Дәрістерге әдістемелік нұсқау

1. Барчуков И.С. Методы научных исследований в туризме. - М.: Академия, 2008. – 224с.

2. Основы научных исследований: учебное пособие / Шкляр М.Ф. – М.: Дашков и К^о, 2008. - 244с.

3. Основы научных исследований: учебник для технических вузов / Крутов В.И., Грушко И.М., Попов В.В. – М.: Высшая школа, 1989. - 400с.

4. Шкляр М.Ф. Основы научных исследований. – М.: Центр, 2006. – 397с.

5. Рузавин Г.И. Логика и методология научного поиска. – М.: ЮНИТИ-ДАНА, 1996. – 328 с.

Дәріс 7, 8. Өлшеу эсперименті

Дәріс сұрақтары:

7.1. Эксперимент ұғымы;

7.2. Өлшеу экспериментін өткізудің әдістемесі.

Дәрістің мақсаты: Өлшеу экспериментінің мазмұнымен таныстыру.

Тақырып бойынша негізгі түсініктер: өлшеу эксперименті, тікелей, жанама, тұтас және бірлескен өлшеулер.

Эксперимент (латын тілінде experimentum - "сынама", "тәжірибе") – зерттелетін объектінің жағдайын сипаттайтын қызметтің шынайы құбылыстары мен параметрлер арасындағы шынайы функционалдық байланыстар зерттелетін таным әдісі.

Техника мен нақтылы ғылымдарда эксперимент өлшеулермен байланысты. Сондықтан оны өлшеу эксперименті деп атайды.

Өлшеу эксперименті дайындықты, өлшеулерді жүргізуді және алынған эксперименттік мәліметтерді өңдеуді қамтиды.

Өлшеу экспериментін жүргізу өлшеулерді жүзеге асырудың белгілі (типтік) немесе арнайы жасалған (жеке) әдістемесін қолдануға негізделуі керек.

Өлшеудерлі орындаудың әдістемесі (өлшеулер әдістемесі) – бұл өлшеулерді дайындау мен өткізудің әдістемесінің, құралдарының, процедураларының және дайындық жағдайларының, сондай-ақ өлшеу нәтижелерін өңдеу ережелерінің жиынтығы. Өлшеулерді жүзеге асырудың әдістемелері метрологиялық қызметтермен жасалады.

Тікелей, жанама, тұтас және бірлескен өлшеулерді ажыратады.

Тікелей өлшеулер деп, көлемнің бастапқы мәнін тәжірибелік мәліметтерден тікелей анықтайтын өлшеулерді атайды. Математикалық тікелей өлшеулер келесі деңгейлермен сипатталады:

                              X = A[X] ,

(1)

мұндағы,  X – өлшенетін физикалық көлем;

А – физикалық көлемнің сандық мәні;

[X] - физикалық көлемнің бірлігі.

Жанама деп, көлемнің бастапқы мәндерін осы көлем мен тікелей өлшеулерге ұшырайтын көлемдер арасындағы белгілі тәуелділік негізінде анықтайтын өлшеулерді атайды. Жанама өлшеулер кезінде тікелей өлшеулер жолымен аргументтер-көлемдерінің мәнін анықтайды, ал өлшенетін көлемнің мәндерін Y келесі формула бойынша есептеу жолымен анықтайды:

Y = f(X₁, X₂, ... ,X_j, ..., X_m) ,

   (2)

мұндағы,  X₁, X₂, ... , X_j, ..., X_m – аргумент – көлемдері.

Жиынтық деп бірнеше бірдей көлемдерді өлшеулерді біруақытта жүргізуді атайды, ол кезде көлемнің бастапқы мәндерін бастапқылармен функционалды байланысқан сол көлемдердің немесе бірқатар басқа көлемдердің әртүрлі жиынтығының тікелей өлшеулері кезінде алынатын теңдеулер жүйесін шешу жолымен табады.   

Тұтас деп екі немесе бірнеше бірдей емес көлемдерді,  олардың арасында тәуелділікті анықтау үшін біруақытта өткізілетін өлшеулерді атайды. Бірлескен өлшеулердің нәтижелерін алу сондай-ақ, теңдеулер жүйесін құру және шешу қажеттілігімен байланысты. Өлшеулердің барлық аталған түрлері (тікелей, жанама, тұтас және бірлескен) нәтижеге қол жеткізу үшін жүргізілетін өлшеулер саны бойынша бір ретті (қарапайым) және көп ретті (статистикалық) болуы мүмкін.

