Файл: Методические указания по выполнению курсовой работы для студентов специальности 174 06 02 Техническое обеспечение процессов хранения и переработки сельскохозяйственной продукции.pdf

таблицы. В левом верхнем углу пишут: «Продолжение таблицы 1.2» или
«Окончание таблицы 1.2».
Диагональное деление головки таблицы не допускается.
Графы «№ п/п» и «Единицы измерения» в таблицу не включают.
3 ПОРЯДОК ЗАЩИТЫ КУРСОВОЙ РАБОТЫ
Выполненную курсовую работу студент сдает руководителю на проверку. Работа признанная удовлетворительной допускается к защите. В противном случае она возвращается на доработку.
По допущенной к защите работе студент знакомится с замечаниями руководителя и готовится к ее защите.
Защита проводится в установленные учебным планом сроки, преимущественно комиссией из сотрудников кафедры в составе не менее 2-х человек.
При защите студент излагает сущность курсовой работы в виде краткого доклада и отвечает на вопросы. Общая оценка по курсовой работе выставляется по совокупности критериев: оформление и глубина проработки разделов записки и графического материала; доклад; ответы на вопросы.
По результатам выполнения курсовой работы преподаватель совместно со студентом делает вывод о возможности использования материалов курсовой работы для дальнейшей научно-исследовательской работы студента (НИРС).
4 СОСТАВЛЕНИЕ МЕТОДИКИ ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗМЕРЕНИЙ
4.1 Анализ объекта исследований и составление схемы измерений
В соответствии с темой разрабатывают упрощенную модель объекта измерений (включая конфигурацию важнейших элементов, их размеры, тре- бования к точности, габаритные размеры и конструктивные особенности де-
12

тали и другие необходимые сведения). Уровни точности выбирают самостоя- тельно, причем рекомендуется назначать требования среднего уровня.
При составлении схемы измерительной установки необходимо учиты- вать следующее:
- все приборы должны устанавливаться в правильное и устойчивое по- ложение;
- соединительные провода должны иметь надежные контакты и хорошую изоляцию;
- приборы следует располагать так, чтобы удобно было производить отсчеты и манипулировать их органами настройки и управления;
- шкалы должны хорошо освещаться, должны быть приняты меры к устране- нию параллакса;
- при работе с высоковольтными установками необходимо установить ог- раждение;
- проводники должны быть как можно короче;
- располагать приборы следует так, чтобы исключить или свести к минимуму их влияние друг на друга.
4.2 Анализ способов измерения заданной физической величины
Провести анализ возможных способов измерения и применяемых из- мерительных устройств для определения значения заданной электрической или неэлектрической величины.

Необходимо:
● построить точечную диаграмму результатов измерений в порядке их полу- чения (результаты приведены именно в таком порядке). Рассчитать неис- правленные значения X
ср
,
σ
х
%
,
. Определить наличие и характер (тенден- цию) изменения результатов; результаты с явно выраженными грубыми по- грешностями подлежат цензированию, после чего числовые характеристики пересчитывают;
i
V
● выполнить статистическую обработку исправленных результатов измере- ний (рассчитать X
ср
,
σ
х
%
,
). При наличии сомнительных экспериментальных результатов необходимо произвести статистическое отбраковывание резуль- татов с грубыми погрешностями. Если грубые погрешности были обнаруже- ны, после исключения дефектных результатов следует пересчитать числовые характеристики. Представить результат измерения в установленной форме;
i
V
● описать методику выполнения измерений (МВИ). В описание МВИ долж- ны войти схемы измерений ФВ, применяемые средства измерений и вспомо- гательные устройства, метрологические характеристики СИ, условия измере- ний (при необходимости). При описании МВИ следует рассмотреть случай многократных измерений одной ФВ (измерения заданного параметра объекта в одном сечении), а также случай измерений множества номинально одина- ковых ФВ;
● описать возможные причины появления систематических и случайных со- ставляющих погрешностей измерений, источники погрешностей и предпола- гаемые тенденции изменения погрешностей. При анализе систематических составляющих погрешности руководствоваться тенденцией изменения ре- зультатов измерений.
Ввиду того что задание носит условный (чисто учебный) характер, методика выполнения измерений «подгоняется» под заданный массив ре- зультатов измерений. Реальная задача состоит в выборе МВИ и реализации измерительной процедуры для получения результатов измерительного эк- сперимента.
14

