2.3. Выбор метода и схемы измерения

Обычно как можно большую часть измерений стремятся выполнить на действующих стандартных установках, для которых заранее известны реальные оценки погрешности и

воспроизводимости результата. Это, однако, не освобождает экспериментатора от постоянного метрологического контроля этих установок. Проектирование новой установки, ее наладка не только занимает много времени, но и создает неопределенность в общих сроках исследования. Необходимо также учесть возможные финансовые сложности и риск того, что качество работы установки окажется неприемлемым. Поэтому к разработке и изготовлению новой установки прибегают лишь при острой необходимости: когда опробовать идею новой технологии негде; для измерения новых свойств и наблюдения новых явлений; измерений или наблюдений в условиях недоступных на имеющихся установках; если нужна точность на порядок выше, чем обеспечиваемая существующими установками.

Если необходимость изготовления нового оборудования очевидна, то совместно прорабатывается принципиальная схема эксперимента и установка или приспособление для него.

Всякий физический эксперимент сводится, в конце концов, к некоторым измерениям. Но полученные в результате цифры редко являются конечной целью исследования. Измерение нужно, чтобы доказать некоторый факт, отобрать главные факторы, влияющие на явления, установить закономерность, управляющую процессом.

Планирование эксперимента лучше начинать с предварительного обсуждения еще не полученного результата. Нужно понять, какие однозначные выводы удастся сделать, если будет получен ожидаемый результат. Бывает, что после такого анализа приходится не только пересмотреть методику, но и заново сформулировать задачу исследования. Так составляют программу каждого эксперимента. Эта программа по сути своей перечень той совокупности измерений, которая должна дать решение задачи. Всякий, даже чисто качественный эксперимент, требует предварительного количественного анализа. В ходе анализа оценивают какого порядка величины ожидаемый эффект и какими средствами измерения можно его обнаружить.

Анализ начинается с составления перечня возможного источника ошибки. Это важнейшая стадия подготовки эксперимента. Конечно, все источники существенных погрешностей редко предвидит даже опытный экспериментатор. Однако тщательный анализ возможных ошибок необходим. Если схема эксперимента заранее не продумана в деталях, ошибки начинают всплывать одна за другой и на их устранение может уйти все отведенное под эксперимент время. Необходимо делать оценку величины побочных эффектов. Если она сравнима с основным эффектом, надо менять схему эксперимента для устранения или компенсации помехи. Качество компенсации также надо оценить, так как исключение одних погрешностей тут же вносит новые и необходимо знать, насколько они меньше старых. Нижеприведенные примеры наиболее распространенных источников погрешностей важны почти в каждой схеме эксперимента ^. При измерении температуры – неравномерность температуры по рабочему объему установки, по длине и сечению образца; непостоянство температуры холодных спаев термопары. При термостатировании тепловая инерция печи и инерция датчиков, определяющие амплитуду автоколебаний температуры при автоматическом регулировании. При измерениях длины: тепловое расширение образца и элементов схемы от колебаний температуры окружающей среды, упругие деформации и люфты передаточных элементов. При измерениях силы: несоосность приложения нагрузки, силы и моменты трения в направляющих и подшипниках. При измерении электрических величин: нестабильность температуры элементов схемы, термо э.д.с. в контактах, дрейф напряжения и тока питания схемы, утечки через изоляцию, наводки.

Программа эксперимента всегда уточняется в ходе работы. Однако первую серию экспериментов надо спланировать заранее. При этом надо решить для себя следующие задачи: в случае получения нестабильных результатов, как можно, меняя методику измерений, найти причину нестабильности; сколько одинаковых образцов понадобится, чтобы оценить воспроизводимость результатов и сравнить ее с априорной оценкой суммарной погрешности; как в случае необходимости искать причину плохой воспроизводимости результата.

Некоторую часть стандартных измерений, возможно, проводить в специализированных лабораториях (металлографических, рентгеновских и т.д.). Это может сэкономить время, обеспечит квалифицированное обслуживание оборудования и гарантирует определенный профессиональный уровень измерения. Однако необходимо четко ставить задачу и самому выбирать методику измерений, знать ее досконально. В противном случае невозможно гарантировать отсутствие ошибок измерений.