Шкалы измерений. Область измерений— совокупность измерений вели­чин, свойственных какой-либо области науки или техники и выделяющихся своей спецификой

Области и виды измерений

Лекция № 2

Область измерений — совокупность измерений вели­чин, свойственных какой-либо области науки или техники и выделяющихся своей спецификой. Вид измерений — часть области измерений, имеющая свои особенности и отличающаяся однородностью измеряемых величин.

Принято различать следующие области и виды изме­рений:

1. Измерение геометрических величин: длин, отклонений формы поверхностей, параметров сложных поверхнос­тей, углов.

2. Измерение механических величин: массы, плотности, силы, количества движения, мощности, энергии, вяз­кости, напряжений.

3. Измерение параметров потока, расхода, уровня, объема веществ.

4. Измерение давления: избыточного давления; абсолют­ного давления, переменного давления, вакуума.

5. Физико-химические измерения.

6. Теплофизические и температурные измерения: темпе­ратуры, теплофизических величин.

7. Измерения времени и частоты.

8. Измерения электрических и магнитных величин: силы электрического тока, электрического заряда, электрического напряжения, потока электрического смещения, электрической емкости, магнитодвижу­щей силы, магнитной индукции, магнитного потока,

индуктивности, электрического сопротивления, элек­трической проводимости,

магнитной проводимости, активной мощности, энергии.

9. Радиотехнические измерения.

10. Измерения акустических величин: периода, частоты периодического процесса, длины волны, звукового давления, скорости звука, звуковой мощности, вре­мени реверберации.

11. Оптические и оптико-физические измерения.

12. Измерения ионизирующих излучений: поглощенной дозы ионизирующего излучения; активности радио­нуклидов; эквивалентной дозы ионизирующего излу­чения.

Объектом измерения являются система, процесс, явле­ние и т.д., которые характеризуются одной или нескольки­ми измеряемыми величинами. Примером объекта измере­ний может быть технологический химический процесс, во время которого измеряют температуру, давление, энергию, расход веществ и материалов и другие параметры.

Измерения различных величин, характеризующих свой­ства систем, явлений и других процессов, занимают важное место в повседневной жизни. Разнообразные проявления (количественные или качественные) любого свойства обра­зуют множества, отображения элементов которых образуют шкалы измерения этих свойств. Шкала измерений коли­чественного свойства является шкалой величины. Шкала величины — это упорядоченная совокупность значений величины, служащая исходной основой для измерений данной величины.

В метрологии установлены различные типы шкал измерений.

Шкалы наименований характеризуются оценкой (отно­шением) эквивалентности различных качественных про­явлений свойства. Эти шкалы не имеют нуля и единицы измерений, в них отсутствуют отношения сопоставления типа «больше — меньше». Это самый простой тип шкал.

Пример шкалы наименований: шкалы цветов, представля­емые в виде атласов цветов. При этом процесс измерений заключается в достижении (например, при визуальном на­блюдении) эквивалентности испытуемого образца с одним из эталонных образцов, входящих в атлас цветов.

Шкалы порядка описывают свойства величин, упоря­доченных по возрастанию или убыванию оцениваемого свойства, т.е. позволяют установить отношение боль­ше/меньше между величинами, характеризующими это свойство. В этих шкалах в ряде случаев имеется нулевая отметка, но принципиальным для них является отсутствие единицы измерения, поскольку невозможно установить, в какое число раз больше или меньше проявляется свойс­тво величины. Шкалы порядка: шкалы измерения твердо­сти, баллов силы ветра, землетрясений, цветности воды, степени волнения моря. Например, для оценки степени волнения моря применяется условная 9-балльная шкала, в которой установлены соотношения между баллами и элементами волн (высота, длина, период). Шкала скорости ветра (шкала Бофорта) устанавливает соотношение между баллами и скоростью ветра (17-балльная шкала).

Шкалы интервалов (разностей) описывают свойствавеличин не только с помощью отношений эквивалент­ности и порядка, но также и с применением отношений суммирования и пропорциональности интервалов (раз­ностей) между количественными проявлениями свойс­тва. Шкалы интервалов могут иметь условно выбранное начало — нулевую точку и единицы измерений. К таким шкалам, например, относятся летосчисление по различ­ным календарям, в которых за начало отсчета принято либо сотворение мира, либо Рождество Христово, либо температурные шкалы Цельсия, Фаренгейта, Реомюра.

Шкала интервалов величины Q описывается уравне­нием

Q=Qo + q [Q], (5.3)

где q — числовое значение величины; Qo — начало отсчета шкалы; [Q]- единица рассматриваемой величины.

Такая шкала определяется заданием начала отсчета Qo шкалы и единицы величины [Q].

Шкалы отношений описывают свойства величин, для множества количественных проявлений которых применимы логические отношения эквивалентности, порядка и про­порциональности. В шкалах отношений существует естест­венный нуль и устанавливается единица измерения.

Шкалы отношений описываются уравнением

Q= q [Q],

где Q — величина, для которой строится шкала;

[Q] — единица измерения величины;

q — числовое значение величины.

А переход одной шкалы отношений к другой осущест­вляется через уравнение

q₁=q₂

Примерами шкалы отношений являются шкалы массы и термодинамической температуры, электромагнитных волн.

Абсолютные шкалы, кроме всех признаков шкал отно­шений, обладают дополнительным признаком: в них при­сутствует однозначное определение единицы измерения. Эти шкалы присущи таким относительным единицам, как коэффициенты усиления, ослабления, полезного действия и т.д. Ряду абсолютных шкал, например, коэффициентов полезного действия, присущи границы, заключенные между нулем и единицей.

Условные шкалы — шкалы величин, в которых не определена единица измерения. К ним относятся шкалы наименований и порядка.

Шкалы интервалов, отношений и абсолютные назы­ваются обычно метрическими (физическими), а шкалы наименований и порядка — неметрическими. Практи­ческая реализация шкал измерений осуществляется путем стандартизации как самих шкал и единиц измерений, так и способов и условий их однозначного воспроизве­дения.