Подбор применяемого средства измерений (СИ): цена деления СИ должна соответствовать порядку последней или предпоследней изменяю- щейся цифры массива результатов измерений. Например, при массиве дан- ных вида: 22,562; 22,559; 22,564; 22,560; 22,556; … — прибор может иметь цену деления 0,01 и менее. Основная погрешность СИ должна быть пример- но на порядок меньше размаха
R
исправленных результатов измерений и со- ставлять не более 60 % случайной составляющей погрешности измерений, определяемой с доверительной вероятностью
Р
= 0,95.
Измерения — нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств. При любых измерениях обязательным условием является получение действительного значения физи- ческой величины, т.е. значения, настолько приближающегося к истинному, что для данной цели измерения полученное значение может быть использо- вано вместо истинного значения измеряемой физической величины. Исходя из этого можно сформулировать две частные задачи, которые обязательно решают при каждом измерении: выбор допускаемой погрешности измерения и определение реальной погрешности измерения, которая должна быть меньше допускаемой.
Значение допускаемой погрешности
[ ]
Δ
выбирают в зависимости от цели измерения. Можно выделить следующие цели измерений: измеритель- ный приемочный контроль (по результатам измерений принимают решения о годности контролируемой физической величины); арбитражная перепроверка результатов приемочного контроля; измерения при экспериментальном ис- следовании физической величины при фиксированных условиях (получение одной точки исследуемой зависимости); измерение с максимальной точно- стью. В каждом из перечисленных случаев подход к назначению допускае- мой погрешности измерений будет отличным.
Измерения при исследовании отличаются той особенностью, что фи- зическая величина не ограничена предельными значениями, а даже в некото- рых фиксированных условиях будет характеризоваться размахом
R
, значение
15

которого до эксперимента неизвестно. В подобных случаях выбор допускае- мой погрешности измерений осуществляется в процессе исследований мето- дом проб и ошибок. Можно рекомендовать такую последовательность реше- ния: выбрать методику выполнения измерений (МВИ), обеспечивающую по возможности меньшую погрешность и, полагая предварительно ее значение допустимым, провести измерения исследуемой физической величины. Если в результате получим
[ ]
,
R
Δ = Δ <
(4.1)
т.е. колебание измеряемой величины в пределах погрешности измерения, и этот результат является достаточным для оценки экспериментальных дан- ных, задача решена. Если же этот результат признан неудовлетворительным, то необходимо принять меры для уменьшения погрешности измерения вплоть до обеспечения соотношения:
[ ]
(1/10...1/ 6) ,
R
Δ = Δ ≤
(4.2)
что позволяет проводить статистическую обработку результатов измерений, т.е. оценить вид закона распределения измеряемой случайной величины и его числовые характеристики.
При измерении с максимальной точностью решение представляется очевидным: допускаемая погрешность принимается равной минимально дос- тижимой реальной погрешности измерения.
Определение реальной погрешности измерения может выполняться аналитически до выполнения измерений либо экспериментально на основа- нии параллельного использования более точных средств измерения. Погреш- ность измерения включает множество составляющих, которые можно раз- бить на группы по причинам возникновения, оценить характер проявления и числовое значение для последующего суммирования по определенным зако- номерностям.
16

Для упорядочения можно использовать классификацию погрешностей по источникам их возникновения, разбивая первичные погрешности на четы- ре группы:
- инструментальные погрешности (погрешности прибора, установочной ме- ры, вспомогательных средств измерения и т.п.);
- погрешности метода измерения (погрешности из-за принятых при измере- нии или обработке результатов допущений, а также погрешности из-за реа- лизации метода при измерении «не идеальной» физической величины);
- субъективные, или личностные погрешности (погрешности отсчитывания и
«операционные» погрешности при манипулировании средством измерения);
- погрешности условий (возникающие из-за отличия условий измерения от нормальных).
В каждую из перечисленных групп может входить множество состав- ляющих «первичных» погрешностей, например, субъективные погрешности могут включать погрешность интерполирования при отсчитывании долей де- ления по шкале прибора, или погрешность округления и погрешность парал- лакса при отсчитывании по прибору, у которого плоскости шкалы и указате- ля не совпадают, погрешности управления прибором при измерении, такие как погрешности при арретировании, при использовании ручных устройств интерполирования и др.
Любая из составляющих погрешностей может быть отнесена по ха- рактеру ее проявления к систематическим, если она остается постоянной или закономерно изменяется при повторных измерениях одной и той же величи- ны, или к случайным погрешностям, если при повторных измерениях по- грешность изменяется как случайная величина, т.е., будучи непредсказуемой по величине и по знаку в каждом конкретном проявлении, в массе обладает статистической устойчивостью и может быть оценена с использованием тео- рии вероятностей. Например, погрешность округления при отсчитывании по прибору с показывающим устройством шкала-указатель носит случайный характер, так как зависит от непредсказуемого положения указателя относи-
17

тельно штрихов (отметок) шкалы. Оценка предельного значения этой по- грешности будет зависеть от цены деления прибора и от принятого принципа округления: до целого деления погрешность не превысит половины цены де- ления, а при округлении до половины деления — четвертой части цены деле- ния прибора.
При аналитической оценке погрешности измерения поступают сле- дующим образом: выявляют первичные составляющие погрешности измере- ния, анализируя применяемые средства измерения и метод, предполагаемые условия измерения, которые можно нормировать для обеспечения приемле- мой погрешности измерения.
Для оценки качества числовых значений, составляющих погрешности измерения, привлекают литературные источники, данные справочников, стандартов и паспортные характеристики средств измерений.
Суммирование составляющих погрешности измерения можно осуще- ствлять по методу максимума-минимума, алгебраически складывая предель- ные значения составляющих в самом неблагоприятном сочетании (алгебраи- ческое суммирование характерно для систематических составляющих по- грешности измерения):
1
n
с
i
i
=
с
Δ =
Δ
∑
(4.3)
Случайные составляющие погрешности измерения принято суммиро- вать квадратически:
0 0
2 1
n
i
i
=
Δ =
Δ
∑
(4.4)
Полученные значения систематической и случайной составляющих погрешности суммируются алгебраически, что дает оценку погрешности из- мерения. Если полученное предельное значение погрешности измерения меньше или равно допускаемой погрешности, предложенная методика вы-
18

