Кратные и дольные единицы СИ
Различают кратные и дольные единицы физической величины [9].
Кратная единица - единица физической величины, в целое число раз большая системной или внесистемной единицы.
Дольная единица -единица физической величины, в целое число раз меньшая системной или внесистемной единицы.
Наиболее прогрессивным способом образования кратных и дольных единиц является принятая в метрической системе мер десятичная кратность между большими и меньшими единицами. В соответствии с резолюцией XI Генеральной конференции по мерам и весам десятичные кратные и дольные единицы от единиц СИ образуются путём присоединения приставок.
Например, единица длины километр равна 103 м, т.е. кратна метру, а единица длины миллиметр равна 10-3 м, т.е. является дольной. Множители и приставки для образования кратных и дольных единиц СИ приведены в табл. 1.2.
Внесистемные единицы [10] - единицы физических величин, которые не входят в принятую систему единиц. Они подразделяются на:
- допускаемые к применению наравне с единицами СИ;
- допускаемые к применению в специальных областях;
- временно допускаемые;
- устаревшие (не допускаемые).
ИЗМЕРЕНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН
Измерение физических величин заключается в сопоставлении какой-либо величины с однородной величиной, принятой за единицу.
Измерение (величины) (РМГ-29-2013):Процесс экспериментального получения одного или более значений величины,которые могут быть обоснованно приписаны величине.
Измерение подразумевает сравнение величин или включает счет объектов.
Измерение предусматривает описание величины в соответствии с предполагаемым использованием результата измерения, методику измерений и средство измерений, функционирующее в соответствии с регламентированной методикой измерений и с учетом условий измерений.
Измеряемая величина: Величина, подлежащаяизмерению.
Объект измерения: Материальный объект или явление, которые характеризуются одной или несколькими измеряемымии влияющими величинами.
1. В простейшем случае, прикладывая линейку с делениями к какой-либо детали, по сути сравнивают ее размер с единицей, хранимой линейкой, и, произведя отсчет, получают значение величины (длины, высоты, толщины и других параметров детали).
2. С помощью измерительного прибора сравнивают размер величины, преобразованной в перемещение указателя, с единицей, хранимой шкалой этого прибора, и проводят отсчет.
Следует отметить, что термин " измерение" в таком понятии значительно сокращает область его применения, так как широко применяются измерения (органолептические), основанные на использовании органов чувств человека (например, оценка спортивных выступлений в фигурном катании, гимнастике). Другими словами, термин " измерение" не ограничен нахождением значения физической величины, так как часто измеряют и нефизические величины.
Области и виды измерений
Область измерений - совокупность измерений физических 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.
В метрологии различают следующие области и виды измерений:
1.Измерение геометрических величин: длин, углов, отклонений формы поверхностей.
2.Измерение механических величин: массы, силы, прочности и пластичности, крутящих моментов.
3.Измерение параметров потока, расхода, уровня, объёма веществ.
4.Измерение давления: избыточного, атмосферного, абсолютного, вакуума.
5.Физико-химические измерения: вязкости, плотности, концентрации, влажности.
6.Теплофизические и температурные измерения.
7.Измерение времени и частоты.
8.Измерения электрических и магнитных величин на постоянном и переменном токе: силы тока, ЭДС, напряжения, мощности, сопротивления, ёмкости, индуктивности.
9.Радиоэлектронные измерения: интенсивности сигналов, параметров формы и спектра сигналов.
10.Измерения акустических величин в различных средах (воздушной, твёрдой, жидкой).
11.Оптические и оптико-физические измерения: оптической плотности, коэффициента пропускания.
12.Измерения ионизирующих излучений и ядерных констант: дозиметрических и спектральных характеристик ионизирующих излучений.
1.3.2. Классификация измерений
Измерения могут быть классифицированы по ряду признаков: по способу получения информации, по характеру изменений измеряемой величины в процессе измерений, по количеству измерительной информации, по отношению к основным единицам.
1. По способу получения информации измерения разделяют на прямые, косвенные, совокупные и совместные.
Прямые измерения - Измерение, при котором искомое значение величины получают непосредственно от средства измерений (измерения массы на весах, температуры термометром, длины с помощью линейных мер).
Косвенные измерения - Измерение, при котором искомое значение величины определяют на основании результатов прямых измерений других величин, функционально связанных с искомой величиной (определение плотности однородного тела по его массе и объёму, удельного электрического сопротивления проводника по его сопротивлению, длине и площади поперечного сечения).
Совокупные измерения -Проводимые одновременно измерения нескольких одноименных величин при которых искомые значения величин определяют путем решения системы уравнений, получаемых при измерениях этих величин в различных сочетаниях (измерения, при которых масса отдельных гирь набора находится по известной массе одной из них и по результатам прямых сравнений масс различных сочетаний гирь).
Совместные измерения - одновременные измерения двух или нескольких неодноимённых величин для нахождения зависимости между ними (проводимые одновременно измерения приращения длины образца в зависимости от изменений его температуры и определение коэффициента линейного расширения по формуле k = I / (I Δt)).
В результате измерения должны быть определены 3 величины [9]:
1) Число, выражающее отношение измеряемой физической величины к общепринятой единице измерения A= X/x,
где A - числовое значение измеряемой величины; X- измеряемая величина; х- единица измерения.
2) Погрешность результата измерения.
3) Доверительная вероятность допущенной погрешности (при обычных технических измерениях погрешность определяется с вероятностью 95%).
