Шкалы измерения

«Все в природе подлежит измерению, все может быть сосчитано».

Н. И. Лобачевский

Шкала физической величины – это упорядоченная совокупность значений ФВ, служащая исходной основой для измерения данной величины. Некоторые свойства проявляют себя только качественно, и, как ранее было отмечено, не могут быть измерены. Следует также отметить, что операция оценивания не входит в задачи теоретической метрологии. Однако практика всегда шире теории, это наблюдается и в метрологической практике, когда наряду с измерением физических величин, необходимо проводить оценивание и тех свойств, которые проявляют себя только качественно (цвет, мастерство, умение и т. д.).

Поэтому принято выделять два типа шкал, условно названные «не метрическими» и «метрическими». Для не метрических шкал получение значения – это приписывание и оценивание, а для метрических – измерение. К первой группе шкал относятся шкалы наименования и порядка, их отличительной особенностью является ярко выраженная субъективность. Ко второй группе относятся шкалы интервалов, отношений и абсолютная шкала. Наименование и характеристика основных шкал представлена в таблице 3.

Шкала наименований (от латинского «name» – имя) относится к самому простому типу шкал, основанную на приписывании качественным свойствам объектов, классифицированным по какому либо признаку, определенных символов (знаков, чисел, имен и т. д.). В данной шкале нет нуля, единиц измерения, в ней отсутствуют любые математические действия, а используемые символы (числа, имена) присваиваются по принципу: «не приписывай одну и ту же цифру разным объектам или разные цифры одному и тому же объекту». Числа, знаки или имена, составляющие шкалу наименований, могут быть поменяны между собой.

Примером шкал наименований являются атласы цветов, предназначенные для идентификации цвета; список участников конкурса, выступающих под определенными номерами; прейскуранты тканей. Приписывание определенных символов связано только с характером качественных признаков и может быть использовано для операций

Таблица 3

Наименование и характеристика основных шкал измерений

Основные характе-ристики	Шкалы измерений
«не метрические»	«метрические»
шкала наименований	шкала порядка	шкала интервалов	шкала отношений	абсолютная шкала
Способ получения измерительной информации	Приписывание и оценивание	Оценивание	Измерение	Измерение	Измерение
Объекты измерения	Нефизические величины	Физические и нефизические величины	Физические величины	Физические величины	Физические величины
Наличие фиксированных интервалов	Отсутствие интервалов	Отсутствие фиксирован-ных интервалов	Фиксиро-ванные интервалы	Фиксиро-ванные интервалы	Фиксиро-ванные интервалы
Начало отсчета	Отсутствие нуля отсчета	При необходимости произвольно выбранный нуль	Произвольно выбранное начало отсчета	Однозначное естественное начало отсчета	Однозначное естественное начало отсчета
Наличие единиц измерения	Отсутствие единиц измерения	Отсутствие единиц измерения	Наличие единиц измерения	Наличие единиц измерения	Естественные однозначные единицы измерения
Перечень математических действий	Отсутствие всех математич. действий	Отсутствие всех математич. действий	Наличие действий сложения и вычитания	Наличие всех математич. действий	Наличие всех математич. действий

идентификации и определения вероятности или частоты проявления определенного объекта.

Некоторые специалисты, склонны вообще не относить шкалы наименований к классу измерительных шкал, так как рассматриваемые там свойства нельзя считать физическими величинами, а шкалы такого вида не являются шкалами ФВ. Однако, пока не будут найдены способы определения количественных характеристик всех существующих объектов, явлений и процессов, в метрологической практике вышеупомянутые шкалы будут незаменимы. Шкала порядка (шкала рангов). Иногда для получения измерительной информации вполне достаточно сравнить: что легче (тяжелее), больше (меньше), кто сильнее, как проще? При этом число сравниваемых объектов может быть достаточно большим. Операция по расстановке размеров в порядке их возрастания или убывания, с целью получения измерительной информации, называется ранжированием. А сами размеры измеряемых величин образуют шкалу порядка.

