Введение в технику эксперимента и основы обработки результатов измерений

 
 
 
 
 

В. Ю. Чернов 
 Э. А. Анисимов 

 
 
 
 
 

ВВЕДЕНИЕ В ТЕХНИКУ  

ЭКСПЕРИМЕНТА И ОСНОВЫ  

ОБРАБОТКИ РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ 

 
 
 

Учебное пособие 

 
 
 
 
 
 
 
 

Йошкар-Ола 

2020 

УДК 006*9: 531.7 
ББК  30.10 

Ч 49 

 

 

Рецензенты: 

доцент кафедры энергообеспечения предприятий ПГТУ,  

кандидат технических наук В. А. Хлебников; 
инженер по качеству АО «ОКТБ Кристалл» 

М. В. Актуганова 

 
 

 

Печатается по решению 

редакционно-издательского совета ПГТУ 

 

 
 
 
 

Чернов, В. Ю. 

Ч 49       Введение в технику эксперимента и основы обработки резуль
татов измерений: учебное пособие / В. Ю. Чернов, Э. А. Анисимов. – Йошкар-Ола: Поволжский государственный технологический университет, 2020. – 68 с.  
ISBN 978-5-8158-2185-9 

 
В пособии изложены основы теории измерений, устройство основных 

средств измерения, применяющихся в эксперименте, рассмотрены процесс выполнения измерений с помощью приборов, порядок обработки и 
интерпретации результатов измерений. 

Для студентов, обучающихся по направлению подготовки «Стан
дартизация и метрология» (27.03.01 – бакалавриат, 27.04.01 – магистратура) очной и заочной форм обучения, а также для студентов других 
направлений. 

УДК 006*9: 531.7 
ББК 30.10 

 

ISBN 978-5-8158-2185-9 
 Чернов В. Ю., Анисимов Э. А., 2020 
 Поволжский государственный 
технологический университет, 2020 

ПРЕДИСЛОВИЕ 

 

Подготовка студентов по направлению подготовки «Стандартиза
ция и метрология» подразумевает их обучение теоретическим основам, 
практическим умениям и навыкам анализа необходимой информации, 
технических данных, показателей и результатов работы; их обобщения 
и систематизации; проведения экспериментов по заданным методикам с 
обработкой и анализом результатов; составления описания проводимых 
исследований и подготовки данных для научных обзоров и публикаций; 
проведения необходимых расчетов с использованием современных технических средств. Поэтому изучение техники эксперимента и основы 
обработки результатов измерений являются базой при последующем 
формировании профессиональных компетенций у студентов. 

Задача предлагаемого учебного пособия – помочь студентам в 

освоении техники эксперимента и овладении навыками обработки результатов измерений. 

Учебное пособие состоит из трех частей. Первая часть знакомит 

с основными понятиями, связанными с процессом измерения. Во второй части рассмотрена техника измерений. В третьей части изложены 
основы обработки результатов измерений. Каждая часть заканчивается контрольными вопросами, которые помогут закрепить изученный 
материал. 

Успешное освоение предлагаемого учебного пособия позволит 

студентам применить полученные знания в практической деятельности. 

Данное учебное пособие рекомендовано обучающимся по направ
лению «Стандартизация и метрология» (бакалавриат и магистратура) и 
может быть полезно студентам других направлений подготовки. 

ВВЕДЕНИЕ 

 

Под техникой эксперимента обычно понимаются измерительные 

средства, экспериментальное и лабораторное оборудование. Однако 
общего представления о них, как правило, недостаточно для получения 
точного результата экспериментов, что является неотъемлемой частью 
контроля и обеспечения качества продукции и услуг. В процессе проведения измерений необходимо правильно применять средства измерений, а также выполнять обработку и интерпретацию полученных данных. При этом самое сложное – это выявление и определение возникающих неточностей (погрешностей или неопределенностей). 

Цель данного учебного пособия – дать общее представление об 

разновидностях средств измерений и рассмотреть их назначение и 
устройство; ознакомиться с некоторыми из них путем выполнения 
практических работ, изучить основы обработки результатов измерений, 
оформления и интерпретации получаемых результатов. 

 
В результате изучения техники измерений студент должен: 
1) изучить основы теории измерений; 
2) знать теоретические основы измерений, их разновидности и по
грешности, возникающие в процессе измерений; 

3) овладеть навыками использования основных средств измерения 

метрических, механических и электрических физических величин. 

 
При изучении основ обработки результатов измерений обучаю
щийся получает знания и навыки: 

1) корректной постановки задач измерений; 
2) осуществления систематизированной обработки и правильной 

интерпретации данных; 

3) практического применения полученных знаний, в том числе при 

модернизации средств измерений и методик обработки в соответствии с 
современными направлениями развития техники измерений, методов и 
подходов обработки данных. 
 

