1.10.1 Sai số của phép đo.
Ước lợng sai số của phép đo là việc làm cần thiết sau khi thực hiện phép đo,khi thực hiện phép đo ta sẽ nhận đợc kết quả của phép đo (kết quả đo).Kết đo phản ánh trình độ nhận thức của con ngời, kết quả đo không những phụ thuộc vào đại l- ợng đo mà còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố nh phơng pháp đo, phơng tiện đo, ngời đo, điều kiện đo...
Nh vậy kết quả đo (Xđ) và giá trị thực (Xt) của đại lợng cần đo có sự sai khác gọi là sai số của phép đo, nghĩa là:
∆X = Xđ - Xt (1.7)
Giá trị thực đợc lấy bằng giá trị thực quy ớc, là giá trị đợc tìm trong thực nghiệm rất gần với giá trị thực có thể chấp nhận đợc, trong phép đo là giá trị trung bình của n lần đo.
Kết quả đo thờng đợc làm tròn theo sai số của phép đo. Khi làm tròn kết quả đo ngời ta căn cứ vào bậc có nghĩa của sai số, tuân thủ theo quy định làm tròn số của TCVN 1517 – 74.
Theo quy luật xuất hiện sai số đợc phân thành một số loại chính sau:
1. Sai số hệ thống.
Là sai số không đổi hoặc thay đổi theo một quy luật xác định khi đo lặp lại cùng một đại lợng, quy luật này không phụ thuộc vào số lần đo nhiều hay ít. Nghiên cứu sai số ngẫu nhiên cho ta cơ sở để quyết định có thể bỏ qua hoặc loại trừ.
nguyên sai số hệ thống có nhiều song có thể phân thành một số nhóm sau:
Do phơng tiện đo gây nên là một trong những thành phần sai quan trọng của phép đo. Nguyên nhân gây ra sai số này trớc hết là do cấu trúc của phơng tiện đo. Vì vậy trong thiết kế ngời ta cố gắng thuyết phục, tuy nhiên cũng không htể loại trừ đợc.
Sai số do phơng tiện còn do quá trình công nghệ chế tạo ra phơng tiện đó. Trong quá trình sử dụng các bộ phận chi tiết của phơng tiện, già hoá, h hỏng... Sau một thời gian các phơng tiện không còn giữ đợc những đặc trng đo lơng nh ban đầu, cũng gây nên sai số.
- Do lắp đặt phơng tiện đo, sai số này ít gây nguy hiểm song nếu kgông chú ý thì có ảnh hởng rất lớn đến kết quả đo.
- Do phơng pháp đo, sai số này thờng trong những trờng hợp ít hiểu biết về lĩnh vực đo lờng hoặc trong lĩnh vực nghiên cứu không tìm đợc giải pháp tối u của ph- ơng pháp đo. Sai số này còn gọi là sai số lý thuyết.
- Sai số do chủ quan của ngời đo.
Nhìn chung việc phát hiện và loại trừ sai số hệ thống rất phức tạp và khó khăn, song khi đã phát hiện đợc thì việc loại trừ không mấy khó khăn.
Để loại trừ sai số hệ thống quá trình đo ngời ta thờng sử dụng một số biện pháp sau:
- Phân tích lý thuyết để xác định sai số hệ thống. - Kiểm tra dụng cụ trớc khi đa vào sử dụng. - Chuẩn trớc khi đo.
- Chỉnh không trớc khi tiến hành đo.
- Tiến hành phép đo bằng các phơng pháp đo khác nhau. - Sử dụng phơng pháp thế trong khi đo.
- Sử dụng phơng pháp bù có giá trị ngợc dấu. - Sử dụng phơng pháp hoán vị.
- Sử dụng phơng pháp đối xứng.
Trong thực tế không thể loại trừ hoàn toàn sai số hệ thống, mà ta chỉ có thể làm giảm trong một phạm vi cho phép.
2. Sai số ngẫu nhiên.
Là sai số xuất hiện một cách ngẫu nhiên không theo một quy luật nào khi ta tiến hành phép đo nhiều lần với một đại lợng . Chúng ta không thể xác định đợc giá
trị và dấu của chúng, bởi vì sự suất hiện của các tác đọng ngẫu nhiên trong mỗi lần đo không giống nhau cũng nh không thể xác định đợc chúng.
Trong quá trình đo chúng ta không thể biết trớc sai số ngẫu nhiên xảy ra ở những lần đo nào nhng nếu tiến hành phép đo lặp lại nhiều lần ta sẽ thấy chung xuất hiện theo một quy luật nào đó. Do vậy việc nghiên cu ảnh hởng của sai số ngẫu nhiên đến kết qua đo là nghiên cứu tính chất tập hợp các giá trị nhận đợc từ một dãy lần đo lặp lại.
