а) В процессе анализа поставленной задачи решаются вопросы: что измерять?; с какой точностью измерять?; как измерять?; чем измерять? Ответы на эти вопросы и определяют содержание подготовки эксперимента. Кратко рассмотрим их. 1. Перед проведением измерений необходимо составить возможно более точную модель объекта. Модель объекта дает ответ на первый вопрос. Пр, для измерения напряжения переменного тока нужно знать форму кривой этого напряжения, его частоту, диапазон возможных мгновенных значений. Модели объекта могут изменяться. 2. Обоснование необходимой точности должно учитывать поставленные цели, технические возможности, экономические и временные затраты. Необоснованный запас по точности может сделать эксперимент неоправданно сложным и дорогим. Иногда допустимая погрешность задается заранее. Суммарная погрешность не должна превышать допустимую. 3. На вопрос: как измерять? отвечает методика измерений – совокупность операций и правил использования средств измерений, средств вычислений и вспомогательных средств. Разработка методики измерений неразрывно связана с обеспечением требуемой точности, требует учета вида измерений и метода. б) Достоверность результатов измерений зависит от условий, в которых выполнялись измерения.

Условия – это совокупность величин, влияющих на значение результатов измерения. Влияющие величины разделяются на следующие группы: климатические, электрические и магнитные (колебания эл тока, напряжения в сети), внешние нагрузки (вибрации, ударные нагрузки, внешние контакты приборов). Для конкретных областей измерений устанавливают единые нормальные условия. Значение физической величины, соответствующее нормальному, называют номинальным. При выполнении точных измерений применяют специальные средства защиты, обеспечивающие нормальные условия. в) Важный этап подготовки – выбор средств измерений, соответствующих принятым моделям. При этом учитываются следующие факторы: 1) Воздействие средства измерения на объект. Так, включая амперметр в измеряемую цепь, мы уменьшаем ток в этой цепи за счет сопротивления самого амперметра. Для уменьшения этого влияния необходимо, чтобы мощность, потребляемая от объекта средством измерений, была относительно небольшой. Тогда орентировочно относительную погрешность, вызванную потреблением мощности Рп ри измеряемого объекта можно оценить формулой β=Pn/P , где Р – мощность, выделяемая на объект измерения. 2) Метрологические характеристики средств. 3) Пределы измерений (следует выбирать такие пределы измерений, при которых показания прибора будут находиться ближе к верхнему пределу). 4) Частотный диапазон (необходимо обеспечить неискаженное прохождение спектра сигналов измерительной информации). г) На точность измерения влияет и подготовка операторов. д) До начала измерений оператор опробует средства измерения, т. е. проверяет действие органов управления, регулировки, настройки и т. д. Если средства автоматизации, то тест.

4. Выполнение измерений.

Организация измерений имеет большое значение для получения достоверного результата. Это в значительной мере зависит от квалификации оператора, его технической и практической подготовки, проверки средств измерений до начала измерительного процесса, а также выбранной методики проведения измерений. Во время выполнения измерений оператору необходимо: соблюдать правила по ТБ при работе с измер приборами; следить за условиями измерений и поддерживать их в заданном режиме; тщательно фиксировать отсчеты в той форме, в которой они получены; вести запись показаний с числом цифр после запятой на две больше, чем требуется в окончательном результате; определять возможный источник систематических погрешностей. Принято считать, что погрешность округления при снятии отсчета оператором не должна изменять последнюю значащую цифру погрешности окончательного результата измерений. Обычно ее принимают равной 10 % от допускаемой погрешности окончательного результата измерений. В противном случае число измерений увеличивают настолько, чтобы погрешность округления удовлетворяла указанному условию. Единство одних и тех же измерений обеспечивается едиными правилами и способами их выполнения. При этом унифицируют требования к модели, средствам измерений, условиям их проведения, обработки экспериментальных данных, форме представления результата. Это обусловливает необходимость разработки методик выполнения измерений. Методика должна содержать разделы: нормы точности измерений; используемые методы измерений; требования безопасности; требования к квалификации оператора; условиям выполнения измерений; обработке и оформлению результатов измерений.

7. Учет и исключение систематических погрешностей.

Это достигается: установкой нуля (стрелочные приборы), предварительной калибровкой (развертки осциллографа). Устраняются источники тепла; применяются замкнутые и непрерывные экраны (для исключения влияния магнитных полей); амортизаторы. В более сложных ситуациях задача решается выбором метода, прибора и условий измерений, при которых систематические погрешности минимизируются. Однако, этот путь не всегда осуществим. Если происхождение систематической погрешности известно и ее значение может быть определено, то вводят поправку, или поправочный множитель. Поправка - это значение величины, одноименной с измеряемой, прибавляемой к результату измерения с целью исключения систематической погрешности. Поправочный множитель умножают на результат измерения (например при измерении амплитудного значения напряжения с помощью вольтметра, результат нужно умножить на √2, так как шкала вольтметра проградуирована в среднеквадратических значениях). Для устранения систематических ошибок широко применяют способы замещения, компенсации и симметричных наблюдений.

Способ замещения - измеряемую величину заменяют мерой, находящейся в тех же условиях. Например, при измерении электрических параметров R,C или L объект включают в мостовую схему, позволяющую выполнить уравновешивание цепи. Затем, не меняя схемы, вместо объекта включают меру переменного значения ( магазин R,L,C) и , изменяя ее значение, добиваются восстановления равновесия. Способ компенсации - измерения проводят дважды так, чтобы погрешность входила в измерения дважды с противоположными знаками. Исключается они вычислением среднего значения:

.

Способ симметричных наблюдений - в течение некоторого интервала времени выполняют несколько измерений одной и той же величины. За окончательный результат принимают среднее значение двух результатов, симметричных относительно середины интервала(см. рис.). Когда причины возникновения систематических ошибок известны, но их значение и знак установить нельзя, применяют рандомизацию-перевод в случайную погрешность. Когда учёт систем-х ошибок не возможен с помощью перечисленных погрешностей применяют рандолизацию (перевод сист-х погр-й в случайные)