Przeczytaj
Warto przeczytać
O tym, jak w praktyce przygotować i zrealizować konkretne pomiarypomiary oraz analizować ich wyniki i szacować niepewności – dowiesz się z filmu, który jest dołączony do tego materiału. Wcześniej jednak zapoznaj się z ogólnymi zasadami, które pomogą Ci uświadomić sobie wiele szczegółów, o których trzeba pamiętać na różnych etapach wykonywania pomiaru.
Aby nie mieć kłopotów w czasie wykonywania pomiarów i aby uzyskać wiarygodny wynik oraz oszacować jego niepewność, przed rozpoczęciem pomiaru musimy odpowiedzieć sobie na kilka podstawowych pytań. A oto one:
1. Co chcemy mierzyć? Własności obiektu mierzonego
Od tego trzeba zacząć, bo to określi nam wybór metody pomiaru, a więc i dobór przyrządów pomiarowych. Trzeba też zdawać sobie sprawę z tego, jakie są przybliżone wartości mierzonych wielkości i jaka dokładność pomiaru jest wymagana. Inaczej będziemy mierzyć długość i szerokość szkolnego boiska, a inaczej średnicę monety. Inaczej zmierzymy czas jazdy autobusem, a inaczej okres wahadła. Trzeba się też upewnić, że badana własność obiektu pomiaru nie będzie się zmieniać w czasie wykonywana pomiarów i że sam pomiar nie będzie miał na nią istotnego wpływu, bo przecież takiego wpływu mieć nie powinien.
2. Jak chcemy mierzyć? Metoda pomiarowa
Tę samą wielkość można zmierzyć różnymi metodamimetodami. Wymieńmy kilka cech dobrej metody pomiarowej:
zapewnia uzyskanie wymaganej dokładności wyniku pomiaru,
nie wymaga zbyt skomplikowanej i kosztownej aparatury,
jest odporna na zakłócenia zewnętrzne.
Podajmy dwa przykłady. Temperatura zewnętrzna zmierzona termometrem zaokiennym może być zmieniona bliskim sąsiedztwem okna, szczególnie przy dużej różnicy temperatur wewnątrz i na zewnątrz budynku. Pomiar oporności omomierzem jest prostszy niż poprzez zmierzenie oddzielnie napięcia i natężenia prądu płynącego przez opornik.
3. Czym chcemy mierzyć? Urządzenia pomiarowe
Tę samą wielkość można zmierzyć różnymi urządzeniami pomiarowymi. Dobór urządzenia zależy od obiektu pomiaru i metody pomiarowej, ale - przede wszystkim - od wymaganej dokładności pomiaru i w końcu od naszych możliwości sprzętowych (Rys. 1.). Określa to wymagania dotyczące zdolności rozdzielczej miernika, jego klasy i zakresu pomiarowego (zob. materiał pt. Co to jest rozdzielczość przyrządów pomiarowych?). Termometrem lekarskim zmierzymy temperaturę z dokładnością do dziesiątych części stopnia, ale w wąskim zakresie temperatur. Do zmierzenia temperatury gorącej wody musimy użyć innego termometru.
4. Jak przygotować pomiar? Czas i miejsce oraz stabilne warunki pomiarowe
Pomiar jest jak budowa domu. Aby prace sprawnie przebiegały, musi być przygotowany plac budowy, zgromadzone narzędzia, wykonawcy oraz cała infrastruktura. Zanim rozpoczniemy pomiar, przygotujmy miejsce pracy tak, by zapewniało stabilne i bezpieczne warunki pomiaru: rozmieszczenie mierzonych obiektów i przyrządów pomiarowych, podłączenie źródeł zasilania (elektryczność, woda, gaz itp.), wygodny dostęp do miejsc pomiarów dla osób obsługujących aparaturę, monitoring bezpieczeństwa, możliwości szybkiej ewakuacji itd.
