Вимірювання і метрологічні характеристики.

Забезпечення єдності вимірів

 

Виміри дають можливість усвідомити стан речей, дати їм характеристику, зробити порівняння, а на кінцевому етапі при­йняти рішення (тобто покращити ситуацію).

Вимірювання та використання їх результатів здійснюються згідно Закону про метрологію та метрологічну діяльність (стаття 10). Вимі­рювання у сфері поширення державного метрологічного нагляду мо­жуть виконуватися вимірювальними лабораторіями за умови їх акре­дитації на право виконання вимірювань. Вимірювання, що здійсню­ються у сфері поширення державного метрологічного нагляду, мають виконуватися згідно з атестованими методиками виконання вимірю­вань. Результати вимірювань можуть бути використані за умови, якщо відомі відповідні характеристики похибок вимірювань. При виконанні вимірювань важливо мати інформацію про фізичні величини, їх харак­теристики, одиниці вимірювань та забезпечити єдність вимірів.

 

Фізичні величини

 

Людина у своєму прагненні пізнати фізичні об'єкти - об'єкти пі­знання - виділяє деяку відокремлену кількість властивостей, загальних у якісному відношенні для ряду об'єктів, але індивідуальних для кож­ного з них в кількісному відношенні. Такі властивості отримали назву фізичних величин (ФВ).

Фізичні величини розрізняють в якісному і кількісному відношен­ні. Якісна сторона - визначає вид величини (довжина, маса, теплоєм­кість, вологість, тиск, температура тощо), а кількісна її розмір.

Фізична величина - властивість, спільна в якісному від­ношенні для багатьох фізичних об'єктів і індивідуальна в кі­лькісному відношенні для кожного з них.

Розмір фізичної величини - кількісний склад властивос­ті в даному об 'єкті. Розмір фізичної величини існує об'єктивно, незалежно від того, що ми знаємо про неї. Фізичні величини, як і об'єкти, яким вони прита­манні, існують у часі і просторі. Тому загалом їх розміри, а у вектор­них величинах і напрямки, є функціями часу і координат простору. Якщо розміри скалярних, або розміри і напрямки векторних величин не змінюються то вони звуться сталими (незмінними), якщо зміню­ються, то - змінними величинами.

Значення ФВ - це кількісна оцінка вимірюваної величини, повинна бути не тільки числом, а числом іменованим. Результат вимірювання повинен бути відображений у визначених одиницях, прийнятих для даної величини. Фізичну величину, якій за визначенням привласнено числове значення, яке дорівнює одиниці, прийнято називати одиницею фізичної величини. Таким чином, зна­чення фізичної величини це її оцінка у вигляді деякого числа. Напри­клад, маса 101 кг, довжина 91м тощо.

В метрології розрізняють істинне (шукане) і дійсне значення фізи­чних величин. Істинне значення фізичної величини, яке ідеальним чи­ном відображає в якісному і кількісному відношенні відповідну влас­тивість об'єкту, повинно бути вільне від похибок вимірювань. Так як усі фізичні величини знаходяться експериментальним або дослідним шляхом і їх значенню притаманні помилки вимірювань, то істинне значення фізичних величин залишається невідомим.

Значення фізичних величин, що знайдене експериментальним або дослідним шляхом і настільки наближене до істинного значення, що для визначеної мети може бути використано замість нього, носить на­зву дійсного значення фізичних величин. При експериментальних або дослідних вимірюваннях значення фізичних величин, знайдене з допу­стимою по технічним вимогам похибкою, приймається за дійсне зна­чення.

Фізичні величини в залежності від множини розмірів, які вони мо­жуть мати при вимірюваннях у обмеженому діапазоні, діляться на ана­логові (безперервні) та дискретні (квантовані по рівню). Аналогова величина може мати у заданому діапазоні нескінченну множену розмі­рів (така величина практично не змінюється у часі, а якщо змінюється то дуже повільно). Дискретна величина має у заданому діапазоні тіль­ки лічену множину розмірів. Фізична величина, яка перебуває у причинно-наслідкових зв'язках з іншими величинами, є їх функцією, в тому числі функцією часу. Функція часу - це процес, тобто послідовна в часі зміна розміру величини, а також величина окремий випадок процесу.

Якщо значення величини можна заздалегідь точно передбачити на підставі причинно-наслідкових зв'язків з іншими величинами то її на­зивають детермінованою. Коли значення величини ніякому передба­ченню не піддається, то вона - індетермінована.

