1.4 Шкалы измерений

Шкала измерений – это упорядоченная совокупность значений физической величины, которая служит основой для измерения этой величины.

Существует несколько видов шкал.

Шкала наименований – характеризуется качественным проявлением свойства объекта, она не имеет нуля и единицы измерения, в ней отсутствуют сопоставления типа «больше – меньше». Примером может служить атлас цветов (шкала цветов). Процесс измерения заключается в визуальном сопоставлении окрашенного предмета с образцами цветов. Такая задача под силу, только опытному эксперту, который обладает не только практическим опытом, но и особыми зрительными возможностями.

Шкала порядка – характеризует значение измеряемой величины в баллах (шкала землетрясений, шкала твердости, силы ветра и т.п.).

Шкала интервалов (разностей) – имеет условное нулевое значение и единицы измерения (интервалы), устанавливаемые по согласованию. К таким шкалам относятся: шкала времени и шкала длины.

Шкала отношений – имеет естественное нулевое значение и единицу измерения, устанавливаемую по согласованию. Например, шкала массы, начинаясь от «нуля», может быть градуирована по разному, в зависимости от требуемой точности взвешивания.

1.5 Виды измерений физических величин

Измерения различают:

По характеристике точности – равноточные, неравноточные.

Равноточные измерения – ряд измерений какой-либо величины, выполненных одинаковыми по точности средствами измерений в одних и тех же условиях. Результаты таких измерений, как правило, рассматриваются как величины, распределенные по одному и тому же закону.

Неравноточные измерения - ряд измерений какой-либо величины, выполненных различными операторами, с применением различных средств измерений и (или) в разных условиях.

По количеству измерительной информации – однократные, многократные.

Однократные измерения – измерение, выполненное один раз. Например, измерение конкретного момента времени по часам. Во многих областях производственной деятельности выполняются только однократные измерения. В обычных условиях их точность вполне приемлема, а простота, высокая производительность и низкая стоимость, ставят их вне конкуренции. Однако, при использовании этого вида измерений, велика возможность грубой ошибки – промаха. Поэтому рекомендуется выполнять не менее двух – трех измерений.

Многократные измерения– измерение, состоящее из ряда однократных измерений. Обычно минимальное число измерений в данном случае больше трех. Преимуществом многократных измерений является снижение влияний случайных факторов на погрешность измерения. Такие измерения характерны для профессиональной метрологической деятельности и выполняются в основном сотрудниками государственных и ведомственных метрологических служб, а также при тонких научных экспериментах. Это сложные, трудоемкие и дорогостоящие измерения, целесообразность которых должна всегда обосновываться.

По характеру изменений измеряемой величины в процессе измерений – статические, динамические.

Статические измерения имеют место тогда, когда измеряемая величина практически постоянна. Например, измерение длины детали при нормальной температуре, измерение размеров земельного участка.

Динамические измерения связаны с такими величинами, которые в процессе измерений претерпевают какие-либо изменения (пульсирующие давления, вибрация и т.п.).

По выражению результата измерений – абсолютные, относительные.

Абсолютными измерениями называют такие, при которых используются прямое измерение одной (иногда нескольких) основной величины и физическая константа. Например, измерение энергии E = mc² по формуле является абсолютным измерением (масса относится к основным величинам, которая может быть измерена прямым путем (взвешиванием), а скорость света является физической константой), определение длины в метрах, силы тока в амперах и т.п.

Относительные измерения базируются на установлении отношения измеряемой величины к одноименной, применяемой в качестве единицы. Естественно, что искомое значение зависит от используемой единицы измерения. Например, измерение относительной влажности воздуха.

По общим приемам получения результатов измерений – прямые, косвенные, совместные, совокупные.

Прямые измерения – измерения, при которых искомое значение физической величины получается непосредственно из опытных данных. Например, при измерении длины предмета линейкой, массы – при помощи весов, температуры – при помощи термометра и т.п.

Косвенные измерения отличаются от прямых тем, что измеряют не определяемую величину, а другие величины, функционально с нею связанные. Так, если измерить силу тока амперметром, а напряжение вольтметром, то по известной взаимосвязи этих величин можно рассчитать мощность электрической цепи (P = UI).

Совокупные измерения – проводимые одновременно измерения нескольких одноименных величин, при которых их искомые значения находят решением системы уравнений, получаемых при прямых измерениях различных сочетаний этих величин. В качестве примера можно рассмотреть один из методов определения взаимоиндуктивности между двумя катушками. Имеются катушки с индуктивностями L₁ и L₂. Для получения исходного результата сначала катушки соединяют так, чтобы их магнитные поля складывались, при этом общая индуктивность L₀₁ = L₁ + L₂ +2M, где М - взаимоиндуктивность между катушками. Затем, катушки соединяют так, чтобы их магнитные поля вычитались. В этом случае общая индуктивность L₀₂ = L₁ + L₂ - 2M. Значения L₀₁ и L₀₂ получают с помощью прямых измерений. Решение системы уравнений позволяет найти искомую величину М, измеряемую в генри, М = (L₀₁ - L₀₂)/4.

Совместные измерения - это измерения двух и более неоднородных физических величин для определения зависимости между ними. Например, на основании ряда одновременных измерений приращений длины Δl образца в зависимости от изменений его температуры Δt определяют коэффициент k линейного расширения образца k = Δl/(l·Δt). В данном случае приходится измерять неоднородные физические величины.

По признаку измеряемой величины – на измерения геометрических, механических величин, параметров потока, расхода уровня, объема вещества, давления, времени, частоты, температуры и других , установленных МИ 2222-92 «ГСИ. Виды измерений. Классификация».