величин. Под физической величиной в соответствии с [1] понимается особенность физического объекта, характеризующая его свойство, состояние или происходящий в нем процесс и имеющая качественное и количественное содержание.

Аналитическое описание обнаруженной в результате измерений зависимости одних параметров от других является второй важнейшей задачей экспериментальных исследований.

Третьим этапом экспериментальных исследований должно быть феноменологическое описание обнаруженных зависимостей полученных результатов. Сам исследователь, выполнивший сложные измерения и знающий массу деталей, должен попытаться объяснить полученные результаты.

Таким образом, экспериментальное исследование состоит, по крайней мере, из трех основных этапов: измерение, аналитическое описание, феноменологическое объяснение результатов эксперимента.

Определение измерений. Типы измерений Что же такое измерение? Согласно [1] “измерение есть нахождение физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств”.

Сам процесс измерения может быть описан следующим образом: измерение - это операция, посредством которой определяется отношение одной, измеряемой, величины к другой, однородной, величине, принимаемой за единицу. Величина, выражающая такое отношение, называется численным значением измеряемой величины. В общем смысле измерение есть познавательный процесс, заключающийся в сравнении путем эксперимента исследуемой величины с некоторой однотипной физической величиной, принятой за единицу.

Результат каждого измерения представляет собой именованное (размерное) число, состоящее из наименования (размерности) измеряемой величины и числа, показывающего отношение измеренной величины к другой величине, принятой за единицу для данных измерений - так называемую эталонную величину.

Из приведенных определений процедуры измерения видно, что для выполнения измерения необходимо иметь, во-первых, эталон - единицу измерения, а во-вторых, способ сравнения исследуемой величины с эталонной.

Наиболее распространены четыре метода измерений: прямые, совместные, косвенные и совокупные.

Прямые измерения. Прямыми называются «измерения, при которых искомое значение величины находят непосредственно из опытных данных» [1]. Фактически только прямые измерения являются истинными, а остальные типы измерений - лишь различные комбинации прямых измерений. Прямыми измерениями определяются численные значения физических величин, являющихся основными единицами системы и имеющих простую размерность. Это такие величины, как длина, масса, время. Прямыми измерениями могут определяться численные значения и тех физических величин, единицы которых являются производными. Так, ускорение тела можно найти с помощью прямых измерений, определяя растяжение пружины с грузом. В этом случае требуется предварительная градуировка растяжения пружины.

В прямых измерениях всегда предполагается наличие стандартных мер - эталонов и разработанных методов измерений.

В научных исследованиях прямые измерения используются как составные части так называемых совместных измерений.

Совместные измерения. Совместными называются одновременные измерения двух или нескольких неодноименных величин, характеризующих состояние исследуемой системы, для нахождения зависимости между величинами. Как было отмечено, совместные измерения составляют основу научного исследования.

Рассмотрим пример совместных измерений - исследование зависимости сопротивления полупроводника от температуры. Блок-схема установки для выполнения исследования представлена на рис. 4, из которого видно, что установка состоит из двух каналов для прямых измерений: для измерения температуры и измерения сопротивления. Отметим важную особенность совместных измерений: определение всех параметров должно проводиться одновременно.

Косвенные измерения. Косвенными называются такие измерения, в которых исследуемая величина определяется с помощью известных соотношений между физическими величинами, найденными в результате прямых измерений. Надо отметить, что косвенные измерения не являются истинными измерениями - это вычисления физической величины на основе измерения других величин. Так, вязкость жидкости по методу Стокса вычисляется по формуле Стокса на основании результатов четырех прямых измерений: веса шарика, его диаметра, скорости установившегося падения и плотности жидкости. (Взяв плотность жидкости из справочника, мы пользуемся результатами прямых измерений, выполненных ранее другими исследователями.) Иногда очень трудно найти резкую границу между прямыми и косвенными измерениями. Например, скорость движения корабля или самолета можно определить в результате двух прямых измерений:

времени и длины пройденного пути. Однако можно воспользоваться трубкой Пито, которая предварительно проградуирована в единицах скорости, и, следовательно, измерение условно может быть отнесено к прямым.

Совокупные измерения. Совокупными называются измерения нескольких одноименных величин, при которых результаты измерений находят решением системы линейных уравнений.

Виды экспериментальных исследований Роль эксперимента при проведении научных исследований очень многообразна, начиная от проверки исходных идей и кончая испытаниями образцов новой техники в реальных условиях.

