Обобщенные свойства шкал измерений физических величин

Свойства	Шкала порядка	Шкала интервалов	Шкала отношений
Реализуемый способ сравнения	Qi>Qj, Qi<Qj ,		,
	- изменяемая величина; - величина с которой производят сравнение; [Q] – единица измерения, q – числовое значение
Результат измерения	ранжированный ряд	разность	числовое значение (размер)
Начало отсчета	нет	условный ноль	естественное начало отсчета
Математические операции	не разрешены; разрешены логические операции	определены аддитивные операции; мультипликативные – не разрешены	все математические операции разрешены
Примеры	шкалы интенсивности землетрясения, твердости минералов, чувствительности фотопленок	шкала времени, температурные шкалы Цельсия, Фаренгейта	относительные шкалы скорости, напряжения, температурная Кельвина и др.

4. Виды и методы измерений

Термином «измерение» чаще называют процедуру инструментального определения значений абсолютных или удельных (относительных) численных характеристик отдельных свойств.

Измерение физической величины – познавательный процесс, при котором путем физического эксперимента данная физическая величина (ФВ) сравнивается с известной ФВ, принятой за единицу.

Процесс измерения состоит, с одной стороны, из восприятия и отображения физической величины, а с другой стороны, из нормирования, т.е. присвоения измеряемой величине определенной числового значения. При этом должны быть соблюдены два условия:

• подлежащая измерению физическая величина однозначно определяема;

• единица измерения установлена соглашением.

Физические величины (ФВ) подразделяют на измеряемые и оценивае­мые. Измеряемые физические величины могут быть выражены количест­венно в виде определенного числа установленных единиц измерения. С этими величинами могут быть произведены математические операции сложе­ния (вычитания), умножения (деления) в зависимости от типа шкалы (см. выше). Результат измерения – числовое значение физической величины, полученное путем её измерения. Результат представляется именованным или неименованным числом.

Физические величины, для которых по тем или иным причинам не может быть введена единица измерения, могут быть только оценены. Оценивание – операция приписывания данной физической величине определенного числа, проводимая по установленным правилам. Оценивание величин осуществляется при помощи шкалы порядка.

Для измеряемой ФВ значение её размера Q получают в результате измерения и вычисления в соответствии с основным уравнением измерения (по шкале отношений): Q =q[Q], где q – числовое значение ФВ (в принятых единицах),

[Q] – единица ФВ (измерение производится в этих единицах).

Получение информации о размере физических (или нефизических) вели­чин, характеризующих свойства объекта, является содержанием любого измерения.

Цель любого измерения – в получении информации об истинном значе­нии измеряемой величины. Однако при измерении полностью объективное и абсолютное истинное значение измеряемой величины получить нельзя, так как размер измеряемого всегда содержит элемент неопределенности и по­этому остается неизвестным. Поэтому задача измерения состоит не в опреде­лении абсолютно истинного значения измеряемой величины, а в том, чтобы узнать о нем, получить о нем достоверную информацию, оценить ее и выразить в той или иной приемлемой форме.

Обычно экспериментальным путем в результате точных измерений получают значение определяемой величины, близкое к истинному, и называют его действительным значением измеренной величины. Действительное значение измеряемой величины получено экспериментальным путем с помощью высокоточных средств измерений, оно близко к истинному и при расчетах погрешностей может использоваться вместо него.

Все виды измерений разделяются по приемам получения результата на группы: прямые, косвенные, совокупные и совместные.

Прямыми называются измерения, результат которых получается непо­средственно из опытных данных. Например, измерения температуры воздуха термометром, силы электрического тока амперметром, промежутка времени секундомером – это прямые измерения. Прямые измерения лежат в основе других, более сложных, видов измерений.

Косвенными называются измерения, при которых искомая величина непосредственно не может быть измерена, а её значение находят на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, полученными в результате прямых измерений. Простейшим примером косвенного измерения служит определение объема тела по результатам прямых измерений его линейных размеров. Результатом косвенного измерения является, например, сопротивление резистора R, которое находится из уравнения R= U/I , в которое подставляют полученные прямыми измерениями значения падения напряжения на резисторе U и силы тока I через него.

Совокупные измерения – это проводимые одновременно измерения не­скольких одноименных величин, при которых их искомые значения находят решением системы уравнений, составленных по результатам прямых измерений различных сочетаний этих величин. При этом искомое значение физической величины получают путем сравнения (сопоставления) измеряемых величин с известной величиной. Совокупные измерения используются, например, при определении неизвестной емкости по известной емкости одного из конденсаторов и по результатам измерений различных сочетаний емкостей.

Совместные измерения – одновременные измерения двух или нескольких неодноименных величин для установления зависимости между ними. Например, на основании двух одновременных измерений (температуры и размера) определяют коэффициент линейного расширения твердого тела. Другим примером совместных измерений может служить нахождение коэффициентов, определяющих температурную зависимость сопротивления (ТКС) проводников.

По характеру зависимости измеряемой величины от времени методы измерения подразделяются на статические (измеряемая величина принимается за неизменную в течение времени измерения) и динамические (измеряемая величина является непостоянной в течении времени измерения, по ходу измерения требуется фиксация моментов времени).

По способу выражения результатов измерений измерения делят на абсолютные и относительные измерения.

Абсолютные измерения основаны на прямых измерениях величины. Абсолютное, или фундаментальное, измерение – это прямое измерение одного или нескольких физических размеров свойств с использованием основных натуральных единиц измерений и (или) значений физических констант. Например, определение веса тела путем умножения значения массы на физическую константу g (ускорение свободного падения) является абсолютным измерением.

Относительные измерения базируются на сравнении величины с одноименной, принятой за единицу. При этом искомое значение зависит от используемой единицы измерений.

Статистические измерения используются для набора статистики, они связаны с определением характеристик случайных процессов.

Равноточные измерения – измерения с одинаковой точностью определения измеряемой величины, выполняемые одинаковыми по точности средствами измерений в одних и тех же условиях.

Неравноточные измерения – это ряд измерений какого-либо размера, выполненных различными по точности средствами измерений и (или) в разных условиях.

Однократное измерение – измерение, выполненное один раз. Измерения, выполненные 2 или 3 раза, также относятся к однократным.

Многократное измерение – измерение одного и того же размера, резуль­тат которого получают из нескольких последовательных измерений (не менее 4-х), т.е. это измерение, состоящее из ряда однократных измерений. При чис­ле измерений (наблюдений) не менее четырех результат может быть обработан методами математической статистики.

Физико-технические и технические измерения – измерения при исполь­зовании единиц физических величин. К таким измерениям относятся: механические, электрические, оптические, тепловые и тр.

Метрологические измерения – измерения с помощью рабочих эталонов единиц физических величин для передачи их размера рабочим средствам измерений, а также поверочные измерения для определения погрешностей средств измерений. Эти измерения осуществляются для измерительных же целей, т.е. являются метрологическими.

Абсолютное, или фундаментальное, измерение – это прямое измерение одного или нескольких физических размеров свойств с использованием основных натуральных единиц измерений и (или) значений физических констант.

Относительное измерение – измерение отношения измеряемой вели­чины к одноименной величине, играющей роль единицы измерения, или измерения величины по отношению к одноименной величине, принимаемой за исходную (эталонную, базовую).