Автор работы: Пользователь скрыл имя, 22 Ноября 2013 в 17:56, лекция
Процесс познания в обобщенном виде можно представит себе как определенное исследование, заканчивающееся получением качественной или количественной информации (рис. 1). Количественная информация связана с метрологией.
Слово "метрология" в переводе с греческого обозначает учение о мерах; под мерой принято понимать вещественное воспроизведение единицы измерений.
Измерение - процесс эмпирический и реализуется только при наличии единицы величины, т.е. величины фиксированного размера, применяемой для количественного выражения однородных величин.
Третья группа величин характеризуется тем, что на множестве их размеров (кроме указанных отношений порядка и эквивалентности, свойственных величинам второй группы) возможно выполнение операций, подобных сложению или вычитанию (свойство аддитивности). К величинам третьей группы относится значительное число физических величин, например, длина, масса. Так, два тела массой каждое 0,5 кг, поставленные на одну из чашек равноплечных весов, уравновешиваются гирей массой 1 кг, помещенной на другую чашку.
1.3 Шкалы измерений
Основное уравнение измерений X = q[X], где q - числовое значение величины X, полученное с учетом очевидных соображений, может быть также получено с помощью аксиом, подобных аксиомам классической геометрии, при пользовании линейности измерительного преобразования величин третьей группы. Использование основного уравнения позволяет доказать, что числовые значение для величин третьей группы единственны до преобразования подобия. Действительно, для единиц измерения [Х]1 и [Х]2 одной и той же величины третьей группы ее числовые значения составляют
, а соотношение между ними
где k1,2 - отвлеченное число, на которое необходимо умножить числовое значение для одной из единиц для получения числового значения другой.
Для некоторой величины второй группы, с учетом существования отношения порядка (эквивалентности) разностей размеров, нетрудно записать основное уравнение измерений в виде
где - разность размеров величины X, - числовое значение разности размеров .
Упорядоченная совокупность значений физической величины, служащая основой для измерений данной величины, называется шкалой физической величины. В соответствии с уравнением (3) значение величины Х0 принимается за начало отсчета, значение Х1 может быть сверху ограничено тем, что при дальнейшем увеличении Х измерительное преобразование утратит линейность. Часто Х1 и Х0 называются опорными (реперными) значениями величины в рассматриваемом интервале значений. При этом разность размеров величины Х называется основным интервалом шкалы. Некоторая доля основного интервала принимается за единицу шкалы. Шкала величин третьей группы совпадает со шкалой величин второй группы в случае Х0=0 (измерения длины, массы, термодинамической температуры).
Все виды шкал измерений обычно разделяются на следующие.
Шкалы наименований характеризуются только отношением эквивалентности и различных качественных проявлений свойства. Эти шкалы не имеют нуля и единицы измерений, в них отсутствуют отношения сопоставления типа «больше- меньше". Пример шкал наименований: шкалы цветов, представляемые в виде атласов цветов. При этом процесс измерений заключается в достижении (обычно при визуальном наблюдении) эквивалентности испытуемого образца с одним из эталонных образцов, входящих в атлас цветов.
Шкалы порядка свойства величин описывают как отношением эквивалентности, так и отношением порядка по возрастанию или убыванию количественного проявления свойства. Эти шкалы могут в ряде случаев иметь нуль (нулевую отметку), но принципиальным для них является отсутствие единицы измерения, поскольку невозможно установить, в какое число раз больше или меньше проявляется свойство величины. Примеры шкал порядка будут рассмотрены дальше (шкалы чисел твердости, баллов силы ветра, землетрясений).
Шкалы интервалов (разностей) описывают свойства величин не только с помощью отношений эквивалентности и порядка, но также и с применением суммирования и пропорциональности интервалов (разностей) между количественными проявлениями свойства. Шкалы разностей могут иметь условные нули-реперы и единицы измерений, установленные по согласованию. Так, по шкале интервалов времени их можно суммировать (вычитать) и сравнивать, во сколько раз один интервал больше (меньше) другого. В дальнейшем будут рассмотрены шкалы всемирного, эфемеридного, атомного времени. Следует иметь в виду, что характеристику шкалы интервалов времени в полной мере применимы не для слишком удаленных участков шкалы (например, для участков, удаленных не более чем на вековые промежутки). Шкала длин также является шкалой интервалов (разностей).
Шкалы отношений вписывают свойства величин, для множеств 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. Примерами шкалы отношений являются шкалы массы и термодинамической температуры.
Абсолютные шкалы, кроме всех признаков шкал отношений, обладают дополнительным признаков в них естественно, однозначно присутствует определение единицы измерения. Абсолютные шкалы присущи относительным единицам таким, как коэффициенты усиления, ослабления, амплитудной модуляции и нелинейных искажений в электронных системах, полезного действия и др. Ряду абсолютных шкал, например, коэффициентов полезного действия присущи границы, заключенные между нулем и единицей.
Условные шкалы - шкалы величин, в которых не определена единица измерения, называются условными. К ним относятся шкалы наименований и порядка. Шкалы интервалов, отношений и абсолютные называются обычно метрическими (физическими). Условные шкалы иногда называются неметрическими. Как говорилось, подобное расширение применения шкал измерений, в принципе, естественное, выходит за рамки обычного понимания метрологии в смысле ориентированности на измерения физических величин.