2.3. Порядок обработки экспериментальных данных

Следует напомнить, что каждый студент градуирует свои, изготовленные, ранее, в первой лабораторной работе, температурные датчики (две термопары и один термометр сопротивления).

1. Под руководством преподавателя или лаборанта каждый студент получает с базового компьютера файлы, содержащие протоколы градуировочных опытов. Для этого студент должен иметь дискету формата 5,25, объемом 1,44 МB. Количество файлов должно соответствовать числу проведенных градуировочных опытов (три или четыре). Имя файлу присваивается автоматически по следующему формату: “Дата_НОМЕР ЛРМ_Номер работы_Номер опыта.csv”. Например, имя файла “101005_05_1_2.csv” означает, что файл содержит данные опыта, проведенного 10 октября 2005 г., на рабочем месте № 5, работа №1, опыт № 2.

2. С помощью программы Microsoft Excel открыть исходные файлы градуировочных опытов. При открытии файлов необходимо в меню Excel <Открытие документа> установить тип файлов “Все файлы”.

Пример содержимого одного файла представлен на рис. 2.7. В файле размещаются сведения о номерах рабочего места, лабораторной работы и опыта, о режиме опыта (1 – рабочий опыт; 2 – градуировочный опыт) и значение температуры фазового перехода используемого вещества. Также имеются исходные экспериментальные временные зависимости: термоэдс ТП … (столбцы C…F); напряжений на ТС и (столбцы G, H); напряжений на полупроводниковых микротермисторах и (столбцы I, J).

Рис. 2.7.

3. В программе Microsoft Excel создать новую рабочую книгу (файл) и присвоить ей имя согласно следующему формату: “Дата_НОМЕР ЛРМ_Номер работы_Номер группы_Фамилия_ИО.xls”. Например, имя файла может иметь такой вид: “101005_5_1_431_Сидоров_ИП.xls”.

Данный файл будет использоваться для проведения расчетов, и его необходимо сдавать на проверку преподавателю.

4. В рабочей книге создать рабочие листы, имена которых соответствуют названию применяемых при градуировке веществ (табл. 2.1). Также создать лист с именем “Градуировка”, в котором будут объединены сведения всех датчиков при различных температурах. Пример созданной рабочей книги показан на рис. 2.8.

Рис. 2.8.

5. Скопировать из каждого исходного файла опытную информацию в соответствующий лист рабочей книги. Например, данные из исходного файла, содержащего показания термодатчиков, погруженных в жидкий азот, следует скопировать в рабочую книгу на лист “Жидкий азот”. Если следовать вышеуказанным названиям файлов, то необходимо скопировать информацию из исходного файла “101005_05_1_2.csv” с листа “Лист1”, представленного на рис. 2.7, на лист “Жидкий азот” рабочей книги “101005_5_1_431_Сидоров_ИП.xls”, показанной на рис. 2.8. Результат данного копирования демонстрируется на рис. 2.9. Процедуру копирования повторить для всех исходных файлов.

6. С помощью программы Microsoft Excel закрыть исходные файлы градуировочных опытов.

Рис. 2.9.

7. Удалить с каждого листа рабочей книги столбцы с экспериментальной информацией датчиков, которые не используются в данной работе, т. е. оставить на листе только показания собственноручно изготовленных термодатчиков. На рис. 2.9 показан лист “Жидкий азот” с выделенными столбцами E, F, H, I и J, содержащими информацию не используемых термодатчиков. Данные столбцы необходимо удалить.

8. Рассчитать средние значения термоэдс для ТП и напряжения для ТС, см. рис. 2.10. Расчеты рекомендуется провести непосредственно в Microsoft Excel, используя функцию СРЗНАЧ. Правила использования данной функции описаны в приложении № 6.

9. Округлить показания ТП (столбцы C, D) и ТС (столбец E) до четырех знаков после запятой, т е. до десятитысячных. Результат округления показан на рис. 2.10. Процедура округления чисел с помощью программы Excel изложена в приложении № 6. При округлении чисел рекомендуется пользоваться правилами, представленными в приложении № 1.

