Шкалы измерений

Вернуться

Достоверность измерений определяется степенью доверия к результа­ту измерения и характеризуется вероятностью того, что истинное значе­ние измеряемой величины находится в указанных пределах. Данную ве­роятность называют доверительной.

Правильность измерений — это метрологическая характеристика, от­ражающая близость к нулю так называемых систематических погрешно­стей результатов измерений.

Сходимость результата измерений характеризует качество измере­ний, отражающее близость друг к другу результатов измерений одной и той же величины, выполняемых повторно одними и теми же методами и средствами измерений и в одних и тех же условиях.

Воспроизводимость результатов измерений — характеристика качест­ва измерений, отражающая близость друг к другу результатов измерений одной и той же величины, полученных в разных местах, разными методами и средствами измерений, разными операторами, но приведен­ных к одним и тем же условиям.

Шкалы измерений. На практике необходимо проводить измерения различных физических величин, характеризующих свойства веществ, тел, явлений и процессов. Некоторые свойства проявляются только ко­личественно, другие — качественно. Количественные или качественные проявления любого свойства отражаются множествами, которые обра­зуют шкалы измерения этих свойств. Шкала измерений количественного свойства является шкалой физической величины. Шкала физической ве­личины — это упорядоченная последовательность значений физической величины, принятая на основании результатов точных измерений.

В соответствии с логической структурой проявления свойств шкалы измерений делятся на пять основных типов: наименований, порядка, ин­тервалов, отношений и абсолютные шкалы.

1. Шкала наименований (шкала классификации ). Такая шкала основа­на на приписывании объекту цифр (знаков), играющих роль простых имен. Данное приписывание цифр выполняет на практике ту же функ­цию, что и наименование. Чаще всего эти шкалы используются для клас­сификации эмпирических объектов, свойства которых проявляются только в отношении эквивалентности. Эти свойства нельзя считать фи­зическими величинами, поэтому шкалы такого вида не являются шкала­ми физических величин. Нумерация объектов по шкале наименований осуществляется по принципу: «не приписывай одну и ту же цифру раз­ным объектам». Поэтому с цифрами, используемыми только как специ­фические имена, нельзя проводить никаких арифметических действий. Если, например, один из резисторов обозначен в электрической схеме R₂,а другой, R₄ то из этого нельзя сделать вывод, что значения их сопро­тивлений отличаются вдвое, а можно лишь установить, что оба они от­носятся к классу резисторов.

Так как эти шкалы характеризуются только отношениями эквива­лентности, то в них отсутствует понятия «больше» нуля или «меньше» и единицы измерения.

2. Шкала порядка (шкала рангов ). Данная шкала предполагает упоря­дочение объектов относительно какого-то определенного их свойства, т.е. расположение их в порядке убывания или возрастания данного свой­ства. Полученный при этом упорядоченный ряд называют ранжирован­ным рядом, а саму процедуру — ранжированием. Ранжированный ряд может дать 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 — шкала порядка дать не может.

В шкалах порядка может существовать или не существовать нуль, но принципиально нельзя ввести единицы измерения, так как для них не установлено отношение пропорциональности и соответственно нет возможности судить, во сколько раз больше или меньше конкретные прояв­ления свойства. По шкале порядка сравниваются между собой однород­ные объекты, у которых значения интересующих нас свойств неизвест­ны. Результаты оценивания по шкале порядка также не могут подвер­гаться никаким арифметическим действиям.

Часто на практике, когда уровень познания явления не позволяет точно установить отношения, имеющиеся между величинами определен­ной характеристики, либо применение шкалы удобно и достаточно для практики, используют условные (эмпирические) шкалы порядка. Услов­ная шкала — это шкала физической величины, исходные значения кото­рой выражены в условных единицах.

Широкое распространение получили шкалы порядка с нанесенными на них реперными точками. Для этого, расположив объекты в порядке возрастания (убывания) того или иного свойства, некоторые точки ран­жированного ряда фиксируют в качестве отправных (реперных). Сово­купность реперных точек образует шкалу возможных проявлений соот­ветствующего свойства. Реперным точкам могут быть поставлены в со­ответствие цифры, называемые баллами, и, таким образом, появляется возможность оценивания «измерения» данного свойства в баллах, по натуральной шкале. По натуральным шкалам до сих пор оценивают ин­тенсивность землетрясений, морское волнение, твердость минералов и некоторые другие величины.

3. Шкала интервалов (шкала разностей ). Эти шкалы являются даль­нейшим развитием шкал порядка. На шкале интервалов откладывается разность значений физической величины, сами же значения остаются неизвестными. Данная шкала состоит из одинаковых интервалов, имеет единицу измерения и произвольно выбранное начало — нулевую точку. На шкале интервалов определены действия сложения и вычитания ин­тервалов. Действительно, по шкале времени интервалы можно суммиро­вать или вычитать и сравнивать, во сколько раз один интервал больше другого, но складывать даты каких-либо событий просто бессмысленно.

К таким шкалам относятся, например, температурные шкалы Цель­сия, Фаренгейта и Реомюра. На наиболее привычной для нас темпера­турной шкале Цельсия за начало отсчета разности температур принята температура таяния льда. Для удобства пользования шкалой Цельсия интервал между температурой таяния льда и температурой кипения во­ды разделен на 100 равных интервалов — градусов. Шкала Цельсия рас­пространяется как в сторону отрицательных, так и положительных ин­тервалов. Когда говорят, что температура воздуха равна 20°С, это озна­чает, что она на 20 градусов выше температуры, принятой за нулевую отметку шкалы (выше нуля).

Деление шкалы интервалов на равные части устанавливает единицу физической величины, что позволяет не только выразить результат из­мерения в числовой мере, но и оценить погрешность измерения.

4. Шкала отношений. Шкалы отношений — самые совершенные. Они представляют собой интервальные шкалы с естественным началом. Ес­ли, например, за начало температурной шкалы принять абсолютный нуль, то по такой шкале уже можно отсчитывать абсолютное значение температуры и определять не только на сколько температура Т₁ одного тела больше (меньше) температуры Т₂ другого, но и во сколько раз больше или (меньше) по правилу:

Т₁ /Т_г = n

В шкалах отношений существует однозначный естественный критерий нулевого количественного проявления свойства и единица измерений, уста­новленная по соглашению. С формальной точки зрения шкала отношений является шкалой интервалов с естественным началом отсчета. К значениям, полученным по этой шкале, применимы все арифметические действия.

В общем случае, при сравнении между собой двух физических вели­чин по такому правилу, значения п, расположенные в порядке возраста­ния или убывания, образуют шкалу отношений. Она охватывает интер­вал значений п от 0 до со и не содержит отрицательных значений.

5. Абсолютные шкалы. Под абсолютными шкалами понимают шкалы, обладающие всеми признаками шкал отношений, но дополнительно имею­щие естественное однозначное определение единицы измерения и не завися­щие от принятой системы единиц измерения. Такие шкалы соответствуют относительным величинам: коэффициенту усиления, ослабления и т.д.

Дата добавления: 2014-12-29