Измерение физических величин

Понятие физической величины неразрывно связано с понятием измерения, поскольку те из свойств объекта, которые не могут быть измерены (например, его форма или запах), не рассматриваются как физические величины.

Измерение физической величины представляет собой процесс нахождения ее значения экспериментальным путем с помощью специальных технических средств – средств измерений. Суть измерения сводится к сравнению измеряемой величины с физически однородной ей величиной известного размера (мерой) и выражается общим уравнением измерений:

(1.1)

где А – измеряемая величина; [а] – единица измерения; х – числовое значение измеряемой величины в принятых единицах измерения.

Из (1.1) следует, что для реализации измерений необходимо выполнение двух условий. Во–первых, это однозначная определенность единицы для измерения величины и возможность ее хранения и воспроизведения. Во–вторых, это однозначная определенность самой измеряемой физической величины. Например, бессмысленно говорить об измерении высоты земной атмосферы до тех пор, пока не будет условлено, что понимается под указанной высотой, поскольку резкой границы, до которой простирается воздушная оболочка, не существует. И только, приняв, что граница атмосферы проходит там, где давление воздуха составляет некоторую заданную величину, можно приступать к измерениям. Очевидно, что бессмысленно также говорить об измерении объектов, процессов или зависимостей, поскольку измерять можно только конкретные физические величины, их характеризующие.

Если же целью эксперимента является измерение не самой физической величины, а ее зависимости, характеризующей свойства изучаемого объекта или процесса, то для этого получают совокупность результатов измерения, соответствующих ряду фиксированных значений аргумента, и по указанной совокупности, используя приемы аппроксимации, устанавливают вид искомой зависимости. Действующая в настоящее время Государственная система обеспечения единства измерений предполагает именно такой путь измерения зависимостей. Однако следует понимать, что при наличии меры, форми­рующей образцовую зависимость в принципе можно измерить непосредственно функцию, а не только отдельные ее значения.

Очевидно, что измерения, например, теплопроводности апатита и удельного электрического сопротивления воздуха, скорости света и частоты вращения ротора гидрогенератора, модуля упругости стекла и артериального давления человека представляют собой совокупность довольно разнородных операций. Тогда, что дает основание для объединения этих операций единым понятием "измерение"?

Во–первых, все они направлены на достижение единой цели – получения объективного отражения реального свойства объекта измерений в виде именованного или неименованного числа.

Во–вторых, в рамках этих операций обязательно применение технического средства, хранящего единицу измеряемой физической величины и обеспечивающего получение измерительной информации в результате взаимодействия (возможно и бесконтактного) с объектом измерений (технический аспект измерений).

В–третьих, среди этих операций в том или ином виде обязательно присутствует операция сравнения измеряемой физической величины с ее узаконенной единицей (метрологический аспект измерений).

И, наконец, в–четвертых, в результате реализации этих операций получают значения измеряемой физической величины с известной погрешностью и в форме, удобной для дальнейшего использования (гносеологический аспект измерений).

Измеренное значение физической величины неизбежно отличается от ее истинного значения, которое могло бы быть получено в результате мысленного эксперимента, свободного от каких–либо погрешностей. Погрешности определяют следующие основные свойства измерений, характеризующие их качество:

• точность – качество измерений, отражающее близость их результатов к истинному значению измеряемой величины;

• правильность – качество измерений, отражающее близость к нулю систематических погрешностей в их результатах;

• сходимость – качество измерений, отражающее близость друг к другу результатов измерений, выполняемых в одинаковых условиях;

• воспроизводимость – качество измерений, отражающее близость друг к другу результатов измерений, выполняемых в различ­ных условиях (в различное время, в различных местах, разными ме­тодами и средствами);

• единство – состояние измерений, при котором их результаты выражены в узаконенных единицах и получены с помощью едино­образных средств измерений, а погрешности измерений известны с заданной вероятностью;

• достоверность – степень доверия к результатам измерений, определяемая уровнем информации о вероятностных характеристиках отклонения результатов от истинного значения.

Дата добавления: 2014-12-24