П р и м е р, иллюстрирующий значение доверительной вероятности. Вероятность того, что спектакль в театре состоится, составляет 95%. Люди, купившие билеты на спектакль, обычно не задумываются о небольшой вероятности (5%), что спектакль может быть отменен или не состоится по какой-либо причине. Ввиду того, что в этой ситуации вероятность отмены спектакля, равная 5%, является низкой, то зрители не задумываются, покупать билет или нет.
С другой стороны, вероятность того, что (когда вы выходите на улицу) с вами ничего плохого не случится (на голову не упадёт кирпич, вы не провалитесь в люк и т.п.), составляет 99,9999%. Вероятность обратного составляет 0,0001%, что ничтожно мало. Поэтому нормальный человек, выходя из дома, не задумывается о том, что с ним что-то может случиться. Но если предположить, что и в этом случае, как и в случае со спектаклем, вероятность благополучного похода на на Можно сказать, что доверительная вероятность допущенной погрешности зависит от важности производимых измерений (чем более важны и ответственны измерения, тем более высокая доверительная вероятность допущенной погрешности должна быть задана).
2. По характеру изменения измеряемой величины в процессе измерений бывают статистические, динамические и статические измерения.
Статистические измерения связаны с определением характеристик случайных процессов, звуковых сигналов, уровня шумов и т.д.
Статические Измерение величины, принимаемой в соответствии с конкретной измерительной задачей за неизменную на протяжении времени измерения.
Динамические Измерение, при котором средства измерений используют в динамическом режиме (т.е. измеряемые величины в процессе измерений претерпевают те или иные изменения).
Статические и динамические измерения в идеальном виде на практике редки.
3. По количеству измерительной информации различают однократные и многократные измерения.
Однократное измерение - это одно измерение одной величины, т.е. число измерений равно числу измеряемых величин.
Практическое применение такого вида измерений всегда приводит к большим погрешностям, поэтому следует проводить не менее трёх однократных измерений и находить конечный результат как среднее арифметическое значение.
Многократное измерение- измерение физической величины одного и того же размера, результат которого получен из нескольких следующих друг за другом измерений, т.е. состоящее из ряда однократных измерений. Преимущество многократных измерений - в значительном снижении влияний случайных факторов на погрешность измерения. Характеризуются превышением числа измерений количества измеряемых величин. Обычно минимальное число измерений больше трёх.
Шкалы измерений
Шкала физической величины - это упорядоченная совокупность значений физической величины, служащая исходной основой для измерений данной величины.
Пример - Международная температурная шкала, состоящая из ряда реперных точек, значения которых приняты по соглашению между странами Метрической Конвенции и установлены на основании точных измерений, предназначена служить исходной основой для измерений температуры.
Различают следующие 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 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, упорядоченные по возрастанию или убыванию оцениваемого свойства, т.е. позволяют установить отношение больше/меньше между величинами, характеризующими это свойство. В этих шкалах отсутствует единица измерения, так как невозможно установить, в какое число раз больше или меньше проявляется свойство величины. Пример: шкалы измерения твёрдости, баллов силы ветра, землетрясений.
- Шкалы интервалов (разностей)описывают свойства величин не только с помощью отношений эквивалентности и порядка, но также и с применением отношений суммирования и пропорциональности интервалов (разностей) между количественными проявлениями свойства. Эти шкалы могут иметь условную нулевую точку. Пример: летоисчисление по различным календарям, температурные шкалы (Цельсия, Фаренгейта, Реомюра).
- Шкалы отношений описывают свойства величин, для множества количественных проявлений которых применимы логические отношения эквивалентности, порядка и пропорциональности, а для некоторых шкал также отношение суммирования. В шкалах отношений существует естественный нуль и по согласованию устанавливается единица измерения. Пример: шкала массы, шкала термодинамической температуры Кельвина.
- Абсолютные шкалыкроме всех признаков шкал отношений обладают дополнительным признаком: в них присутствует однозначное определение единицы измерения. Такие шкалы присущи таким относительным единицам, как коэффициенты усиления, ослабления, полезного действия и т.д.
- Условные шкалы - шкалы величин, в которых не определена единица измерения. К ним относятся шкалы наименований и порядка.
1.3.4. Характеристики качества измерений
Качество измерений характеризуется точностью, достоверностью, правильностью, сходимостью и воспроизводимостью, а также размером допускаемых погрешностей.
Точность измерений – Близость измеренного значения к истинному значению измеряемой величины (характеристика качества измерения, отражающая близость к нулю погрешности результата измерения).
Достоверность измерений определяется степенью доверия к результату измерения и характеризуется вероятностью того, что истинное значение измеряемой величины находится в указанных пределах. Данная вероятность называется доверительной.
Правильность измерений - хар-ка измерений, отражающая близость к нулю систематической погрешности измерений.
Прецизионность результата измерений - близость между показаниями или измеренными значениями величины, полученными при повторных измерениях для одного и того же или аналогичных объектов при заданных условиях. Отражает влияние случайных погрешностей на результат измерения.
Сходимость (повторяемость) измерений: прецизионность измерений в условиях повторяемости измерений.
Воспроизводимость результатов измерений - характеристика качества измерений, отражающая близость друг к другу результатов измерений одной и той же величины, полученных в разных местах, разными методами и средствами измерений, разными операторами, но приведённых к одним и тем же условиям.