Методы графической обработки результатов измерений

При обработке результатов измерений и наблюдений широко используются методы графического изображения, так как результаты измерений, представленные в табличной форме, иногда не позволяют достаточно наглядно характеризовать закономерности изучаемых процессов. Графическое изображение дает наиболее наглядное представление о результатах эксперимента, позволяет лучше понять физическую сущность исследуемого процесса, выявить общий характер функциональной зависимости изучаемых переменных величин, установить наличие максимума или минимума функции.

Для графического изображения результатов измерений (наблюдений), как правило, применяют систему прямоугольных координат. Если анализируется графическим методом функция у=f(х), то наносят в системе прямоугольных координат значения x₁y₁, x₂y_{2, …,} x_ny_n (рис. 8.1,а). Прежде чем строить график, необходимо знать ход (течение) исследуемого явления. Как правило, качественные закономерности и форма графика экспериментатору ориентировочно известны из теоретических исследований.

Точки на графике необходимо соединять плавной линией так, чтобы она по возможности проходила ближе ко всем экспериментальным точкам. Если соединить точки прямыми отрезками, то получим ломаную кривую. Она характеризует изменение функции по данным эксперимента. Обычно функции имеют плавный характер. Поэтому при графическом изображении результатов измерений следует проводить между точками плавные кривые. Резкое искривление графика объясняется погрешностями измерений. Если бы эксперимент повторили с применением средств измерений более высокой точности, то получили бы меньшие погрешности, а ломаная кривая больше бы соответствовала плавной кривой.

а) б)

в)

а) – плавная зависимость, 1 – кривая по результатам непосредственных измерений; 2 – плавная кривая;

б) – при наличии скачка;

в) – при трех переменных 1 – z₅ = const; 2 – z₄ = const; 3 – z₃ = const; 4 – z₂ = const; 5 – z₁ = const.

Рисунок 8.1 – Графическое изображение функции у = f(х)

Часто при графическом изображении результатов экспериментов приходится иметь дело с тремя переменными b = f(х, у, z). В этом случае применяют метод разделения переменных. (рис. 8.1в).

При графическом изображении результатов экспериментов большую роль играет выбор системы координат или координатой сетки.

Координатные сетки бывают равномерными и неравномерными. Из неравномерных координатных сеток наиболее распространены полулогарифмические, логарифмиче­ские, вероятностные. Большое значение в практике графического изображения экспериментальных данных имеет вероятностная сетка, применяемая в различных случаях: при обработке измерений для оценки точности, при определении расчетных характеристик (расчетной влажности, расчетных значений модуля упругости, межремонтных сроков службы и т.д.).

В некоторых случаях строят номограммы, существенно облегчающие применение для систематических расчетов сложных теоретических или эмпирических формул в определенных пределах измерения величин.

Номограммы могут отражать алгебраические выражения и тогда сложные математические выражения можно решать сравнительно просто графическими методами. Построение номограмм — операция трудоемкая. Однако, будучи раз построенной, номограмма может быть использована для нахождения любой из переменных, входящих в номограммированное уравнение.