5. Jak wykonać pomiar? Rola osób wykonujących pomiar
W tym punkcie przejawia się istotna rola osób wykonujących pomiar. Osoby te muszą dobrze znać wszystko, co było powiedziane powyżej, czyli: obiekt mierzony, metodę pomiaru, przyrządy pomiarowe, przygotowanie pomiaru. Nie mogą to więc być osoby przypadkowe. Jeśli pomiar wymaga udziału kilku osób, to powinna być jedna osoba odpowiedzialna za całość pomiarów. Wykonując pomiar trzeba zadbać nie tylko o poprawny zapis wyników, ale o wykonanie pełnej dokumentacji dotyczącej warunków wykonywania pomiarów, specyfikacji urządzeń pomiarowych oraz innych danych potrzebnych do analizy wyników pomiarów i szacowania niepewności.
6. Jak opracować wyniki pomiaru? Analiza danych
Na tym etapie dysponujemy dokumentacją z wykonanych pomiarów, ale na ogół nie mamy już dostępu do aparatury. Do opracowania wynikówopracowania wyników potrzebne będą - oprócz samej wartości zmierzonej i jej niepewności - wspominane już dane o parametrach zastosowanych mierników, zewnętrznych warunkach pomiarów i samej procedurze pomiarowej. Trzeba uwzględnić współczynniki kalibracji, przeliczyć zakresy skali, na której odczytywano wartości itp. Obliczenia pośrednie wykonujemy z pełną dokładnością kalkulatora bądź komputera. Wyznaczamy najpierw niepewności i zaokrąglamy do dwóch cyfr znaczących, po czym odpowiednio zaokrąglamy i zapisujemy wyniki pomiarów (zob. materiał pt. Jak prowadzić obliczenia na podstawie wyników pomiarowych i w jaki sposób zapisać wynik?).
7. Jak zaprezentować wyniki pomiaru? Raport
Raport z wykonanych pomiarów to końcowy element całej pracy, który wieńczy dzieło, jak głosi znane powiedzenie. Nie powinien więc ograniczać się tylko do podania wyniku i jego niepewności. Był przecież określony cel wykonania konkretnego pomiaru. Wyznaczona wartość wpisuje się często w jakiś program o szerszym znaczeniu. Raport powinien więc zawierać informacje o celu pomiaru, warunkach jego wykonania, uzyskanych wynikach i znaczeniu tych wyników w szerszym kontekście całości zadania, którego pomiar był elementem. Jeśli w ramach pomiaru uzyskano serię wyników dla zmieniających się warunków pomiarowych, to warto wyniki te przedstawić w postaci graficznej, na wykresach, bądź w tabelach. Jeśli podobne pomiary były już wykonywane, to warto uzyskane wyniki z nimi porównać i zinterpretować podobieństwa i różnice. Jeśli z wykonanych pomiarów wynikają wnioski dotyczące wykonania podobnych pomiarów w przyszłości, to także wartoje zamieścić.
A teraz zapoznaj się z konkretnym pomiarem i zauważ, że wykorzystane są w nim te uwagi, o których pisaliśmy powyżej. Będziemy mierzyć wartość przyspieszenia ziemskiego poprzez pomiar okresu wahań wahadła.
Słowniczek
(ang.: measurement method) - określenie sposobu postępowania (algorytmu) czynności niezbędnych do wykonania w celu wyznaczenia wartości liczbowych mierzonych wielkości. Bezpośrednia metoda pomiarowa to taka, w której wynik pomiaru uzyskuje się na podstawie wskazania przyrządu pomiarowego wzorcowanego w jednostkach miary wielkości mierzonej. Metoda pośrednia polega na bezpośrednim pomiarze wielkości związanych określoną zależnością z wielkością mierzoną.
(ang.: measurement) zespół czynności, których celem jest wyznaczenie wartości liczbowej wielkości mierzonej. Pomiar może mieć charakter (przynajmniej z punktu widzenia ludzkiego postrzegania) ciągły, jeśli wyniki dostarczane są na bieżąco (np. pomiar prędkości samochodu) lub dyskretny, jeśli wyniki dostarczane są w sposób punktowy, cyklicznie lub nieregularnie (np. pomiar temperatury ciała).
(ang.: analysis of experimental data) - analiza wyników pomiaru pod względem ich wiarygodności i dokładności oraz przedstawienie ich zgodnie z ogólnie przyjętymi zasadami, w formie umożliwiającej ich prawidłową interpretację.