Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Методы и средства измерений: термины и смыслы




 

Измерения бывают прямые и косвенные. На самом деле то, что обычно считается прямыми измерениями, является косвенными, осуществляемыми посредством сложной цепочки преобразований. Например, в стрелочном приборе это напряжение-ток-сила-момент-угол поворота. Если считать человека прибором, то прямым измерением является только сравнение цвета, насыщенности и яркости глазом, температуры - кожей, громкости и спектра звука ухом, остроты кнопки попой, да сексапильности лица иного пола не тем, чем вы подумали, а производной от частоты пульса по времени.

 

Измерения бывают совокупные, когда измеряются однородные величины и производится вычисление, и совместные, когда измеряются неоднородные величины и производится вычисление. Большой разницы между ними нет, а от всех прочих они отличаются тем, что приходится иначе вычислять погрешности. На самом же деле, в любом измерении принимает участие - в метрологическом смысле, то есть влияя на точность - много величин, и погрешности всех их надо учитывать. Другое дело, что когда мы берем в руки прибор, на котором написано "+/- 1%", то погрешности всей названной выше ("напряжение-ток-сила-момент-угол поворота") цепочки уже посчитаны разработчиком прибора и засунуты внутрь этого 1%.

 

Измерения бывают статические и динамические. В этом и многих других случаях формальное определение отсутствует, но и присутствовать ему смысла нет. Ну скажем мы, что динамические измерения - это когда величина контролируется чаще 137 раз в секунду. Почему? И какой смысл в таком определении? А никакого. Фактическое употребление терминов "статические" и "динамические" определяется "похожестью" объектов, в данном случае - приборов и методов измерений. А они зависят не только от требуемой частоты замеров, а от множества вещей - от конкретной величины, от диапазона измерений, от точности, от других условий. Можно было бы сказать, что "статичность" и "динамичность"

 

Измерения бывают однократные и многократные. Эта разница еще более условна, нежели прочие. С одной стороны, величина может меняться настолько быстро, что измеряя через минуту, я реально измеряю нечто другое, а может не изменяться и за год. То есть не имея какой-то предварительной информации (об этой конкретной величине или об этом классе ситуаций), трудно что-либо сказать. Например, измеряя вес монет одного достоинства мы измеряем номинально одну величину - они должны быть одинаковыми, но фактически разные - они разное время были в обращении. Но даже измеряя последовательно вес одной и той же монетки, мы смешиваем погрешности весов и реальное изменение измеряемой величины от упавшей пылинки, отвалившейся частички грязи и чиха комара, пролетевшего над монеткой, как Матиас Руст над административной единицей "Московский Кремль"

http://2002.novayagazeta.ru/nomer/2002/38n/n38n-s00.shtml

 

Измерения бывают - непосредственным сравнением, нулевым методом, дифференциальным и методом замещения. Непосредственное сравнение - это когда мы прикладываем калибр к изделию и говорим - не лезет. Нулевой метод - это когда у нас есть что-то, что выдает управляемую и точно (достаточно точно для нас в данном случае) определенную величину. Например, портновский "сантиметр" - мера длины явно изменяемая - когда мы огибаем им, скажем, талию и медленно скользим по нему... по ним... пальцем. Дифференциальный или разностный метод - когда определяют разность между измеряемой и известной величинами. Скажем, прикладывают к столу метровую палку без делений, а потом линеечкой с деленьицами измеряют остаток. А вот в радиоэлектронике измерения часто ведут именно так, потому что сделать точную меру управляемой намного труднее, чем фиксированного размера. А точность измерений при этом очевидно можно увеличить. Наконец, метод замещения - это метод, при котором мы предъявляем прибору по очереди эталон и измеряемую величину и сравниваем показания. Хрестоматийный пример - взвешивания на неравноплечих (неправильно - неравноплечных) весах. Если использовать одно плечо и для объекта и для гирь, то неравно... это самое... перестает сказываться.