10. На листе “Градуировка” создать таблицу, предназначенную для размещения сводной информации, см. рис. 2.11. Ячейки “А2…А5”, содержат значения температур фазовых переходов, а в ячейках “B2…В5”, “C2…С5”, “D2…D5” будут находиться показания термодатчиков, соответствующие температурам фазовых переходов.

Рис. 2.10.

Рис. 2.11.

11. Скопировать средние значения показаний ТП и ТС с листа “Жидкий азот” (на рис. 2.10 ячейки “С17…Е17”) на лист “Градуировка” в ячейки “B2…D2”. Повторить процедуру копирования средних значений показаний термодатчиков с остальных листов на лист “Градуировка” в соответствующие ячейки. В качестве примера на рис. 2.12 представлена таблица, содержащая средние значения термоэдс ТП , и напряжения ТС при температуре  К, также в таблице отображены средние показания ТП №1, рассчитанные для других температур фазовых переходов.

При вставке скопированных значений рекомендуется пользоваться командой Excel <Правка \ Специальная вставка \ Вставить \ Значения>.

Рис. 2.12.

12. Построить графики, отражающие зависимость абсолютной температуры от показаний термодатчиков. В рассматриваемом примере это графики , и . Графики можно строить непосредственно в программе Microsoft Excel, используя для этого пункт меню <Вставка \ Диаграмма>. Построение графиков в программе Microsoft Excel представлено в приложении № 6.

Н а рис. 2.13 демонстрируется только одна зависимость абсолютной

Рис. 2.13.

температуры как функции средних значений показаний ТП №1. Данный график построен в программе Microsoft Excel.

Для построения графиков также можно использовать специализированные программы (Origin 6.1, Mathcad, Matlab и др.), предназначенные для анализа статистической информации.

При построении графиков, как с помощью компьютерных программ, так и на миллиметровой бумаге необходимо выполнять требования, которые предъявляются к оформлению графиков. Данные требования изложены в приложении № 3.

13. Выполнить аппроксимацию (сглаживание) зависимости температур от термоэдс для ТП с помощью интерполяционного полинома третьей степени

, (2.1)

где – эмпирические коэффициенты у градуировочных характеристик.

Рис. 2.14.

Для определения параметров в Microsoft Excel необходимо выполнить следующие операции: 1) подвести курсор компьютерной мыши к одной из экспериментальных точек на поле графика, при этом должна появиться всплывающая подсказка “Ряд Е1, мВ”; 2) нажатием левой кнопки мыши выделить данную зависимость; 3) не перемещая курсор мыши, нажать правую кнопку мыши; 4) в появившемся меню выполнить команду <Добавить линию тренда>, после чего отобразится окно “Линия тренда”; 5) выбрать тип аппроксимации: полиноминальная 3-й степени; 6) активизировать вкладку “Параметры” и установить опцию “Показать уравнение на диаграмме”. Пример сглаживания (сплошная кривая) экспериментальных данных представлен на рис. 2.14. На поле диаграммы показано уравнение интерполяционного полинома с искомыми коэффициентами  , .

14. Используя формат выражения (2.1), записать уравнения градиуровочных характеристик для всех используемых в работе ТП. Например, согласно уравнению аппроксимационного полинома 3-й степени, показанного на рис. 2.14, передаточная функция для ТП №1 будет иметь следующий вид

. (2.2)

При записи передаточных функций необходимо соблюдать количество значащих цифр. Как видно из выражения (2.2), численные значения всех коэффициентов содержат 4 значащие цифры.

15. Выполнить аппроксимацию зависимости температуры от напряжения на ТС с помощью интерполяционного полинома второй степени

. (2.3)

где – эмпирические коэффициенты у градуировочных характеристик термометра сопротивления.

Для определения параметров в Excel необходимо выполнить действия 1…6 пункта 13, только следует выбирать тип аппроксимации: полиноминальная, 2-й степени.

16. Используя формат выражения (2.3), записать уравнение градиуровочной характеристики для ТС.

При записи передаточной функции ТС необходимо соблюдать количество значащих цифр у коэффициентов , оно должно равняться четырем.

17. Представить на проверку преподавателю:

1) рабочую книгу в формате Microsoft Excel;

2) интерполяционные полиномы для ТП и ТС.

35