Проміжне місце займають випадкові величини, частина причинно-наслідкових зв'язків яких з іншими величинами відома, а частина не відома. Тому випадкова величина має дві складові - детерміновану та індетерміновану. Щодо вимірювань, теоретично всі величини можна трактувати як випадкові з різним співвідношенням між детермінова­ною і індетермінованою складовими. Практично, якщо детермінована складова велика, а індетермінована менша від допустимої похибки, з якою треба знайти значення даної величини, то ця величина трактуєть­ся як детермінована і навпаки. Таким чином, чим менша допустима похибка визначення значення величини, тим більш треба враховувати її характер - поділ на детерміновану та індетерміновану складові, тоб­то розглядати величину як випадкову.

На підставі викладеного видно, що вимірювана величина і тим більш результат вимірювань, одержаний з похибкою (дійсне значення), і самі похибки повинні трактуватися як випадкові величини.

Основні визначення:

Дійсне значення - це значення фізичної величини, знайдене екс­периментальним шляхом і настільки наближене до істинного значення, що з певною метою може бути використане замість нього. Це значення змінюється залежно від необхідної точності вимірювань. При техніч­них вимірюваннях значення фізичної величини, знайдене з допусти­мою похибкою, приймається за дійсне значення.

Істинне значення фізичної величини - це значення, яке ідеально віддзеркалює властивості даного об'єкта як в кількісному, так і в якіс­ному відношенні. Воно не залежить від засобів нашого пізнання і є тією абсолютною істиною, до якої ми прагнемо і хочемо записати її у вигляді числового значення.

Одиниця фізичної величини - фізична величина, значення якої рі­вне одиниці.

За характером взаємозалежності фізичні величини поділяються на основні і похідні. Наприклад - Міжнародна система СІ (7 основних, 2 додаткових та багато видів похідних одиниць).

Основна фізична величина - це фізична величина, що входить у систему і умовно прийнята за незалежну від інших величин цієї систе­ми (наприклад: маса - 1 кг., довжина - 1 м.).

Похідна фізична величина - це фізична величина, що входить у систему і визначається через основні величини цієї системи (напри­клад: прискорення, м/с).

За особливістю додавання фізичні величини поділяють на - адити­вні, неадитивні.

Адитивні величини додаються (наприклад, маси тіл). Неадитивні, які не додаються (наприклад, щільність, яка вимірю­ється шляхом інших вимірів).

За наявністю або відсутністю розмірності фізичні величини поді­ляють на розмірні та безрозмірні (або відносні).

Розмірна фізична величина - величина в розмірності якої показ­ник ступеня розмірності хоча б однієї з однакових величин не дорів­нює нулю.

Безрозмірна (відносна) величина - є відношення даної фізичної величини до однорідної. Застосовується для різного роду характерис­тик (наприклад, коефіцієнт корисної дії).

Відносні величини мають різні форми вираження:

частка - база порівняння прийнята за одиницю - 1;

відсоток (%) - база порівняння прийнята за 100, (1% = 10^-2);

проміль (% о) - база порівняння прийнята за 1000 (1% о = 10^-3);

продеціміль (% оо) - база порівняння прийнята за 10000 (1% оо = 10 ^-4);

просантіміль (% ооо) - база порівняння прийнята за 100000 (1%ооо=10^-5);

мільйонні долі (ррт) - база порівняння прийнята за 1000000 (Іррт= 10⁶) і т.д.

Логарифмічною величиною називають логарифм відношення фі­зичної величини до однорідної величини (наприклад, бел, децибел).

За способом отримання числового значення вимірювальної фізичної величини всі вимірювання діляться на прямі, побічні, сукупні, сумісні.

Прямі - це такі вимірювання, коли значення вимірювальної вели­чини знаходять прямо із дослідних значень (порівняння розміру з роз­міром, або показів вимірювального приладу). Наприклад, вимірювання довжини лінійкою, температури - термометром.

Побічні - це такі, при яких значення вимірювальної величини зна­ходять за проміжним результатом прямих вимірів інших величин, зв'я­заних із вимірювальною величиною відомою залежністю. Наприклад, потужність Р = IU (P знаходимо за результатами виміру напруги U вольтметром і сили струму I амперметром.

Сукупні - проводять для декількох однакових фізичних величин, значення яких знаходять методом рішення системи рівнянь. Напри­клад, знаходження струмів в складній електричній мережі методом контурних струмів.

Сумісні - виконують для двох і більше не однакових фізичних ве­личин, їх значення знаходять при розв'язанні одного або системи рів­нянь.