Nguyên nhân gây ra sai số ngẫu nhiên có nhiều và cũng không thể xác định đợc chúng. Để nghiên cứu sự ảnh hởng của sai số ngẫu nhiên có nhiều phơng pháp, trong đo lờng học thờng sử dụng toán học thống kê và lý thuyết xác xuất và đợc dựa trên các gỉa thuyết sau:
- Các sai số ngẫu nhiên có cùng một giá trị (độ lớn) có cùng một xác xuất. - Các sai số ngẫu nhiên có gia trị xác suất lớn, và ngợc lại.
- Nếu sai số ngẫu nhiên vợt quá giá trị nào đó thì xác xuất coi nh bằng không.
3. Sai số thô
Là sai số vợt quá sai số mong đợi trong điều kiện nhất định một cách rõ rệt. Thơng là những h hỏng trầm trọng của phơng tiện, dothao tác nhầm của ngời đo ...
Sai số thô thờng ít xảy ra song rất dễ bị nhầm với sai số của hệ thống và sai số ngẫu nhiên.
Loại trừ sai số thô đơn giản bằng sự thận trọng, bằng sử dụng các phơng tiện hoàn hảo v.v... nhng đôi khi cũng khó thực hiện.
1.10.2. Gia công kết quả đo
Kết quả đo lờng thử nghiệm phải đợc công bố theo sai số và độ tin cậy, kết quả một phép đo đợc xác định theo biểu thức sau:
Xđ =Χ ± ∆ ( 1.8 ) Trong đó:
Xđ- Giá trị đúng của phép đo
Χ - Là giá trị trung bình của n lần đợc lặp trong phép đo ∆ - Là sai số của phép đo.
Nh vậy độ chính xác của kết quả đo sẽ phụ thuộc vào sai số của phép đo với một độ tin cậy nhất định.
Nếu qui định mỗi lần đo riêng rẽ trong phép đo lặp là một quan trắc thì giá trị nhận đợc là kết quả quan trắc. Kết quả quan trắc của lần đo thứ i là đại lợng Xi của đại lợng đo không đổi Xđ sẽ nằm trong khoảng X1 < Xi < X2, với các sai số của nó ∆i. Để nghiên cứu kết quả đo ta xem kết quả quan trắc là đại lợng ngẫu nhiên liên tục. Điều này có thể thực hiện đợc khi ta thực hiện phân lớp với một khoảng khá nhỏ nhờ kỹ thuật và công nghệ đo lờng hiện nay.
Với quan niệm nh vậy sai số của kết quả quan trắc cũng đợc xem là đại lợng ngẫu nhiên nhận những giá trị ∆i khác nhau ở những lần quan trắc khác nhau và chúng tuân theo qui luật phân bố chuẩn, đợc đặc trng bằng kỳ vọng toán M(x) và phơng sai D(x) [1] ; [8].
Trong đó:
M(x) = Xđ = à D(x) = δ
Để ớc lợng đợc giá trị kỳ vọng toán à và trung bình phơng δ của hàm phân bố quan trắc, dựa vào kết quả của n lần đo lặp lại ta có:
Χ = + + + = n Xn X X1 2 ... ) ( . 1 ∑ = n I n Xi (1.9)
Nếu kết quả đo không có sai số thì: Xđ = X
Vì vậy kết quả quan trắc của mỗi lần đo sẽ phân tán quanh giá trị đo trung bình. Gọi độ lệch của mỗi lần đo Xi so với giá trị trung bìnhX là νi là sai số d, ta có: νi = Xi -X (1.10) Sai số d có tính chất: -Tổng tất cả các số d bằng không ∑ = n i 1 νi = 0
-Tổng các bình phơng của chúng có giá trị nhỏ nhất ∑
=
n
i1 ν2= Min.
Sai số d đợc dùng để kiểm tra kết quả đo.
Khi đó độ lệch thực nghiệm S, đặc trng cho sự phân tán của kết quả quan trắc so với X đợc xác định: S = 2 1 ) ( 1 1 ∑ = − − n i X Xi n (1-11)
Lý thuyết đã chứng minh khi số lần đo tăng lên vô hạn thì giá giá trị trung bình của n lần đo X tiến dần tới kỳ vọng toán à và độ lệch chuẩn thực nghiệm S tiến dần tới δ.
Theo sai số d () ngời ta xác định tổng bình phơng của tất cả các số d, từ đó xác định ớc lợng trung bình bình phơng σ*. Theo công thức Bessel đợc xác định.
