2014-02-03
921
Абсолютные шкалы измерений
Абсолютная шкала обладает всеми признаками шкалы отношений, но ее единица имеет естественное однозначное определение. Абсолютная шкала используется для измерения относительной величины – безразмерного отношения одноименных величин, которые описываются шкалами отношений.
Единицы абсолютных шкал безразмерны (разы, проценты, доли, полные углы и т.п.), поэтому они сочетаются с любыми системами единиц. Единицы абсолютных шкал принято называть внесистемными или надсистемными. Спецификация абсолютной шкалы допускает изменения. Так, при измерении плоского угла используется целая группа единиц: радиан, угловой градус, град, полный оборот, румб и т.д. Абсолютные шкалы могут быть ограниченными по диапазону (чаще всего от 0 до 1) или неограниченными.
Примерами абсолютных шкал могут служить шкалы измерения коэффициентов усиления, ослабления, отражения, поглощения, амплитудной модуляции, полезного действия, а также шкалы добротности, плоского и телесного углов и многие другие.
Практическая реализация шкалы измерений достигается стандартизацией самой шкалы, единицы измерения и, при необходимости, спецификации шкалы. Неметрическая шкала может быть реализована без эталона (шкала-классификация растений К. Линнея, шкала запахов, шкала баллов силы ветра Бофорта). Если же создание эталона необходимо, он должен воспроизводить весь практически реализуемый диапазон шкалы (атлас цветов, эталон твердости). Метрическая шкала, как правило, реализуется с помощью эталона. Эталоны метрических шкал воспроизводят одну точку шкалы (эталон массы – 1кг), некоторый участок шкалы (эталон длины) или практически весь диапазон шкалы (эталон времени). Абсолютные шкалы могут реализовываться без эталонов (шкалы коэффициентов усиления, полезного действия). В технически и экономически обоснованных случаях абсолютные шкалы опираются на эталоны, воспроизводящие любую область шкалы; в настоящее время насчитывается более двух десятков таких эталонов и установок высшей точности.
В метрологической практике большая часть эталонов воспроизводит не единицы измерений, а какие–то участки шкалы. Это относится к эталонам основных единиц SI – метра, секунды, кельвина, канделы (эталоны массы и силы электрического тока воспроизводят единицы измерений – килограмм и ампер, а эталон количества вещества – моля – отсутствует). Но при любом варианте построения эталона поверочная схема предусматривает воспроизведение всех необходимых для практики участков шкалы. Если бы какое – то средство измерений хранило только одну точку шкалы, оно не отличалось бы от однозначной меры.
" Классическое " измерение использует только метрические и абсолютные шкалы и своей целью считает сравнение измеряемой величины с единицей измерения.
С позиций же теории шкал результат измерения может быть получен только при построении некоторого участка шкалы и определении на этом участке места, соответствующего конкретному проявлению измеряемого свойства. Результат измерения по шкале только внешне выглядит как итог сравнения величины с ее единицей. Например, пропорциональная шкала отношений теоретически однозначно задается одной ненулевой точкой, которой, в частности, может быть выбрана точка, соответствующая единице величины. Реальной измерительной практике также гораздо ближе представление о процедуре измерения как о процессе определения места измеряемой величины или оцениваемого свойства на соответствующей шкале измерений. Нужный участок шкалы воспроизводит и хранит рабочее средство измерений, которому предварительно переданы в соответствии с поверочной схемой все необходимые точки шкалы.
Большинство шкал измерений одномерны. Однако среди всех типов шкал могут быть и многомерные шкалы. Примеры: двумерная шкала электрического импеданса, трехмерные шкалы цвета и цветности в колориметрии.
Обработка и форма представления результатов измерений в метрических и абсолютных шкалах опирается на развитый аппарат прикладной статистики. Точность результатов измерений в шкалах отношений и абсолютных можно в равной мере выражать неопределенностью или погрешностью в абсолютной и относительной формах, а в шкалах разностей – неопределенностью и погрешностью только в абсолютной форме. Но интервалы в шкалах разностей обладают свойствами шкал отношений со всеми вытекающими из этого следствиями.
В неметрических шкалах математический аппарат статистики неприменим. Точность результатов измерений в этих шкалах можно характеризовать только неопределенностью, поскольку при отсутствии единиц измерений использование понятия погрешности некорректно. При измерениях в шкалах порядка нельзя применять в качестве результата измерения среднее арифметическое ввиду принципиальной и неопределенной нелинейности этих шкал. Для таких случаев существует более адекватная статистика – медиана.
Проведенный анализ подводит нас к следующим выводам:
