Основной постулат метрологии
При подготовке и проведении измерений проводят ряд мероприятий, направленных на достижение степени влияния различных факторов на результат измерения.
На первом этапе (подготовка к измерениям) стремятся защитить средства измерения от внешних воздействий. Обычно частично или прибора в целом устанавливаются с помощью специальных амортизаторов для снижения влияния механических факторов. Для защиты от электромагнитных полей применяют экранирование. Для термостабилизации применяют термостаты, в которых помещены отдельные элементы или прибор в целом.
На 2-м этапе (проведения измерений) применяются способы, с помощью которых компенсируют влияние факторов. Для этого создаются корректирующие цепи.
На 3-м этапе при обработке результатов измерения переходят к многократным измерениям, тем самым снижают влияние внешних факторов, а путём анализа закономерно влияющих факторов рассчитывают и вносят поправки в результат измерений. Так борются с систематическими погрешностями. Тем не менее, полностью исключить или скомпенсировать влияние всего комплекса факторов принципиально не возможно. Отсюда вытекает основной постулат метрологии: Результат измерения есть всегда случайная величина.
Следствия:
· Результат измерения всегда содержит погрешность.
· Погрешность в измерениях всегда присутствует в результате и является случайной.
· Случайная погрешность измерения может содержать или не содержать систематическую составляющую погрешности. Систематическая погрешность – это составляющая погрешности, которая при повторных измерениях одной и той же величины остаётся неизменной или изменяется по какой-либо функциональной зависимости
Систематические погрешности бывают:
· Постоянные (аддитивные)
· Прогрессивные
· Периодическими
· Изменяющиеся по сложному закону
Случайная составляющая погрешности при повторных измерениях одной и той же величины изменяется случайным образом
· Поскольку результат измерений является случайным, то представить его одним числом не возможно
· Любые математические действия с результатом измерения должны проводиться по правилом действий со случайными величинами.
47. Уравнения и шкалы измерений, их определения, применение.
Как отмечалось ранее, основной постулат метрологии гласит: «Любой отсчет является случайным». Это обусловлено тем, что любое средство измерений в качестве одной из НМХ имеет погрешность, в том числе со случайной составляющей. На возникновение погрешностей влияет множество факторов, поэтому результат любого измерения является случайным числом. На этом постулате и основывается математическая база метрологии.
Шкала измерений - качественная и количественная оценка физической величины с учетом логических отношений, существующих между элементами множества различных проявлений свойства в конкретных объектах.
Назначением шкалы измерений служит упорядочение совокупности значений физической величины.
Любая шкала измерений имеет начальную (х0) и конечную (х1) точки отсчета, называемые опорными, или реперными, значениями величины. Разность размеров между опорными значениями (х1) - называется основным интервалом шкалы. Некоторая доля основного интервала принимается за единицу шкалы.
В зависимости от характера оценки различают несколько видов шкал (рис. 2.8).
Шкала наименований - качественная оценка физической величины конкретных объектов. Поскольку данная шкала предназначена лишь для качественной оценки одноименных или разноименных физических величин, у нее отсутствуют ноль, единицы измерения, а зачастую и реперные (опорные) точки, интервал шкалы. Примером шкал наименований одной физической величины может служить атлас (шкала) цветов, а разноименных физических величин - шкала наименований в любой системе физических величин, в том числе в СИ.
Шкала порядка - количественная оценка физической величины путем ранжирования ее значений в возрастающем или убывающем порядке. Примером шкалы порядка могут служить шкалы баллов силы ветра, землетрясений. По такой шкале определяется сорт муки, пива, бумаги, твердость минералов, чувствительность пленок и др.
Ранжирование - операция расстановки размеров измеряемых величин в убывающем или возрастающем порядке. При ранжировании отдельные точки можно зафиксировать на шкале в качестве реперных, присваивая им условные единицы (баллы, ранги и т.п.). Принципиальным отличием этой шкалы от последующих шкал, имеющих количественные оценки, является отсутствие единиц измерения, так как невозможно установить, в какое количество раз больше или меньше проявляется свойство величины.
Недостатком шкал порядка является неопределенность интервалов между реперньими точками. Так, при определении сорта муки к высшему относят муку чисто белого цвета, к первому - светло-серую, а ко второму - серую, но иногда трудно выявить разницу между сортами.
Шкала интервалов (разностей) физических величин с применением и пропорциональности интервалов имеют нули-реперы и единицы измерений, установленные по согласованию. С помощью таких шкал можно определить, на сколько физические величины одного объекта больше или меньше другого. Например, длина объекта А больше длины объекта Б на 2 м, но меньше В на 1 м. Типичными шкалами интервалов являются шкалы длин и времени. В шкале интервалов применяется только один масштаб измерений, а начало отсчета выбрано произвольно.
Шкала отношений - количественная оценка физических величин путем применения логических отношений эквивалентности, порядка и пропорциональности, а для некоторых шкал и отношения суммирования. В шкалах отношений существует естественный ноль и по согласованию устанавливается единица измерений. С помощью этих шкал можно определенно установить, во сколько раз физических величин одного объекта больше или меньше другого. Например, масса объекта А больше массива объекта Б в 2 раза. Типичными шкалами отношений являются шкалы массы и термодинамической температуры, а также шкалы балльной оценки (например, сыров, масла, вин).
Наибольшее количество действий можно выполнить по шкале.
Шкала отношений более совершенна, чем шкала интервалов. У нее есть абсолютные начальные точки, а размер интервалов может быть представлен по-разному. Так, при измерении температуры за начало отсчета принят абсолютный ноль, при котором прекращается тепловое движение молекул. Второй реперной точкой является температура таяния льда (0 °С), а третьей - температура кипения воды (100 °С).