σ* = ∑( ) = − n i 1 n 2 1 υ (1-12)
Ước lợng này không chệch có căn cứ và có hiệu quả [1]
Vì có sự tham gia của sai số ngẫu nhiên nào đó ngời ta đa ra khái niệm ớc lợng độ chệch trung bình bình phơng σ*đợc xác định: σ*= ( ) ( 1) 1 2 − − ∑ = n n X Xi n i = ( 1) 1 2 − ∑ = n n i n i υ = n * σ (1-12)
Dựa vào kết quả tính toán giá trị xác suất đáng tin P với đại lọng ngẫu nhiên Xi
theo phân bố chuẩn, dựa vào (phụ lục 2) sẽ xác định đợc hệ số k, căn cứ vào hệ số k xác định khoảng đáng tin cậy của sai số ngẫu nhiên bằng:
∆1,2 = k*σ*
(1-13)
Khoảng đáng tin cậy∆1,2 cho biết trong giới hạn khoảng đo với một xác suất đáng tin cậy sẽ tìm đợc một giá trị đúng của phép đo Xđ.
Trờng hợp :
Nếu n > 20 thì khoảng đáng tin.
∆1,2 = k*σ*
(1-14)
Nếu 2<n<20 thì khoảng đáng tin cậy: ∆1,2 = hstσ*
(1-15)
ở đây hst là hệ số phân bố Student phụ thuộc vào xác suất tính đợc ở trên và số l- ợng phép đo tra theo (phụ lục 3). Theo phân bố Student ta có:
(X -∆1,2) < X < (X +∆1,2)
ứng dụng lý thuyết xác suất và thống kê ta có thể gia công kết quả theo một Angorit (hình 1. 26)
Quá trình gia công có thể thực hiện trên máy tính với bất kỳ ngôn ngữ nào trên một Angorit (hình 1. 26).Kết quả cho chúng ta giá trị thực Xđ bằng tổng của giá trị trung bình Χ với khoảng tin cậy ∆1,2
Kết quả của phép đo sau khi gia cộng:
Xđ -Χ±∆1,2. (1-16)
Cho xác xuất P tìm hst Khoảng đáng tin ∆1,2 = hst. δ* Χ Kết quả đo = Χ ± ∆1,2 δ*Χ = δ* / Kỳ vọng toán học M[x] = Χ n phép đo Xi Sai số dư Vi=Xi-Χ Tính δ* = Tính = 0 Bắt đầu Kêt thúc
Hình 1.26 Sơ đồ angôrit gia công kết quả đo Chơng II
XÂY DựNG CƠ SƠ Lý THUYếT PHòNG Kỷ THUậT ĐO LƯờNG
2.l Lựa chọn trang thiết bị đo lờng Cơ Điện .
Do tính chất các môn học của các ngành trong khoa Cơ Điện đòi hỏi công tác đo lờng thử nghiệm phải chuẩn mực , các trang thiết bị cần phù hợp với đại lợng đo và thích nghi vói điều kiện tiến hành đo và thí nghiệm đo. Đồng thời phải đáp ứng trang bị cho từng bộ môn trong khoa và các thiết bị phải có đọ chính xác đủ cao trong công tác nghiên cứu khoa học của cán bộ và sinh viên trong toàn Khoa Cơ Điện .
Trang thiết bị đo lờng của Khoa Cơ Điện phải thoả mãn các yêu cầu đã nêu ở chơng 1mục 1.2 và đảm bảo các tiêu chí cần thiết sau :
2.1.1 Thiết bị đo các đại lợng điện.
a. Mục đích sử dụng:
- Phục vụ cho các bài thực tập của chuyên ngành Điện, Cơ khí, Công trình. - Phục vụ cho nghiên cứu khoa học .
b. Đối tợng phục vụ:
- Sinh viên ngành Điện, Cơ khí, Công trình.
- Cán bộ trong khoa, cao học ngành Điện và nghên cứu sinh.
c. Đại lợng cần đo:
Dòng điện, Điện áp, Công suất, Tần số, Hệ số cosϕ, Điện trở, Điện cảm, Điện dung.
2.1.2 Thiết bị đo về độ cứng, độ bóng bề mặt kim loại . a. Mục đích sử dụng.
- Phục vụ cho các bài thí nghiệmthực hành các môn học kỹ thuật kim loại . - Dung sai đo lờng, công nghệ kim loại .
b. Đối tợng phục vụ:
Sinh viên chuyên ngành cơ khí, công trình công thôn.
c. Các đại lợng cần đo.
- Đo độ bóng bề mặt . - Đo độ cứng kim loại.
- Xác định kết cấu vật liệu kim loại .
2.1.3 Thiết bị đo các đại lợng động lực học vủa liên hợp máy. 1. Mục đích sử dụng.
Phục vụ cho các bài thí nghiệm của các môn học . - Cơ lý thuyết.
- Nguyên lý máy . - Động lực học.
- Lý thuyết máy nông nghiệp . - Lý thuyết liên hợp máy.