 

Далее, метрологи используют термины "измерительные установки", "системы" и "принадлежности". Слов вокруг этих понятий можно произнести много, но смысл довольно понятен. Принадлежности - нечто "маленькое" - или не все время нужное, или не несущее именно измерительных функций (например, источники питания) или несущее какие-то дополнительные функции, например, накопитель данных или устройство защиты приборов от каких-то вредных влияний. Разумеется, если показать конкретному специалисту конкретный прибор, он, скорее всего скажет, что вот это, вон то и, пожалуй то - принадлежности. Но вопросу несколько удивится - какая разница, как называть? Важно, чтобы работало. На самом деле, прок от этих названий есть - их наличие позволяет как-то структурировать материал, облегчает как изложение, так и усвоение.

 

Далее, измерительные установки - это нечто большее, чем отдельный прибор, измерительные системы - нечто еще большее. Разумно будет сказать, что измерительная установка - это несколько приборов, измеряющих несколько параметров объекта. Иногда добавляют - расположенных в одном месте. Но понятие "одно место" определено не вполне четко (в технике!). С другой стороны, легко представить себе "один прибор", то есть расположенный в одном корпусе, имеющего одно наименование, измеряющий, в том числе и одновременно несколько величин. Одно слово "мультиметр" чего стоит. Правда, определение можно сузить, потребовав одновременности измерений, но цифровые осциллографы измеряют одновременно много параметров.

 

Измерительные системы несут еще какие-то функции, помимо собственно измерений, например накопление данных, сложную обработку данных (естественный вопрос - что такое "сложная"?), управление объектами, или расположены не в одном месте. Обычно добавляют, что в таких системах есть компьютер, но во-первых, это не принципиально, а во-вторых, нынче в каждом втором тестере по компьютеру, а в каждом третьем - по два:)

 

Измерения и приборы классифицируют по месту применения и делят на лабораторные, производственные и полевые. Понятно, на чем это сказывается. Для измерений, при прочих равных условиях, на качестве, то есть надежности, разбросе, точности. Для приборов - на пылебрызгозащищенности, вибро- и ударопрочности, а также на возможности работы, когда блоки загоняют на место сапогом, а бычки гасят о шкалу прибора. Чтобы было неповадно показывать глупости. Разумеется, это деление условно, как и все остальные. Все деления условны. "Все, что написано в этой книге - гнусная ложь" ("Колыбель для кошки", и не вздумайте сказать, что автора не помните, кто ошибку в цитате заметил - плюс балл на экзамене).

 

При большом количестве измерений возникает естественная проблема автоматизации измерений. Понятие автоматизации можно трактовать по-разному, шире и уже, и если любую обработку результата (не исходного сигнала) считать автоматизацией, то автоматическим будет любой цифровой прибор, автоматически выбирающий диапазон измерений. Со временем обработка информации усложняется и во многом совершенствуется, человеку начинает казаться, что приборы делают все сами. Это опасный самообман, причем по двум причинам. Во-первых, любое устройство может выйти из строя, в том числе устройство для резервирования, контроля, ремонта - тоже. При отсутствии иных ограничений может быть получена любая надежность, но в конкретных условиях она определяется психологией человека - балансом между другими параметрами системы (например, стоимостью), допустимым риском и эффективностью функционирования; в любом случае, ясное представление о степени надежности машинной подсистемы увеличивает надежность системы человек-машина.

 

Во-вторых, сложная обработка чревата - см. выше абзац, начинающийся словами "Как указано выше, в интерпретации данных, полученных с высокой точностью, есть одна опасность. Когда мы получаем много цифр, то возникает соблазн поискать закономерности. А при увеличении объема анализируемых цифр что-нибудь да найдется". Так вот, есть опасность найти то, чего нет. Другое дело, что эта опасность больше у социолога, меньше у физика и совсем мала у инженера - ибо он чаше всего получает уже верифицированную и многожды испытанную метрологическую методу. Но все же, как пел Цой "следи за собой, будь осторожен"

http://allkino.narod.ru/88.htm

 

 

Эталоны и их "точность"

 

Эталон - это нечто, что реализует единицу измерения (в физике и технике) или свойство (в технике: цвет краски, вкус продукта). Эталон может быть в принципе использован двумя способами. Предъявляя эталон прибору, мы проверяем прибор. Сравнивая эталон с другим эталоном, причем присваивая значение второму по информации о первом и данных прибора сравнения, мы создаем подчиненный эталон (например, национальный по мировому). Сравнивая два эталона одного ранга (два мировых, два национальных), мы не присваиваем значения, но по данным прибора сравнения можем определить, изменилась ли разница между эталонами. оценить стабильность и косвенно - точность.

