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.