Основы теории измерений
Предметами познания являются объекты, свойства и явления окружающего нас мира. Окружающее нас пространство – это объект, а его свойство – протяжённость можно характеризовать разными способами. Т.е. пространство многомерно, и для его полного описания нужны такие меры, как длина, площадь, объём, угол.
Любые явления в реальном мире имеют длительность, которая качественно отличается от пространственной протяжённости. Мерой длительности является время.
Мерой инертности тела является масса. Инертность – это свойство тел сохранять состояние покоя или равномерного прямолинейного движения без внешнего воздействия. Мерой нагретости тел служит термодинамическая температура.
К физическим величинам относятся: длина, время, температура, масса, плоский и телесный угол, сила, давление, скорость, ускорение, сила тока, напряжение и др.
Измерением называют совокупность операций, выполняемых техническим средством, хранящим единицу величины и позволяющим сопоставить с нею измеряемую величину.
Измерение – это познавательный процесс, цель его – получение значения физической величины (ФВ) в форме, удобной для пользователя. Значение физической величины определяется опытным путем, поэтому оно содержит погрешности измерений. В связи с этим сформулирован основной постулат метрологии - всякое измерение случайно.
Погрешность - отклонение результатов измерения от истинного (действительного) значения измеряемой величины, при этом следует иметь в виду, что истинное значение физической величины считается неизвестным и применяется в теоретических исследованиях. Действительное значение физической величины устанавливается экспериментальным путём и предполагается, что результат максимально приближается к истинному значению с повышением точности измерений. Действительное значение - это значение величины, найденное с допустимой для определенной цели погрешностью.
Абсолютная погрешность - погрешность измерения, выражаемая в единицах измеряемой величины:
∆Х = Х изм - Х ист,
где Х изм - значение, полученное при измерении;
Х ист - истинное значение измеряемой величины.
Более полно качество измерений характеризуется относительной погрешностью l, равной отношению абсолютной погрешности к действительному или измеренному значению величины, выраженному в процентах:
l = 
* 100%
Погрешности измерений приводятся в технической документации на средства измерений или в нормативных документах. Погрешность зависит от
- условий измерения,
- условий эксперимента,
- ошибки методики,
- субъективных факторов человека, участвующего в измерениях.
Поэтому говорят о суммарной погрешности, то есть о нескольких составляющих погрешности измерений.
Измерения характеризуются четырьмя состояниями:
1) Достоверность измерений говорит о том, что погрешность не выходит за заданные пределы в соответствии с поставленной целью измерений.
2) Точность измерений характеризует степень приближения погрешности измерения к нулю, то есть к истинному значению измеряемой величины.
3) Сходимость – это близость результатов двух измерений, полученных одним методом, одними средствами измерений в одних и тех же условиях.
4) Воспроизводимость - оба результата измерений получены в разныхусловиях.
Обобщает все эти положения современное определение понятия единства измерений – состояние измерений, при котором их результаты выражены в узаконенных единицах, а погрешности известны с заданной вероятностью и не выходят за установленные пределы.
Характеристики измеряемых величин
Получение сведений о количественных характеристиках объектов является задачей метрологии.
К физическим величинам относятся: температура, влажность, давление, масса, перемещение и др. Для измерения изменений этих величин используют различные средства измерений.
Измерение какой-либо физической величины заключается в экспериментальном определении ее значения посредством сравнения с некоторым значением этой величины принятым за единицу. Результат измерения выражают уравнением, которое называется основным уравнением измерений:
Q = q [Q]
где Q - значение ФВ
q - количественная характеристика измеряемой величины – размер
[Q] - качественная характеристика измеряемой величины - размерность
Объектами измерений являются не только физические величины, но и нефизические. В экономике это так называемые экономические показатели, в квалиметрии - показатели качества и т.д. Количественные методы исследований на основе измерительной информации стали применяться в биологии, психологии, спорте, искусстве, медицине, социологии и др.
Одна из главных задач метрологии – обеспечение единства измерений, решается при соблюдении двух условий: выражение результатов измерений в единых узаконенных единицах;
- установление допустимых погрешностей результатов измерений и пределов, за которые они не должны выходить при заданной вероятности.
Контрольные вопросы
1 Назовите объекты измерений.
2 Какие факторы влияют на результаты измерений?
3 количественные и качественные характеристики измеряемых величин.
4 Уравнение измерений.
5 Факторы, влияющие на результаты измерений.
6 Погрешности. Определение.
7 Классификация погрешностей.
8 Причины возникновения погрешностей, и пути их устранения при однократных и многократных измерениях.
9 Правило «трех сигм» и границы погрешности результата измерений.