полнения измерений может быть принята для получения действительного значения измеряемой физической величины.
Если погрешность измерения или некоторые ее составляющие не мо- гут быть определены аналитически, остается возможность их эксперимен- тальной оценки, для чего используются измерительные эксперименты. Так, например, случайная составляющая погрешности измерения может быть оценена по результатам многократных измерений одной и той же физической величины в фиксированных условиях. Полученный массив результатов изме- рений дает возможность рассчитывать среднее арифметическое значение и оценку среднего квадратического результата измерений, для чего использу- ются зависимости:
1 1
N
i
i
X
N
−
=
=
X
∑
,
(4.5)
2 1
1
σ
(
1
N
x
i
i
X
X
N
−
=
=
−
∑
%
)
−
(4.6)
Случайная погрешность измерения в первом приближении может рас- считываться по формуле:
0
x
t
Δ = %
σ
,
(4.7)
где
t
– коэффициент Стьюдента принимается в зависимости от принятой до- верительной вероятности равным 2 при
Р
= 0,95 или 3 при
Р
= 0,99, в пред- положении бесконечного (
N
> 30) числа измерений и нормального закона распределения случайной составляющей погрешности измерений.
Систематическая составляющая погрешности измерений может оце- ниваться по результатам измерения аналогичной физической величины, атте- стованной c высокой точностью, так чтобы ее собственной погрешностью можно было пренебречь, или на основании сравнения результатов измерения исследуемым методом и методом измерения с заведомо пренебрежимо малой
19

погрешностью одной и той же физической величины. Переменные система- тические погрешности можно попытаться оценить по точечной диаграмме в координатах; значение величины — номер измерения. Анализ полученного графика позволит выявить характер систематической погрешности при мно- гократном измерении одной и той же физической величины: прямая, парал- лельная оси абсцисс, говорит о наличии постоянной систематической по- грешности; наклонная прямая свидетельствует о монотонно изменяющейся погрешности («прогрессивная» систематическая составляющая); наличие пе- риодической составляющей подтверждается графиком гармонического ха- рактера. График может также показать сложный характер систематической погрешности из-за наличия прогрессивной и одной или нескольких периоди- ческих составляющих. График можно использовать как для выявления тен- денции, так и для приближенной оценки значений переменных систематиче- ских составляющих.
Формализованная последовательность решения задачи подготовки измерения представлена в виде алгоритмической инструкции на рисунке 1.
Работа начинается с определения цели и задачи измерения, например, изме- рение с целью исследования температуры в картофелехранилище 3±0,5 ºС.
Следующий шаг — установление допускаемой погрешности измерения. Для поставленной задачи измерения можно принять
[ ]
Δ
= 0,1 ºС. Далее необхо- димо предложить методику выполнения измерений, которая должна вклю- чать применяемые средства измерения, порядок их использования, схему взаимодействия с измеряемой величиной, т.е. все данные, необходимые опе- ратору при выполнении измерения и метрологу при оценке погрешности из- мерения. Для решения измерительной задачи может быть предложена одна или несколько методик выполнения измерений. Следующий шаг предусмат- ривает анализ погрешностей измерения, т.е. поиск составляющих погрешно- сти, их оценку и суммирование для определения погрешности измерения.
Если аналитическое решение затруднительно или невозможно, прибегают к экспериментальному определению погрешности измерения. Очередной шаг
20

— сравнение выявленной погрешности измерения одной или нескольких ме- тодик выполнения измерений с допускаемой погрешностью измерения. В случае, когда погрешность измерения меньше или равна допускаемой, мето- дика выполнения измерений признается удовлетворительной по точности и может использоваться для решения данной измерительной задачи.
Конкурирующие методики подвергаются сравнительному анализу и выбирается наиболее подходящая из них, исходя из соображений производи- тельности, доступности средств измерений, необходимой квалификации опе- ратора и других «неметрологических» соображений. Выбором методики вы- полнения измерений заканчивается процесс решения задачи подготовки из- мерений.
4.4 Выбор и описание конструкции прибора
Измерительные приборы выбираются на основании их технических характеристик в соответствии с измеряемой величиной, заданной точностью и диапазоном частот. Приборы должны оказывать малое влияние на работу исследуемых устройств. Наиболее часто значительные ошибки возникают из- за неправильного подбора приборов. Приборы должны быть исправны, пове- рены. Запрещается применение для измерений приборов с истекшим сроком поверки.
В КП необходимо привести схему и полное описание устройства и принципа действия выбранного прибора.
21