1.2. Измерение

Понятие «измерение» ии герпрет ируется чо-разному Ч гобы уяснить что понимается под измерением в метроло] ии. р осмотрим типы шкал, на основе которых формируется представление об объекте

Различают четыре типа шкал, шкала наименований, писала порядка шкала интервалов и шкала отношений.

Щ ,с а л а наименований основана ин приписывании объекту цифр (знаков), игрлощих роль прост ых имен: это приписывание сл}"жит для нумерации предметов только с целью их идентификации или для ну­мерации классов, причем, такой нумерации, что каждому из элементов сютветствующего Класса приписывается одна и та же цифре: Такое приписывание цифр выполняет на практике ту же функцию чю и на­именование. Поэтому с цифрами используемыми т< лько как специ­фические имена, нельзя фоизводить никаких арифметик еских действий Если например один из резисторов обозначен в схеме R^ , а другой ^, то из этого нельзя сделагь заключение, что значения их сопротивления о пгачаются в-рое. а можно лишь установить, что оба они относятся к к гассу резисторов

Шкала порядка предпо ^тагает упорядочение объектов отно­сительно какого-то определенного их свойств т.е расположение их в порядке убывания или возрастания данного свойства Полученный при этом упорядоченный рад называют ранжирезанным радом, а саму про­цедуру ранжирование:.:

По шкале порядка сравниваются между ;обой однородные объекты у котсрых значения ин ересуюших свойств неизвест Поэтому ранжи­рованный рад гложет дагь ответ на вопросы типа — «что больше (меньше)» или, «что лучше (хуже)» Более подробную информацию — на сколько больше или меньше, во сколько раз лучше или хуже, шкг та по­рядка дать не може Очевидно, что назвать процедуру оценивания свойств объек! а по шкале порядка измерением можно только с большой чатчжкок

Результаты оценивания по ь_кале порядка также не могут лодвзр гаться никаким арифметическим действиям Однако небольшое, казг лось бы. усовершенствование шкалы порядкг позволило применить ее для числово] о оценивания величин в тех случаях когда отсутствует еду нипа величины Для jtoto. расположив объек ы в порядке в >зра'„тания (убывания) того или иною свойства, некоторые точки р нжкрованно о гада фиксирз ют в ка^иестве отправных (реперных) Совокупность репер- ных точек образует некую < лестницу» — шкалу возможных проявлений сос гветствующего свойства Реберным точкам могут быть пост авлены в оответствие цифры, называемые иаллами и, таким образом, появляйся возможность оценивания, «измерения» данного свойства в балла,; по натуральной шкале Так, для измер- ния скорости ветра в 1805 г Бофор том была предложена натуральная шкала скорое "и ветра в «бал iax Бо­форта» (<абл. 1.1).

Таблица 1 1

Баллы	Название	Действие	Скорость
			м/с
0	Штиль	Дым идет вертикально	0-0,9
1	Тихий	Дым идет слегка наклонно	0,9-2,4
2	Легкии	От щается лицом шелестя, листья	2,4-4 4
11	Жестоки шторм	Бо ьлше разрешения	30,5-34,8
\г	Ypai an	Опустошительное де^стгие	34.8-39,2

С развитием методов и средств измерения физических величин условным баллам натуральной шкалы ставятся в соответствие числовые значения в принять х для данной величины единицах Так. шкала Бофорта использовалась до 1964 г , когда международным соглашением бьм принят ее перевод в скорость ветра измеряемую в метрах в секунд)

По нгт/ральным шкалам до сих пор оцечиванлся интенсивность землетрясений, юрское волнение, тверлогть миьиралов и кекотирые другие величины.

Основным недос гатком натуральных шкал является полное отсуте т- вие уверечностч в том, что интервалы между выбранными речерными точками яв юются равновеликими, а следовательно, в такой шкале не­возможно вычленить единицу величины и оценить погрешность по­лученной оценки.

