Виды измерений

Размерность ФВ

«Вопрос об «истинной» размерности любой величины, имеет не более смысла, чем вопрос об «истинном» названии какого-либо предмета».

М. Планк

Важной характеристикой ФВ служит ее размерность, отражающая связь данной величины с основными ФВ. В соответствии с международным стандартом ИСО 31/0, размерность величин следует обозначать знаком dim (от латинского dimension – размерность). Размерность основных ФВ обозначается соответствующими заглавными буквами, например: L, M, T. Размерность по сути является формализованным выражением качественной характеристики ФВ и выражается степенным одночленом с коэффициентом пропорциональности, равным единице:

dim Q = L^l M^m T^t… (2)

где L, M, T - условные обозначения основных величин данной системы; l, m, t - показатели размерности – показатели степени, в которую возведена размерность основных ФВ.

Показатели размерности, в зависимости от связи рассматриваемой ФВ с основными, могут быть целыми, дробными, положительными и отрицательными. Если все показатели размерности ФВ равны нулю, то такую величину называют безразмерной. Безразмерными являются все относительные величины (например, относительная плотность).

При определении размерности производны ФВ, руководствуются следующими правилами [26]:

· размерности левой и правой частей уравнения не могут не совпадать;

· алгебра размерностей мультипликативна, т. е. состоит из одного единственного действия умножения;

· размерность произведения нескольких величин равна произведению их размерностей;

· размерность частного при делении одной величины на другую равна отношению их размерностей;

· размерность любой величины, возведенной в некоторую степень, равна ее размерности в той же степени.

Понятие размерности в основном используется:

· для определения ранее неизвестной зависимости между ФВ;

· для оперативной проверки правильности сложных расчетных формул;

· для перевода единиц ФВ из одной системы в другую и т. д.

«Каждая вещь известна лишь в той степени, в какой ее можно измерить».

Джозеф Джон Томсон

Согласно ГОСТ 16263-70 [1], измерения – это нахождение значения ФВ опытным путем с помощью специальных технических средств. Более широкое определение дается в РМГ 29-99 [2], где измерение трактуется, как совокупность операций по применению технического средства, хранящего единицу ФВ, обеспечивающих нахождение соотношения (в явном или неявном виде) измеряемой величины с ее единицей и получение значения этой величины. Наряду с данными, существует несколько определений понятию «измерение», но все они сходятся на том, что измерения невозможны без технических средств, эксперимента и единицы измерения. Если же для величины нет единицы, то она не может быть измерена. Метрология должна оперировать только измеряемыми величинами, которыми, как правило, являются физические величины.

В простейшем случае, измеряя сантиметровой лентой длину изделия, мы сравниваем его размер с единицей, хранимой сантиметровой лентой, и, произведя отсчет, получаем значение величины. На практике термин «измерять» нередко заменяют такими терминами, как «мерить», «обмерять», «замерять», «промерять», что недопустимо с точки зрения метрологической терминологии. Не следует так же применять такие выражение, как «измерение значения», так как значение величины – это уже результат измерения.

Измерение – сложный процесс, включающий в себя взаимодействие целого ряда его структурных элементов. К ним относятся: объекты, принципы, методы и средства измерений, результаты и погрешности измерений и т.д.

Объект измерения – это тело (физическая система, процесс, явление и т. д.), которое характеризуется одной или несколькими измеряемыми величинами. Например, деталь швейного изделия, у которой определяют линейные размеры, или технологический процесс, в течение которого измеряется трудоемкость изготовления изделия, или подушка пресса, у которой определяется температура нагревания – все это объекты измерения.

Принцип измерения – это физическое явление или эффект, положенное в основу измерения, например, использование силы тяжести при измерении массы материала взвешиванием.

Измерение состоит из ряда этапов, последовательность которых такова:

· постановка измерительной задачи;

· планирование измерения;

· измерительный эксперимент;

· обработка экспериментальных данных.

