Основные термины, понятия и определения теории измерений

Определение измерения. Существует несколько определений измерения. Еще в 1883 г. Гельмгольц, выражая сущность измерений, говорил о том, что объекты и атрибуты объектов, которые при сравнении с им подобными допускают различие большего, равного или меньшего — это величины; если их можно выразить именованным числом, то это число — численное значение величины; прием, посредством которого находится именованное число, называется измерением величины.

В 1949г. Н.Ф. Маликов дает определение измерению как познавательному процессу, заключающемуся в сравнении путем физического эксперимента данной величины с некоторым значением, принятым за единицу сравнения.

Современные авторы дают такие определения:

«Измерением называются действия, осуществляемые в определенных условиях при использовании определенных технических средств, после выполнения которых можно утверждать, что измеряемая величина х имеет значение а < х < Ь. Значения а или Ь, выражающие результат измерения, — это образы состояний измеряемой величины, место которых на шкале величии четко определено относительно эталонов, задающих единицу меры».

Или «измерением называются действия, выполнение которых позволяет установить существование определенной связи между величинами х и у. Такая область измерений обычно именуется экспериментом».

Наконец, имеется стандартизованное определение: «Измерение — совокупность операций по применению технического средства, хранящего единицу физической величины, обеспечивающих нахождение соотношения (в явном или неявном виде) измеряемой величины с ее единицей и получение значения этой величины».

Дальнейшее обобщение понятия измерения можно провести на основе понятий «объект измерения» и «модель объекта измерения». Измерения не имеют смысла без модели объекта измерения. Построение или выбор модели производят на основании априорных данных. Когда модель выбрана, определяют числовые значения ее параметров путем проведения измерительного эксперимента, сопровождающегося измерением некоторого множества физических величин, связанных некоторой системой отношений (с точки зрения теоретико-множественной модели объекта).

Если объектом измерения является ряд состояний, описываемый процессом х(г), то измерение складывается из ряда элементарных измерений. Это элементы процесса, которые можно назвать системными измерениями (или многопараметрическими, или комплексными).

Элементарное измерение — процесс нахождения числового значения неизвестной физической величины путем сравнения ее (или результата ее преобразования в другую физическую величину) с физической величиной того же вида, размер которой задается многозначной мерой в принятых единицах.

Для системных измерений характерны накопление большого массива значений разнородных, изменяющихся во времени (в общем случае) физических величин и его обработка по правилам (программам), составленным на основе модели объекта.

Таким образом, более справедливым будет следующее определение: системные измерения — это экспериментальная процедура определения числовых значений параметров модели объекта измерения, включающая в себя некоторое множество элементарных измерений физических величин, в общем случае разнородных.

Процесс познания осуществляется на теоретическом и экспериментальном уровнях. Измерения обязательно связаны с экспериментом. С помощью измерений осуществляется связь теоретических расчетов с практикой. Эксперимент, по определению, это метод познания, при помощи которого в контролируемых и управляемых условиях исследуются явления действительности. Если при этом выявляется количественная определенность какого-либо свойства объекта или явления, имеет место измерительный эксперимент. Измерение может составлять основное содержание и цель эксперимента, а может быть основной или составной частью других видов экспериментальных работ. В производстве к таким видам экспериментальных работ относят контроль и испытания.

Технический контроль — проверка соответствия продукции в процессе ее создания и применения установленным техническим требованиям. В зависимости от стадий жизни продукции различают производственный и эксплуатационный контроль.

Производственный контроль включает:

• контроль технологических процессов (сред, режимов, параметров);

• операционный контроль продукции во время или после завершения операции технологического цикла;

• приемочный контроль готовой продукции.

Эксплуатационный контроль осуществляется на этане применения изделия.

Всякий контроль предполагает:

• получение информации о фактическом состоянии объекта;

• сопоставление полученной информации с установленными требованиями, нормами, критериями.

Результатом контроля является качественная характеристика параметра, сто соответствие или несоответствие норме (например, «годен»—«не годен»). Если информация, получаемая при контроле, представляет собой четко выраженное числовое значение, имеет место измерительный контроль, т. е. измерение с последующим сравнением результата с нормой.

Более сложный вид эксперимента в производственном процессе — испытания — экспериментальное определение количественных или качественных характеристик свойств продукции как результат воздействия на нее внешних факторов.

Процесс испытаний продукции также имеет целью получение информации о ее свойствах, при этом обязательным условием является воздействие на изделие механических, климатических, радиационных или других факторов.

Итак, несмотря на некоторые отличия, цель и основная суть экспериментов в производстве — получение информации о свойствах и параметрах объекта. Однако отличия между разными видами экспериментальных работ (измерения, контроль, испытания) носят принципиальный характер, при этом измерения являются преобладающим видом экспериментальных работ.

Модель измерения. В измерении принимают участие два множества величин: множество {X) измеряемой величины х и множество [W] известной величины, элементы которого w_i упорядочены по значениям i.

Рис. 1.1 Множества величин, участвующих в измерении

Измеряемая величина создает бесконечное или конечное множество, ограниченное сверху и снизу. Множество {Щ является конечным, т. е. последовательные элементы w_i\ — w_i = 2ε_i, > О для любого i. Множество {W] создано с помощью эталонной величины, воспроизведенной в процессе измерений посредством измерительного прибора. Оба множества образно представлены на рис. 1.1.

Измерительные действия в модели измерения равнозначны установлению соответствия элементу х из множества {X) элемента w множества {W того же самого значения. Поскольку множество {W} дискретно, соответствие не может быть однозначным, поэтому результатом измерения является неравенство w,<x< w_i+l.

Модель измерения позволяет формализовать действия, из которых состоит измерение, и в зависимости от этих действий определить различные методы измерений. В свою очередь, конкретному методу измерений соответствуют определенные действия (алгоритм измерения), структура построения измерительной схемы, а также алгоритм определения результата измерения. Основой метода измерения служит способ сравнения измеряемой величины х с эталонной величиной w. Способ — это совокупность действий, которые нужно выполнить в процессе измерений.

Процедура измерения — формализованное описание (словесное или математическое) действий, которые необходимо выполнить в процессе измерения.