Өлшеу экспериментін орнату кезінде ең алдымен, өлшенетін физикалық көлемнің мәнін анықтау үшін қандай (бір ретті немесе көп ретті) өлшеулерді жүзеге асыру керектігін анықтау қажет.

Бұнда келесі тәсіл ортақ болып табылады:

 - егер жүйелі олқылық ( жүйелі және кездейсоқ олқылықтардың ұғымы анықтауыш болса, яғни мәні кездейсоқ олқылықтан айтарлықтай үлкен болса, онда өлшенетін көлемнің мәнін анықтау үшін бір ретті өлшеудерді қолданған жөн;

- егер кездейсоқ олқылық анықтаушы болса, көп ретті өлшеулерді қолдану қажет.

- бір ретті және көп ретті өлшеулерді таңдау кезінде физикалық көлемнің диффузиялығы туралы ұғы болып табылады, оның астарында тәжірибеден тәжірибеге қарай көлем мәндерінің есептелмеуі түсіндіріледі.

Өлшеу нәтижелерінің шашылуы жалпы келесі теңдеумен сипатталады:

D_р =  ,

                   (3)

мұндағы, -  физикалық көлемнің диффузиялылығы;

- өлшеу құралының абсолюттік олқылығы.

Өлшеу құралдарының абсолюттік олқылығын ұқсас аспаптың шкалаға бөліну құнының тең жартысына немесе сандық аспаптың кіші разрядының бірлігіне қабылдауға болады.

Теңдеуден (3) мен  арасындағы қатынасын сандық анықтауға болады, ол кезде бір ретті және көп ретті өлшеулерді қайталаған жөн, нақтылы:

- егер >> болса, онда көп ретті өлшеулерді қолдану қажет (әдетте >3  қатынасын басшылыққа алған жөн);

- егер << болса, онда бір ретті өлшеулерді қолдану керек (әдетте, < 1/3  қатынасын басшылыққа алған жөн);

- егер »  болса, онда бір ретті өлшеулерді қолданып, ал алған олқылықты 1.5 есе ұлғайтқан жөн (бұндай қорытынды онда -ды  алмастыру кезінде (3) қатынасынан шығады, ол кезде D_р » 1.4 ).

< 1/3 қатынасын өлшеу құралының шкаласы бойынша анықтау қиын, сондықтан, егер ұқсас аспаптың шкаласының 0.2 бөлінуінен аспаса, немесе сандық аспаптың кіші разрядының санының өзгеруі бірден аспайтын болса, онда бұл жағдайда бір ретті өлшеулерді жүргізген қолайлы болып табылады.

Өлшеулерді орындау кезінде жүйелі олқылық өлшеу нәтижелерінің араласуына әкеп соғатын және оның болуы туралы білмегендіктен аса қауіпті болу фактілерін ескеру керек.

Өлшеулердің жүйелі олқылықтарын анықтау метрологияның аса күрделі міндеттерінің бірі. Оның сол немесе басқа түрін өлшеулерді дайындау кезінде шешуге тура келеді.

Жүйелі олқылықтың нөлге жақындығы өлшеулердің дұрыстығы ретінде анықталады. Өлшеу нәтижелерінен жүйелі олқылықтың шығуы бұл нәтижелерді түзету ретінде қарастырылады. Сондықтан, шығарылмайтын жүйелі олқылықтарды құрайтын өлшеу нәтижелерін түзетілмейтіндер, ал жүйелі олқылықтар шығарылған нәтижелер – түзетілетін деп аталады.

Қазіргі кезде көп ретті өлшеулердің мәліметтерін өңдеу үшін математикалық статистика әдістерін қолдану қалыптасқан. Бұл кезде, осы әдістерді қолдану, тек эксперименттік нәтижелерден жүйелі олқылықтар жойылған болса немесе есептен шығатын ұсыныстар ескерілген болса ғана дұрыс нәтижелер алуға болатындығын ескеру керек (3.3).