Для удобства разработок методик измерений и обработки результатов, измерения подразделяются на группы в соответствии с заданными признаками, т. е. классифицируются. Классификация измерений представлена в таблице 9.

Прямое измерение – это измерение, при котором искомое значение ФВ получают непосредственно по показателям СИ. Строго говоря, измерения всегда прямые, а вот получение результатов измерения может быть косвенным. Примером прямого измерения служит измерение длины детали линейкой, массы материала на электронных весах и т. д.

Косвенное измерение – это определение искомого значения ФВ на основании результатов прямых измерений других ФВ, функционально связанных с искомой величиной. Другими словами результат измерения определяется расчетным путем. Например, определив массу, длину и ширину определенного образца материала с помощью прямых измерений, мы сможем узнать поверхностную плотность данной ткани.

Таблица 9

Классификация измерений

Классификационный признак	Виды измерений
общие приемы получения результатов измерения	Прямые Косвенные Совместные Совокупные
характеристика точности	Равноточные Неравноточные
число измерений в серии	Однократные Многократные
отношение к изменению измеряемой величины	Статистические Динамические
метрологическое назначение	Технические Метрологические
выражение результатов измерения	Абсолютные относительные

Совокупные измерения – это проводимые одновременно измерения нескольких одноименных величин, при которых искомые значения величин определяют путем решения системы уравнений, получаемых при измерениях этих величин в различных сочетаниях. Значение массы отдельных гирь набора определяют по известному значению массы одной из гирь и по результатам измерений (сравнений) масс различных сочетаний гирь.

Совместные измерения – это проводимые одновременно измерения двух или нескольких неодноименных величин для определения зависимости между ними. Отличием совместного измерения от совокупного является наличие неодноименных величин вместо одноименных.

Равноточные измерения – это ряд измерений какой-либо величины, выполненных одинаковыми по точности средствами измерений в одних и тех же условиях с одинаковой тщательностью.

Неравноточные измерения – это ряд измерений какой-либо величины, выполненных различающимися по точности средствами измерений и (или) в разных условиях. Методика обработки неравноточных измерений предполагает учет веса отдельных измерений, входящих в ряд.

Однократное измерение – это измерение выполненное один раз. Практическое применение данного вида измерения всегда сопряжено с большими погрешностями и применяется чаще всего при технических измерениях.

Многократное измерение –это измерение ФВ одного и того же размера, результат которого получен из нескольких следующих друг за другом измерений, т.е. состоящие из ряда однократных измерений. Для обработки результатов, в соответствии с требованиями математической статистики, необходимо не менее четырех отдельных измерений. Поэтому измерения можно считать многократными при четырех и более измерениях.

Статическое измерение – это измерение ФВ, принимаемой в соответствии с конкретной измерительной задачей за неизменную на протяжении времени измерения.

Динамические измерения – это измерение изменяющейся по размеру ФВ. Считается, что все ФВ подвержены тем или иным изменениям во времени, поэтому разделение измерений на динамические и статические является условным. Различительным признаком в данном случае является динамическая погрешность при данной скорости или частоте изменения измеряемой величины в заданных динамических свойствах СИ.

Метрологические измерения выполняются при помощи эталонов с целью воспроизведения единиц ФВ для передачи их размера рабочим СИ.

Технические измерения проводятся рабочими СИ и являются наиболее массовыми. При метрологических измерениях в обязательном порядке учитываются погрешности, а при технических – принимается наперед заданная погрешность, достаточная для решения данной практической задачи.

Абсолютное измерение – это измерение, основанное на прямых измерениях одной или нескольких основных величин и (или) использовании значений физических констант. Например, измерение силы F = mq основано на измерении основной величины – массы m и использовании физической постоянной q. Понятие абсолютное измерение применяется как противоположное понятию относительное измерение и рассматривается как измерение величины в ее единицах. В такой интерпретации данное понятие находит все большее применение.

Относительное измерение – это измерение отношения величины к одноименной величине, играющей роль единицы, или измерение изменения величины по отношению к одноименной величине, принимаемой за исходную.

Дата добавления: 2014-11-29