 
 

ЧАСТЬ 1 

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИЗМЕРЕНИЙ  

(ЭКСПЕРИМЕНТА) 

 
 

1.1. Физические свойства и величины. Международная 

система единиц СИ 

Все объекты окружающего нас мира характеризуются своими 

свойствами.  

Свойство – философская категория, которая выражает ту сторону 

объекта (явления, процесса), которая обуславливает его различие или 
его общность с другими объектами (явлениями, процессами) и обнаруживается в его отношениях к ним.  

Для количественного описания различных свойств процессов и фи
зических тел вводится понятие величины.  

Величина – это свойство чего-либо, которое может быть выделено 

среди других свойств и оценено каким-либо способом (в том числе и 
количественно). Величина не существует сама по себе, она имеет место 
лишь постольку, поскольку существует объект со свойствами, выраженными данной величиной. 

В РМГ 29-99 [3] дается следующее понятие физической величины:  

«Это одно из свойств физического объекта, общее в качественном отношении для многих физических объектов, но в количественном отношении индивидуальное для каждого из них». Последнее понимают в том 
смысле, что свойство может быть для одного объекта в определенное 
число раз больше или меньше, чем для другого. 

Физические величины можно разделить на измеряемые и оце
ниваемые.  

Измеряемые величины выражаются количественно в виде опреде
ленного числа установленных единиц измерения. Возможность введения 
и использования таких единиц является отличительным признаком измеряемых физических величин. Физические величины, для которых не может быть введена единица измерения, могут быть оценены.  

Оценивание – это операция приписывания данной величине опре
деленного числа, которая проводится по установленным правилам. 
Оценивание величины производится при помощи шкал.  

Шкала величины – упорядоченная совокупность значений величи
ны, служащая исходной основой для измерения данной величины. 

В науке об измерениях существует несколько классификаций фи
зических величин: по видам явлений; по принадлежности к различным 
группам физических процессов; по степени условной независимости от 
других величин. 

Различают следующие физические величины по видам явлений: 
• вещественные – величины, описывающие физические и физико
химические свойства веществ, материалов и изделий из них. К этой 
группе относятся масса, плотность, электрическое сопротивление, емкость, индуктивность и др. Еще эти физические величины называют 
пассивными, так как для формирования сигнала измерительной информации необходимо использовать вспомогательный источник энергии, 
чтобы преобразовать пассивные физические единицы в активные, которые затем и измеряются; 

• энергетические – величины, описывающие энергетические ха
рактеристики процессов преобразования, передачи и использования 
энергии: сила тока, напряжение, мощность, энергия. Эти величины 
называют активными, так как они могут быть преобразованы в сигналы 
измерительной информации без использования вспомогательных источников энергии; 

• характеризующие протекание процессов по времени. Это могут 

быть различного вида спектральные характеристики, корреляционные 
функции. 

Согласно классификации по  п р и н а д л е ж н о с т и  к  р а з л и ч 
н ы м  г р у п п а м  ф и з и ч е с к и х  п р о ц е с с о в , физические величины подразделятся следующим образом: 

 пространственно-временные,  
 механические,  
 электрические и магнитные,  
 тепловые,  
 акустические,  
 световые,  
 физико-химические,  

 ионизирующих излучений,  
 атомной и ядерной физики [6].  
Эта классификация проводится в соответствии со всеми возмож
ными разделами физики и химии. 

По с т е п е н и  у с л о в н о й  н е з а в и с и м о с т и  о т  д р у г и х  

в е л и ч и н  данной группы все физические величины делятся на основные (условно независимые) и производные (условно зависимые). Это 
разделение является действительно условным, поскольку зависит от 
произвольности выбора системы единиц. 

Основная физическая величина – это физическая величина, входя
щая в систему величин и условно принятая в качестве независимой от 
других величин этой системы. 

Производная физическая величина – это физическая величина, вхо
дящая в систему величин и определяемая через основные величины 
этой системы. Производные величины выражаются через основные при 
помощи уравнений связи. Примеры производных величин: скорость – 
перемещение в единицу времени; плотность – масса единицы объема 
вещества. 

Система единиц – это совокупность основных и производных 

единиц физических величин, образованная в соответствии с принятыми 
принципами. 

В нашей стране используется Международная система единиц СИ, 

где в качестве основных единиц приняты метр, килограмм, секунда, 
ампер, кельвин, моль и кандела (табл. 1.1). 

 

Таблица 1.1  

Основные единицы измерения физических величин системы СИ 

№
п/п
Физическая величина 
Единица 
измерения

Обозначение

международное
русское

1
2
3
4
5

6
7

Длина
Масса
Время
Сила электрического тока
Термодинамическая 
температура
Количество вещества
Сила света

метр

килограмм

секунда
ампер
кельвин

моль

кандела

m
kg
s
A
K

mol
cd

м
кг
с
А
К

моль

кд