2. Đối tợng phục vụ.
- Sinh viên ngành cơ khí . - Cao học ngành cơ khí .
- Nghiên cứu sinh về ngành cơ khí và các cán bộ nghiên cứu khoa học .
3. Đại lợng cần đo. - Vận tốc . - Gia tốc. - Lựckéo , nén . - Mômen xoắn. - Công suất.
2.1.4 Thiết bị đo các đại lợng cơ học. 1. Mục đích sử dụng:
Phục vụ cho thực hành thí nghiệm các môn học cơ sở về cơ học và cơ khí cho một số môn học cuẩ chuyên ngành cơ khí , ngành công trình .
2. Đối tợng phục vụ:
Sinh viên chính quy và tại chức ngành cơ khí, Điện ,Công thôn, đào tạo sau đại học , nghiên cứu sinh.
1.1.5 Thiết bị thử nghiệm . 1. Mục đích sử dụng.
Phục vụ giảng dạy , thực tập cho các môn học của chuyên ngành động lực ôtô, máy kéo , cho các mônhọc của Bộ môn máy nông nghiệp .
2. Đối tợng phục vụ:
Sinh viên chuyên ngành cơ khí nông nghiệp , cơ khí động lực , cơ khí chế biến , sinhy viên các khoa khác trong trờng , cán bộ trong khoa , cao học ngành cơ khí và nghiên cứu khoa học .
3. Nội dung nghiên cứu:
- Thử nghiệm và kiểm tra hệ thống chiếu sáng trên ôtô, máy kéo.
- Thử nghiệm va kiểm tra hệ thống đốt sáng, hệ thống điều khiển ôtô, máy kéo . - Thử nghiệm và kiểm tra chuẩn đoán động cơ.
- Thử nghiệm và chuẩn đoán kỹ thuật của ôtô, máy kéo.
2.1.6 Tiêu chí lựa chọn. 1.Tính hiện đại .
Phơng tiện dụng cụ đợc trang bị phản ánh trình độ khoa học kỹ thuật công nghệ tiên tiến hiện nay trên thế giới, tính năng kỹ thuật cao nh độ ổn định, độ tin cậy và thuận tiện trong sử dụng. Các thiết bị phù hợp với các yêu cầu ở 2.1 đáp ứng đầy đủ công tác đào tạo và nghiên cứu triển khai cơ điện nông nghiệp.
2. Tính hệ thống.
Đáp ứng nhu cầu cấu hình gọn, có khả năng hỗ trợ và bổ xung lẫn nhau trong các phép đo cần thiết nhng không chồng chéo. Có thể mở rộng nâng cấp khi có nhu cầu, có khả năng nối ghép thành hệ thống và phát triển hệ đo lờng thử nghiệm.
3. Tính linh hoạt
Phục vụ công tác đo lờng trong phòng thí nghiệm và ngoài hiện trờng khi cần thiết, có thể đo riêng rẽ từng chỉ tiêu hoặc đo lờng hợp bộ đa chỉ tiêu khi cần thiết.
4. Độ bền.
Các trang thiết bị phải đợc nhiệt đới hoá, làm việc ổn định trong môi trờng khắc nghiệt, chịu rung động với các thiết bị lu động, thuận lợi trong vận chuyển.
5. Giá cả.
Phù hợp với khả năng đầu t.
6. Nguồn cung cấp.
Ưu tiên các công ty, các hãng cung cấp có uy tín có dịch vụ mua bán và dịch vụ kỹ thuật đo lờng tốt.
2.2.Tổ chức quản ký sử dụng trang thiết bị phòng kỹ thuật đo lờng.
Theo các thông tin về kinh tế-kỹ thuật của trang thiết bị đo lờng đợc cung cấp lắp đặt tại các phòng thí nghiệm của khoa Cơ Điện đợc thu thập từ các công ty n- ớc ngoài, các hãng sản xuất nh hãng chế tạo của Mỹ, Thuỵ sĩ, Nhật Liên xô....Trên cơ sở đó lựa chọn trang thiết bị theo yêu cầu(mục 2.1) phục vụ đào tạo và nghiên cứu khoa học.
Đối với các phòng thí nghiệm phục cho công tác đào tạo (thí nghiệm thực hành của sinh viên) nên chọn các thiết bị phơng tiện đo lờng có cấp chi nhs xác thấp từ 1 đến 2,5. Việc sử dụng các trang thiết bị đo, các kỹ s, cán bộ giảng dạy chuyên môn phụ trách ở các bộ môn hoặc các kỹ thuật viên chuyên trách, có định kỳ bảo dỡng, kiểm tra hiệu chuẩn.
Đối với các thiết bị phục vụ cho công tác nghiên cứu khoa học, hiệu chuẩn các