 

В социологи ситуация иная - эталонов нет. Нет эталонного города, эталонной страны, эталонной группы студентов или эталонного электората. Соответственно, нет очевидного и резкого деления на "высокую метрологию", занимающуюся эталонами и поверкой, и "полевую" метрологию, которая берет штангенциркуль и того, меряет. Хотя конечно, от осознания принципов функционирования общества до вопроса "какие чипсы вы предпочитаете" дистанция не маленькая.

 

А вот в психологии ситуация ближе к физике и технике - у них нет эталонного человека (или эталонной "малой группы") но у них есть представление о "норме". Частично оно интуитивно, частично базируется на показаниях приборов - нормальный человек имеет IQ 100 и те или иные показатели по другим основным тестам.

 

Метрологию можно разделить на две - "высокую метрологию" и "полевую метрологию". Полевая метрология - это сами измерения и их обработка (то есть то, чем занимаются все физики и технари) и разработка приборов и методов измерений (то есть то, чем занимаются прибористы при участии физиков и технарей). Но для разработки приборов нужны эталоны. Вот всем, что касается эталонов, занимается "высокая метрология". В ней, как это ни дико звучит, вообще нет понятия "точность" - ибо точность относительно чего? Раньше метрологи поступали так: изготавливали несколько "метров" или "килограммов" и объявляли один главным, мировым эталоном. Это снимало задачу определения "точности" с остальных эталонов. Но эта проблема оставалась для одного, главного эталона, а кроме того, всякий понимал, что коронация именно этой гири ничем не оправдана - все гири одинаковы. Логичнее было бы принимать за "эталон" среднее значение, то есть считать, что в среднем гири-эталоны не изменяют массу. Это логичнее (нет случайного выбора), но с точки зрения физики, глупо: уж если мы обнаружили, что изменяется масса платино-иридиевых гирь, причем и разных - по-разному и мы не знаем как следует, почему, то откуда мы знаем, что не изменяется в среднем?

 

Выход очевиден - переход к атомным эталонам, ибо ортодоксальная физика ясно говорит, что атомы одинаковы и масса их не изменяется со временем, что скорость света в вакууме одинакова и неизменна, что все прочие мировые константы - тоже константы. Именно на этом уровне обоснования построено действующее в настоящее время определение метра. Метр определен как расстояние, которое свет проходит за некоторое время. В какой ситуации такое определение лучше? Если скорость света и это некоторое время определяются стабильнее, повторяемее, и передавать построенный таким образом эталон легче - то "и увидел Метролог, что это хорошо". Физика считает скорость света постоянной, а метрология считает эталон секунды более стабильным, чем предшествующий эталон метра. Поэтому и перешла метрология на новый эталон метра. Вернувшись, как отмечают в некоторых книгах, к определению метра через секунду - имеется в виду древнее определение через период маятника.

 

Однако это еще не все. В новом определении метра через скорость света и секунду указано, что скорость света равна "чему-то там (точно)." Поскольку при старом (и вообще каком угодно) определении метра и секунды нет никаких причин, чтобы скорость света попала "точно" в какое-то значение, это похоже на школьную глупость - считать g = 10 м/с2. На самом деле, большого криминала тут нет, если стабильность измерений скорости света такова, что колебания не ограничивают точности. Но с точки зрения физика, выглядит странно.

 

Использование атомных эталонов затруднено несопоставимостью размера эталона и большинства измеряемых величин, требуется строить цепочки преобразователей. Возможно, что когда-то люди перейдут к использованию атомных макроскопических эталонов, то есть атомных эталонов практического масштаба. Это могут быть внешние орбиты возбужденных атомов при высоком уровне возбуждения

http://school-collection.edu.ru/catalog/res/6eeebb6e-3b33-2e37-27f8-064f4ff74816/

или какое-либо длинноволновое излучение, например, знаменитое излучение межзвездного водорода 1420,40575 МГц (волна 21,1 см)

http://www.astronet.ru/db/msg/1188602

 

Есть, однако в этой эталонной проблеме более глубокая сторона - проблема постоянства фундаментальных констант. К ней мы обратимся ниже.

 

 




Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2015-04-30; Просмотров: 335; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2024) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление




Генерация страницы за: 0.023 сек.