Основы научных исследований и испытаний двигателей (стр. 8 )

Для реализации плана эксперимента при каждой из N комбинаций факторов производится n измерений. Как правило, число параллельных опытов n>3.

Последовательность проведения замеров определяют с помощью таблиц случайных чисел с целью учета влияния на процесс неуправляемых факторов (рандомизация опытов).

4.  Обработка результатов испытаний

Обработка результатов испытаний включает выполнение измерений, учет их ошибок и получение результатов согласно действующих стандартов и общепринятых методов математической обработки.

Последовательность работы испытателя включает планирование испытаний, приобретение оборудования и приборов, проведение испытаний, обработка результатов испытаний и их анализ, составление отчета. На этапах приобретения приборов уделяется серьезное внимание точности приборов и анализу возможных ошибок. Если оборудование не обеспечивает нужной точности, испытания должны быть отложены.

Рассмотрим подробно отдельные элементы обработки результатов
испытаний.

4.1.  Ошибки измерений

Измерение – нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств

Истинное значение физической величины идеальным образом отражает свойство объекта, но так как все физические величины находятся опытным путем и содержат ошибки измерения, то истинное значение физических величин остается неизвестным.

За действительное значение физической величины при технических измерениях принимают значение, найденное с допустимой по техническим требованиям ошибкой.

Ошибкой измерения называется отклонение результата измерений от истинного (действительного) значения измеряемой величины. Если ошибка выражена в единицах измеряемой величины, то она называется абсолютной. Если же абсолютная ошибка отнесена к истинному (действительному) значению физической величины, то в этом случае она называется относительной ошибкой измерения.

По способу получения значений Физической величины измерения могут быть прямыми и косвенными и, соответственно могут быть ошибки величин прямого измерения и ошибки величин косвенного измерения.

Измерение называется прямым, если искомое значение находится непосредственно из опытных данных. При косвенном же измерении искомое значение величины находится на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, полученными прямым измерением. Например, для определения мощности двигателя необходимо знать величины прямого измерения – частоту вращения колончатого пала двигателя и крутящий момент двигателя, а также иметь формулу, связывающую эти величины.

В специальной литературе существуют различные виды классификаций ошибок (по происхождению, по свойствам ошибок и т. д.).

Классификация ошибок по происхождению (причинам) содержит три разновидности ошибок: методические, инструментальные и личные.

Методические ошибки вызваны несовершенством методики изменений, использованием неточных (упрошенных формул). Например, применение различных способов определения механических потерь приводит к различным результатам.

Инструментальные ошибки обусловлен несовершенством средств измерения, влиянием внешних условий.

Личные ошибки обусловлены индивидуальными особенностями лица, выполняющего измерения (например, неправильный отсчет десятых долей деления шкалы прибора). Совершенствование конструкций отсчетных устройств уменьшает личную ошибку, а применение цифровых приборов исключает эту ошибку.

Однако знание причин ошибок еще не дает ответа на вопрос о путях устранения их.

Поэтому рекомендуется классификация ошибок по их свойствам: систематические, случайные, грубые, промахи.

Систематические ошибки – это составляющие ошибок, которые остаются постоянными или закономерно изменяются при повторных измерениях одной и той же величины . При этом различают статические и динамические ошибки.

Статические ошибки возникают, например, при измерении нагрузки (крутящего момента) двигателя на тормозном стенде при установившемся режиме работы двигателя. Они обусловлены наличием сил трения в механизме передачи весового устройства тормоза. Эта ошибка учитывается по данным тарировки весового устройства путем введения поправок.

Динамические систематические ошибки обусловлены инерционными свойствами прибора. Так, например, поведение мембраны в датчике давления индикатора вызывает амплитудную и фазовую ошибки индикаторной диаграммы .По данным измерений и некоторых

вычислений эти ошибки могут быть учтены путем введения поправок.

Случайные ошибки - это составляющие ошибок измерения, изменяющиеся случайным образом при повторных измерениях одной и той же величины. Случайные ошибки вызываются вариациями показаний измерительных приборов, ошибками округления или отсчитывания показаний прибора и другими трудно учитываемыми причинами. Случайные ошибки нельзя исключать из результатов измерений, но их влияние можно уменьшить путем многократных измерений одной величины и обработкой опытных данных.

Методы определения случайных ошибок зависят от полей исследования, числа измерений и т. д. При испытаниях двигателей обычно пригоняется оценка случайных ошибок при малом числе измерений с использованием распределения Стьюдента. Это распределение предпочтительней, потому что учитывает влияние числа измерений на ошибку.

Рассмотрим пример определения случайной ошибки при определении крутящего момента двигателя. При этом будем считать, что систематические ошибки учтены путем введения поправок. Пусть на каждом режиме определение момента двигателя повторяется...... раз... Это позволяет определить среднее арифметическое значение момента двигателя

Знание среднего момента позволяет оценить абсолютные ошибки отдельных измерений

Далее следует нахождение среднего квадратичного отклонения среднеарифметической величины момента по формуле

где .

Из приведенных выражений видно, что чем меньше число изменений, тем с меньшей точностью определяются величины среднего момента и среднего квадратичного отклонения среднеарифметической величины момента. При малом числе измерений величины абсолютной ошибки измерения связаны со среднеквадратичной ошибкой определения среднеарифметической величины распределением Стьюдента

где – коэффициент Стьюдента, определяемый из табл. 3.1.

Таблица 3.1

2	6,31	12,7	31,8
3	2,92	4,3	6,96
4	2,35	3,18	4,54
5	2,13	2,78	3,75
6	2,02	2,57	3,36
…	…	…	…
30	1,7	2,05	2,46

Задаваясь величиной вероятности (обычно принимают ) и количеством произведенных измерений находим величину коэффициента Стьюдента и вычисляем величину вероятной ошибки .

После этого результат измерения момента можно записать в виде

Эта запись означает, что действительное значение величины момента попадает в доверительный интервал с вероятностью рапной . Из таблицы коэффициентов Стьюдента видно влияние числа измерений на величину коэффициента, и, следовательно на величину абсолютной ошибки . Особенно большой эффект на уменьшение ошибки оказывает увеличение числа измерений , т. е. случайная ошибка уменьшается в 3 раза при заданной вероятности. По этой причине стандартами на испытание двигателей предусмотрено повторять измерения на заданном режиме 3 раза.