Объекты и характеристики измерений

Основной объект измерения в метрологии – физические величины (краткая форма – “величина”), которые применяются для описания материальных систем и объектов (явлений, процессов и т.п.), изучаемых в любых науках (физике, химии и др.).

Существуют основные и производные величины. Основные величины характеризуют фундаментальные свойства материального мира. ГОСТ 8.417-2002 устанавливает 7 основных физических величин: длина, масса, время, термодинамическая температура, количество вещества, сила света, сила электрического тока. С их помощью создается все многообразие производных физических величин.

Измеряемые величины имеют качественную и количественную характеристики

Формализованным отражением качественного различия измеряемых величин является их размерность. Согласно МС ИСО размерность обозначается символом dim (от англ. dimension – размерность). Размерность основных величин (длины, массы и времени) обозначается соответствующими заглавными буквами:

dim l = L; dim m = M; dim t = T

Размерность производной величины выражается через размерность основных величин с помощью степенного одночлена:

: dim X = L^α M ^β T^γ........,

где α, β, γ - показатели размерности (показатели степени, в которую возведены размерности основных величин).

Каждый показатель размерности может быть положительным или отрицательным, целым или дробным, нулем. Если все показатели размерности равны 0, то величина называется безразмерной. Она может быть относительной, определяемой как отношение одноименных величин, и логарифмической, определяемой как логарифм относительной величины (например, логарифм отношения мощностей).

Количественная характеристика измеряемой величины – ее размер. Цель любого измерения – получение информации о размере физической или нефизической величины.

Простейший способ получения информации о размере измеряемой величины – сравнение его с другими. При этом число сравниваемых размеров может быть большим. Расположенные по возрастанию или убыванию (операция ранжирования) размеры образуют шкалы порядка.

Некоторые точки на шкале порядка можно зафиксировать как опорные (реперные). Точкам шкалы могут быть присвоены цифры, часто называемые баллами. По реперным шкалам оценивают знания (4-балльная шкала), измеряют интенсивность землетрясений (12-балльная международная сейсмическая шкала), твердость минералов, чувствительность пленок и другие величины.

Недостаток реперных шкал заключается в неопределенности интервалов между реперными точками (баллы нельзя складывать, вычитать, перемножать, делить).

Более совершенной является шкала интервалов (разностей). Пример такой шкалы – шкала измерения времени, которая разбита на годы (равны периоду обращения Земли вокруг Солнца), сутки (равны периоду обращения Земли вокруг своей оси). Достоинство этой шкалы заключается в том, что по ней можно судить на сколько один размер больше или меньше другого (по шкале возможны сложение и вычитание). Недостатком является то, что по этой шкале нельзя оценить, во сколько раз один размер больше другого, т.к. на шкале интервалов известен только масштаб, а начало отсчета может быть выбрано произвольно.

Наиболее совершенной является шкала отношений, примером которой является температурная шкала Кельвина. В ней за начало отсчета принят абсолютный 0 температуры. Второй реперной точкой служит температура таяния льда. По шкале Цельсия интервал между этими реперами равен 273.16 ⁰С. По такой шкале можно определить не только, на сколько один размер больше или меньше другого, но и во сколько раз он больше или меньше.

Абсолютные шкалы обладают всеми признаками шкал отношений, но они соответствуют относительным величинам (коэффициенты усиления, ослабления, отражения, кпд и т.п.)

В зависимости от того, на какие интервалы разбита шкала, один и тот же размер может быть представлен по-разному (например, длина может быть выражена как L = 1 м = 100 см = 1000 мм).

Значение величины получают в результате ее измерения или вычисления в соответствии с основным уравнением измерения:

Q = X[Q],

где Q – значение величины;

X – числовое значение измеряемой величины в принятой единице;

[Q] – выбранная для измерения единица.

Дата добавления: 2015-04-30