Розробка методики дослідження

Перед тим, як починати будь-яку експериментальну роботу, потрібно розробити методику дослідження, тобто сукупність методів і прийомів, за допомогою яких буде вирішуватись задача дослідження.

Методика експериментальних досліджень передбачає послідовність (черговість) проведення спостережень і вимірів, вибір необхідних для спостережень і вимірів приладів, устаткування, машин, апаратів і, у разі потреби, створення унікальних приладів, експериментальних установок, стендів для розробки теми дослідження.

Виміри є основною складовою частиною кожного експерименту. Від старанності вимірювання і наступних обчислень залежать результати експерименту. Процес вимірювання являє собою знаходження якоїсь фізичної величини за допомогою спеціальних технічних засобів, це процес порівняння отриманого значення з відомою величиною (еталоном). Виміри можуть бути прямими, непрямими, сукупними і спільними. При прямих вимірах шукані величини (що вимірюються) визначаються в результаті безпосереднього відліку показань вимірювального приладу або за номінальним значенням мір (наприклад, вимір температури термометром; вимір довжини за допомогою лінійки і т.п.).

При непрямих вимірах шукані величини визначають шляхом прямих вимірів декількох величин, функціонально пов’язаних із величиною, що вимірюється, і обчислюються за рівнянням функціонального зв’язку: d = f×(а, b, с), де d - величина, знайдена за допомогою непрямих вимірів; а, b, с - за допомогою прямих вимірів.

Шукані величини в сукупних вимірах визначаються шляхом розв'язування системи рівнянь, вид яких відомий І в яких наводяться значення окремих параметрів, знайдених прямими вимірами. Чим більше рівнянь, тим більш точні результати.

При спільних вимірах дві або декілька неоднорідних величин вимірюються одночасно для побудови залежності між ними.

У дослідницькій роботі головним чином використовуються сукупні і спільні виміри.

Розрізняють три класи вимірів:

- особливо точні - еталонні виміри з максимально можливою точністю.

- високоточні - похибка яких не повинна перевищувати заданих значень. Цей клас використовують для контрольно-перевірних вимірів приладів, а також при деяких найбільш відповідальних експериментах.

- технічні - похибка в яких визначається особливостями засобів вимірювання.

У практичних розрахунках розрізняють два види похибки: абсолютну і відносну.

Абсолютна похибка (ΔА) - це різниця між вимірюваним (знайденим у результаті виміру, А) і дійсним значенням величини, що вимірюється (Аg): ΔА = А – Аg.

Похибка приладу, взята з протилежним знаком, називається поправкою. Для визначення дійсного значення виміру необхідно до показання приладу додати поправку (алгебраїчне додавання).

Відносна похибка (В) - це відношення абсолютної похибки до дійсного значення, виражене у відсотках:

B = (ΔА/Аg) · 100 (6.1)

Відносна приведена (припустима) похибка (B_пр) це відношення абсолютної похибки до різниці верхньої А_mах і нижньої А_mіn межі виміру шкали приладу, виражена у відсотках:

B_пр = [ΔА/( А_mах – А_mіn)] · 100 (6.2)

Так, для вольтметра з межами виміру від 0 до 250 В та похибкою 3 В:

B_пр = (6.3)

Найбільшу відносну приведену похибку називають класом точності приладу. Розрізняють два види класу точності:

- за абсолютними похибками;

- за відносними похибками.

Клас точності проставляється на циферблаті приладу.

Існуючі прилади мають такі класи точності: 0,005; 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5 (0,6); 1,0; 1,5 (1,6); 2,5; 4,0; 6,0. Похибки приладу нормуються тільки для робочої частини шкали. У приладів із рівномірною шкалою робочою частиною є вся шкала, а для приладів із нерівномірною шкалою робоча частина починається з 25 % від початкового діапазону виміру. Чим менше діапазон виміру, тим вище відносна похибка. Так, для вольтметра з класом точності 1,0 і шкалою 0-100 В наведена відносна похибка дорівнює:

для шкали 0-90 В відносна похибка складає:

для шкали 0-30 В відносна похибка складає:

Дослідник повинен ознайомлюватись з каталогами вимірювальних приладів, що випускаються вітчизняними заводами. За цими каталогами можна замовити прилади, робота на яких регламентується інструкціями і Держстандартами. Опрацювання даних зводиться до систематизації всіх цифр, класифікації й аналізу. Для наочного, швидкого зіставлення і відповідних висновків, результати експериментів повинні наводитись у вигляді таблиць, графіків, номограм.

6.1.4 Упорядкування робочого плану дослідження і підготовка матеріальної бази для проведення експерименту

Після розробки гіпотези і методики дослідження варто скласти робочий план.

Робочий план - це докладно розроблений проект виконання дослідження. У ньому визначається:

- уточнене формулювання теми;

- загальні Й окремі завдання;

- ступінь комплексності (в сучасних умовах більшість робіт виконуються комплексно);

- етапи роботи із зазначенням їхнього обсягу й змісту, об'єктів і методів, техніки дослідження, трудомісткості і термінів виконання кожного етапу;

- розподіл роботи між виконавцями;

- форма подання результатів (звіт, стаття, доповідь).

Після визначення змісту й обсягу експериментальних робіт складається перелік засобів вимірювання, кількість необхідних матеріалів, реактивів, список виконавців, календарний план і кошторис витрат.

Дослідник повинен перевірити забезпеченість майбутньої роботи всім необхідним. У разі відсутності будь-чого слід своєчасно подати заявку, при цьому зазначити варіанти заміни. Якщо робота може бути виконана за допомогою стандартного устаткування, дослідник повинен взяти участь у його доборі. Якщо має використовуватись нестандартне устаткування, слід налагодити зв’язки з проектувальниками, конструкторами, виробниками.

Проведення виробничих експериментів пов’язано з необхідністю вивчення технологічних процесів. Для цього досліднику потрібні прилади для вимірювання тих або інших параметрів і реактиви для визначення показників.

Після вибору методики дослідження доцільно скласти докладй робочий план, у якому варто зазначити методи визначення окремих показників. На підставі зазначених методів провадиться добір необхідних приладів і приготування реактивів. Різні вимірюальні прилади, мірний посуд мають визначені класи точності.