Шкала интервалов отличается от натуральной тем, что одя ее построения вначале устанавливаю! единицу физическом ве­личины, На шкале интервалов откладывается разность значений фи­зической величины, сами же значения остаются неизвестными

Примерами шкал интервалов являются шкалы температур На гемперат урной шкале Цельсия за начало отсчета разности темпера­тур принята температура таяния льла С ней сравниваются все другие температуры Для удобства пользования шкалой интервал между температурой таяния льда и температурой кигения воды разделен на 100 равных интервалов — i радусов. Шка, га Црльсия распространяет­ся как в сторону положительных, гак и отрицательных интервалов. Когда говорят, что температура воздуха равна 25°С, это означает, что она ка 25 градусов выше температуры принятой за нулевую от­метку шкалы (выше нуля)

На температурной шкале Фарешейта ют же интервал пазбит на 180 градусов. Следовалельно, градус Фареш ей -а по размеру меньше. ^1,ем градус Цельсия. Кроме того, начало обсчета интервалов на шкале Фа- рен. ейта сдвин> го на 32 град\са в сторону низких температур

Деление шка ты интервалов на равные части — градации — устанав­ливает единицу Физической величины, что позволяет не только выразить результат измерения в числовой мере, но и оценить погрешнос гь изме­рения.

Результаты измерении по шкале ин гервал ->в можно склядыва ъ друг с другом и вычита гь друг из друга, т.е. определя гь, на сколько одно значение физическое величины больше или меньше другого Определи ^гь по шкале интервалов, во сколько ра? одно значение величины больше или меньше другого, невозможно, поскольку на шкале не определено начало отсчета физической величины Но в го же время это может быть сделано в отношении интервалов (разностей). Так, разность температур 25 градусов в 5 раз большг разности температур 5 градусов

Шкала отношений представ яет собой ин. ьрвальную шка лу с естественным началом Если например, за начало гемг ературной шкаль принять абсолютный нуль (более низкои темгературы г приводе ьыть не может), го по гакой пиале уже можно отсчитывать абсолю ное значение темперг.туры и определять не только на сколько reMnepaiypa Г, одного тела больше температуры Т_г другого, но и во ско^тько раз больше или (меньше) по правилу:

T_tiT₂ = n.

В общем случае, при сравнении между избой двух физических ве­личин X по ^акому правилу значения л. расположенные в порядке воз растания и™ убывания образую шка^Г' отношении Оьа охва гываел интервал значений и ос 0 до я и, в отличие от шк*шы интервалов, не со­держи г отрицательных значений.

Шкала отношений является самой совершенной, наиболее информа­тивной Результаты измерений по шкале отношений можно складывать между собой, вычитать, перемножать или делить.

Прежде чем „формулировать принятое в метр0."01ии определение понятия «измерение», о'.мегим следующее Измерять можн^ лишь свой­ства реально существующих объектов познанчя, отражаемые фи­зическим!. величинами Измерение основывает ся на экспериментальных процедурах никакие т еоретические рассуждения или расчеты с ами по себе не могут классифицировав ься, как измерение Для проведения изме­рительного эксперимента необходимы особые технические средства — средства измерений. Результатом измерения является оценка физической величины в виде некоторого числа принятых для нее единиц. С учетом этих положений принято следующее определение.

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

Раскрывая техниче» кую сторону измерения, это определение н£ от­вечает на вопрос о его метроио! и«еской сущности Несмотря на то что измерения непрерывно развиваются, становятся все боле,- и более слож ными, а само определение дополняется с использованием терминологии кибернетики и теории информации, их метрологи"сская суть остается без изменения и сводится к ^равнению измерения

X = п [х] _t или п -XI [а], (1.1)

где X — измеряемая величина, Ы — единица величины, п — число

Поэтому необходимо понимать что любое измерение как познава­тельный процесс заключается в сравнении путем физического экспери­мента данной величины с некоторым ее значением, принятым за единицу сравнения, т е. с мерой.

Такой подход чырабо^н практикой измерении, исчисляемой сот­нями лет Еше велик ш математик JI Эйлер утверждал «Невозможно определять или измерить одн> величину иначе как приняв в качестве изьестной дру1 ую величину этого же рода и указав соот ношение, в кото­ром они находятся»

Во (вращаясь к описанию типов шкал, констатируем что данному условию (т е понятию измерение) отвечаю г лишь процедуры определе­ния разностей величин по шкале интервалоз или величины по шкале от­ношений.

