Тема 1. Общие положения, понятия, операции и элементы процесса измерения

1. Общие положения.

2. Объекты электронных измерений.

3. Основные операции процесса измерения.

4. Элементы процесса измерения.

   1. Модель объекта измерения.

   2. Условия процесса измерения.

   3. Принцип и метод измерения.

   4. Виды измерений.

   5. Качество измерений.

   6. Описание процедуры процесса измерения.

1.1 Общие положения

Каждый человек – независимо от характера его работы, прямо или косвенно имеет дело с измерениями. Современное производство невозможно без выполнения расчетов при проектировании и проверке готовых изделий и их частей на соответствие техническим требованиям. Все исходные для расчетов, за редким исключением, являются продуктами измерений; в контроле главную роль также играют измерительные процедуры. Источником первичных сведений в физике служит эксперимент, основное содержание которого составляют измерения. Дело в том, что непосредственно мы воспринимаем очень немногие природные явления, главным образом, механические. Для наблюдения остальных у нас нет подходящих анализаторов (органов чувств). Поэтому приходится довольствоваться показаниями измерительных приборов.

Например, предложение “Если ударить кием по бильярдному шару, то шар покатится” – продукт осмысления непосредственно наблюдаемого. Здесь все слова обозначают предметы из мира вещей. Совсем иначе приходится говорить об электрических явлениях. Например: “Поведение резистора описывают линейной связью между силой тока и напряжением”. В этом предложении только словом ”резистор” обозначают реальную вещь. “Напряжение” и “сила тока” – имена абстракций, предметов из мира идей.

Из сказанного ясно, что понимание сущности измерений и знакомство с их методами – необходимая составная часть подготовки инженера.

Измерения являются одним из важнейших путей познания природы человеком. Они дают количественную характеристику окружающего мира, раскрывая человеку действующие в природе закономерности. Д. И. Менделеев выразил значение измерений для науки следующим образом: «Наука начинается с тех пор, как начинают измерять. Точная наука немыслима без меры». Измерение является основным средством объективного познания окружающего мира.

Человек в своем стремлении познать физические объекты - объекты познания – выделяет некоторое ограниченное количество свойств, общих в качественном отношении для ряда объектов но индивидуальное в качественном отношении для каждого из них. В качественном отношении физическая величина показывает, что все объекты какой-либо группы обладают определенным свойством. В количественном отношении она показывает, насколько интенсивно конкретный объект проявляет это свойство.

Физическая величина (ФВ) – свойство материального объекта, физического явления, процесса, которое может быть охарактеризовано количественно. Физические величины, одинаковые в качественном проявлении, могут быть объединены в категории, классы. Физические величины одной такой категории называют однородными. Например, физические величины: диаметр изделия, высота, ширина, длина, расстояние между деталями однородны и принадлежат одной категории – длина.

Однородные величины имеют одинаковую размерность, но одинаковая размерность не является признаком однородности. Качественная сторона понятия «физическая величина» определяет род величины (длина как характеристика протяженности вообще, электрическое сопротивление как общее свойство проводников электричества и т.п.), а количественная – ее размер (длина конкретного предмета, сопротивление конкретного проводника).

Цель измерения – получение определенной физической величины в форме наиболе удобной для пользования. Любое измерение заключается в сравнении данной величины с некоторым ее значение, принятым за единицу сравнения. Такой подход выработан практикой измерений, исчисляемой сотнями лет. Еще великий математик Л.Эйлер утверждал: «Невозможно определить или измерить одну величину иначе как, приняв в качестве известной другую величину этого же рода и указав соотношение в котором они находятся».

При всяком измерении мы с помощью эксперимента оцениваем физическую величину в виде некоторого числа принятых для нее единиц, то есть находим ее значение. Для того, чтобы можно было установить различия в количественном содержании в каждом данном объекте свойства, отображаемого физической величиной, вводится понятие размера физической величины. Размер физической величины существует объективно, вне зависимости от того , что мы о нем знаем.

Размер физической величины – количественная определенность физической величины, присущая конкретному материальному объекту, системе, явлению или процессу.

Значение физической величины– выражение размера физической величины в виде некоторого числа принятых для нее единиц.

Единица измерения физической величины – физическая величина фиксированного размера, которой условно присвоено числовое значение, равное единице, и применяемое для количественного выражения однородных с ней физических величин.

Измерение — совокупность операций для определения отношения одной (измеряемой) величины к другой однородной величине, принятой за единицу, хранящуюся в техническом средстве (средстве измерений). Получившееся значение называется числовым значением измеряемой величины, числовое значение совместно с обозначением используемой единицы называется значением физической величины. Измерение физической величины опытным путём проводится с помощью различных средств измерений — мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей, систем, установок и т. д.

Основные признаки понятия «измерение»:

- измерять можно свойства реально существующих объектов познания, т.е. физические величины;

- измерение требует проведения опытов, т.е. теоретические рассуждения или расчеты не могут заменить эксперимент;

- для проведения опытов требуются особые технические средства – средства измерений, приводимые во взаимодействие с материальным объектом.

Результатом измерений является значение физической величины, т.е. количественная оценка измеряемой величины выражается не просто числом, а числом именованным.