С помощью данных шкал обычно оценивают величины, когда нет возможности точно установить отношения между величинами, путем их сравнения с единицей, либо когда применение данной шкалы удобно и достаточно для практики. Например, на конкурсе дизайнеров мастерство исполнителей определяется их местом, занятым в итоговой таблице, отражающей тот факт, что мастерство одних выше мастерства других, хотя и неизвестно в какой степени.

Для облегчения измерения по шкале порядка, некоторые точки на ней фиксируются в качестве реперных, которым в свою очередь могут быть поставлены в соответствие цифры, называемые баллами. Баллы, в отличие от символов шкалы наименований, имеют строгий порядок расположения и являются условными единицами, образующими условные шкалы величин. К условным шкалам относятся шкала вязкости Энглера, шкала твердости минералов Мооса, шкалы твердости металлов Виккерса, Роквелла и Бриннеля, 12-бальная шкала Бофорта для определения силы ветра (табл. 4). Шкалы порядка нашли широкое применение во всех областях деятельности, связанных с оценкой качества.

Хотя в шкале порядка может существовать или не существовать нуль, недостатком данной шкалы является неопределенность интервалов между реперными точками и отсутствие единиц измерения. Вследствие этого исключаются все математические операции, а определение значения величин нельзя считать измерением, так как производимая операция оценивания связана с субъективными особенностями человека (эмоциями, желаниями, установками, вкусом и др.), которые, в принципе, не поддаются измерению. Оценивание по шкале порядка всегда носит неоднозначный и весьма условный характер.

Таблица 4

Шкала Бофорта для определения силы ветра

Балл	Наименование ветра	Действие
	Штиль Тихий Легкий Слабый Умеренный Свежий Сильный Крепкий Очень крепкий Шторм Сильный шторм Жестокий шторм Ураган	Дым идет вертикально Дым идет слегка наклонно Ощущается лицом, шелестят листья Развиваются флаги Поднимается пыль Вызывает волны на воде Свистит в вантах, гудят провода На волнах образуется пена Трудно идти против ветра Срывает черепицу Вырывает деревья с корнем Большие разрушения Опустошительное действие

Шкала интервалов, в отличие от шкалы порядка и шкалы наименований, состоит из одинаковых интервалов, имеет единицу измерения и произвольно выбранную нулевую точку. За начало отсчета принимается, как правило, начало изучаемого явления, а интервал фиксируется между двумя выбранными реперными точками. Например, летоисчисление производится по шкале, разбитой на интервалы, равные периоду обращения земли вокруг солнца, а за начало отсчета, в соответствии с различными календарями, принято либо «рождество Христово» по нашему григорианскому стилю, либо «сотворение мира» по юлианскому календарю, либо «сотворение Адама» по иудейскому календарю, либо дата бегства Магомета из Мекки по магометанскому календарю и т. д.

По данной шкале можно судить не только о том, что один размер больше другого, но и о том, на сколько больше, на ней определены действия сложения и вычитания. Вследствие отсутствия естественного начала отсчета, определить по шкале интервалов отношение значений величин невозможно. К шкалам интервалов относятся все шкалы времени, шкала температуры Цельсия с интервалом в 1 градус и нулевой точкой, выбранной равной температуре таяния льда.

Шкала отношений. Данная шкала является усовершенствованной шкалой интервалов с естественным началом отсчета, которое не принимается равным нулю, а равно нулю на самом деле. Шкалы отношений самые совершенные, так как к значениям, полученным по этой шкале, применимы все арифметические действия.

Примерами данной шкалы являются шкала массы и шкала термодинамической температуры Кельвина, где за начало отсчета принят абсолютный нуль температуры, при которой прекращается тепловое движение молекул.

Абсолютная шкала. Это шкала, обладающая всеми признаками шкалы отношений, но дополнительно имеющая естественное однозначное определение единицы измерения и не зависящее от принятой системы единиц измерения. Такие шкалы соответствуют относительным величинам: коэффициенту усиления, ослабления и т. д.

Дата добавления: 2014-11-29