Основывать на приведенном определении измерения, можно фор мал и но утв ржда ть, что поня гию ^измерение» соответствует лишь такой информационный процесс, при котором измерительная информация, возникающая при взаимодействии средства измерения с 061 ектом изме­рения. феобразуется гак чтобы в итоге получить результат измерения в виде именованного чиста (220 В, 15 см) в явном виде. Однако в технике широко распространены информационные структуры и процессы, в ко­торых измерительная информация необходима и используется и форме сигнала измерительной информации (например, электрического) и явля ется исходной для решения задач, конечной целью которых является не полу чение оценки значения физической величины в принятых единицах, а формировани.- на основе обработки и анализа этою сигнала опреде­ленных суждений, логических заключений об объек ге (типа «годен — не годен^ч>, «исправен — неи< правей», «больше — меньше»), К числу таких задач относятся контроль качества, циа] нос гированпе технического со­стояния систем и машин, управ пение технологичесКжШи процессами и др Процессы получения измерительной информации в форме сигнала изме­рительной информации также относят к измерениям при условии, что ата информация получена с помощью технических средств "утем срав­нения измеряемой физической величины с ее единицей.

Измерения, как экспериментальные процедуры весьма разнообразны и классифицирую гея по разным признакам

По способу нахождения искомого значения измеряемой величины раз тичаю г прямые, косвенные, совместные и со­вокупные из мер' :ния

Прямое измерение — измерение, при котором искомое значение ве­личины находят непосрел< твенно по показаниям средства измерений (измерение тока амперметром, промежутка времени — секундомере м)

Косвенное измерение — измерение, при ко тором искомое значение величины находя! расчетом на основании известной зависимости между ш>й величиной и геличинами, функционально связанчыми с искомой и определяемыми посредством измерений Другими словами искомое значение физической величины рассчитывают по Формуле, а значения величин, входяших в Аормучу. получают измерениями (измереьие мощ­ности, pai свиваемой на юпротив 1ении, може- быть выполнено расче том по формуле Р = PR на основании измерения тока I и сопротивления резистора R).

Отменные измерения — одновременные измерения двух или не­скольких разнородных величин для установления зависимости между ними (ряд одновр( менных. прямых измерений электрического сопро гив ления проводника и ei о тем терагуры для усганопления зависимости со- .jpo гивления от температуры),

Совокупные измерения — нрон^водимые одновременно измерения не­скольких одноименных величин при которых искомые значения в< личин находл решением сиетемь уравнений, получаемы при прямых измер. ниях различных со жетании этих величин (нахо кдение значении массы от цельных *ирь набора по известному значению массы одной из тфь сравнивая массь¹ различны* сочетании гирь получаю г систему уравнений, из решения кото рой находят массу каждой из гирь, входящих в ннбор)

Значение физической величины может быть надено посредством однокргг'ного ее измерения, пибо путем нескольких, следующих зруг за другом измерений с последук>щей статистической обработкой их резуль­татов. В первом случае измере ния называют однократными или про- < тыми, во втором — измерениями с многократными наблюдениями или (татштическима При этом под наблюдением понимают однократный отсчет показания средства измерений.

По режиму работы средства измерения различаю" ста тические и динамические измерения. Любое средство измерений, как ма­териальная система, обладает инерцией (механической, тепловой, элек грической) и, следовательно, не может mi новеньо pea ировагь на изме­нение измеряемой величины Поэтому при измерении переменной фи­зическои величины инерция сре яства измерения приведет к некоторому отставанию показаний средства измерения от истинного значения ве­личины в каждь и момент времени Очевидно, что это отставание будет зависеть не только от инерционных (динамических) свойств средств из мнении, но и от скорости изменения оамой измеряемой величины В том случае когда показания средства измерения нг- зависят от его дина­мических свойств, или когда этой зависимое тью можно пренебречь го ворят, что средство измерения раоотает в статическом режиме, а само измерение называю етатиче-ким В пробивном случае измерение отно­сят к динамиче ким