Попробуем классифицировать сами экспериментальные исследования по такой совокупности параметров, которая определяет различные аппаратные и математические средства, необходимые для их автоматизации.



Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 20 |
 

Похожие работы:

«ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Ивановская государственная текстильная академия (ИГТА) Кафедра химии КОНЦЕПЦИИ СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ методические указания к практическим занятиям для студентов специальности 100103 (230500) Иваново 2007 Практические занятия по КСЕ, предлагаемые в данных методических указаниях, построены в виде семинаров и лабораторных работ. Обсуждение истории естествознания, концепций...»

«Министерство образования Российской Федерации Ростовский ордена Трудового Красного Знамени государственный университет Нойкин Ю. М., Нойкина Т. К., Стрижаков В. Д. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ к выполнению лабораторного практикума Твердотельная электроника СВЧ (специальность 071500 радиофизика и электроника) Часть VI ВАРАКТОРНЫЙ ДИОД Ростов-на-Дону 2003 2 Печатается по решению учебно-методической комиссии физического факультета и рекомендовано в качестве методических указаний для выполнения...»

«Министерство образования Российской Федерации РОСТОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Турик А.В. Гармашов С.И. Глушанин С.В. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ к лабораторному спецпрактикуму по основам физики полупроводниковых приборов для студентов дневного и вечернего отделений физического факультета ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА “ Изучение характеристик терморезисторов ” Ростов – на – Дону 2002 2 Печатается по решению учебно-методической комиссии физического факультета РГУ...»

«Методические указания к выполнению контрольной работы для студентов заочного отделения по дисциплине Уравнения математической физики Дисциплина Уравнения математической физики относится к базовой части дисциплин математического и естественнонаучного цикла. Программа дисциплины Уравнения математической физики предназначена для студентов 2 курса. Изучение дисциплины требует знания курса Высшей математики. Данная дисциплина необходима для успешного усвоения дисциплин Механика жидкости и газа,...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ ПО ОБЩЕЙ ФИЗИКЕ Учебно-методическое пособие для студентов фармацевтического факультета заочной формы обучения Издательско-полиграфический центр Воронежского государственного университета 2011 Утверждено научно-методическим советом фармацевтического факультета 16.12. 2011 г., протокол № 1500-11...»

«Академия управления при Президенте Республики Беларусь Факультет инновационной подготовки Кафедра экономико-математических методов управления О. Б. Плющ Г. М. Северин Т. В. Безъязычная Информационные технологии анализа и обработки данных Практикум Минск 2010 Р е ц е н з е н т ы: кандидат физико-математических наук В. А. Иванюкович кандидат технических наук А. А. Перепелица Плющ, О. Б. Информационные технологии анализа и обработки данных: практикум / О. Б. Плющ, Г. М. Северин, Т. В. Безъязычная....»

«ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ГОУ ВПО АЛТАЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ КАФЕДРА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ ФИЗИКИ УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДИСЦИПЛИНЫ НЕЛИНЕЙНАЯ ФИЗИКА для студентов очной формы обучения по направлению 010701.68 Физика Барнаул 2007 1 Нелинейная физика: Учебно-методический комплекс дисциплины / Сост.: д.ф.-м.н., профессор Сагалаков А.М. - Барнаул, 2007. – 31 с. Рецензент: Учебно-методический комплекс составлен в соответствии с требованиями...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования “Оренбургский государственный университет” Н.А.ТИШИНА ОСНОВЫ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ МАТЕМАТИКИ Рекомендовано Ученым советом государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования Оренбургский государственный университет в качестве учебного пособия для студентов, обучающихся по программам высшего...»

«Титульный лист методических Форма рекомендаций и указаний, методических Ф СО ПГУ 7.18.3/40 рекомендаций, методических указаний Министерство образования и науки Республики Казахстан Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова Кафедра Вычислительная техника и программирование МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ И РЕКОМЕНДАЦИИ к лабораторным работам по дисциплине Компьютерное моделирование для студентов специальности 050704 Вычислительная техника и программное обеспечение Павлодар Лист...»

«Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное агентство по образованию ГОУВПО Амурский государственный университет Е.С Астапова Основы кристаллографии и физики кристаллов УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДИСЦИПЛИНЫ для специальности 010701 – физика Факультет инженерно-физический Кафедра физического материаловедения и лазерных технологий 2006 г. Печатается по решению редакционно-издательского совета инженерно-физического факультета Амурского государственного университета Е. С....»




 
© 2013 www.dis.konflib.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.