Измерения. Физическая величина

Физическая величина (величина) — одно из свойств физического объекта (физической системы, явления или процесса),общее в качественном отношении для многих физических
объектов, а в количественном отношении индивидуальное для каждого из них. В настоящее время в науке классифицировано около 2000 физических величин, и все они в той или иной степени должны быть определены количественно.

Измерение — это совокупность операций по применению технического средства, хранящего единицу физической величины, обеспечивающих нахождение соотношения (в явном или неявном виде) измеряемой величины с ее единицей и по-
лучение значения этой величины (согласно РМГ 29-99). Измерения выполняют с помощью средств измерений.
Средство измерений (СИ) — техническое средство, предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящее и (или) хранящее единицу физической величины, размер которой принимают неизменным (в пределах установленной погрешности) в течение известного интервала времени.
Реальный объект исследований характеризуется множеством свойств,каждое из которых может служить предметом отдельного исследования. Интересующее свойство должно быть обнаружено и идентифицировано как физическая величина, имеющая свою узаконенную единицу физической величины, с которой и сравнивается количественно
исследуемое свойство объекта исследований. Сравнение производится с помощью технического устройства, имеющего нормированные метрологические характеристики, — средства измерений — по определенному алгоритму, называемому методикой выполнения измерений (МВИ).
После того как измерение выполнено и получено числовое значение результата измерения, должна быть произведена оценка погрешности измерения, включающей в себя погрешность СИ, погрешность метода измерений, погрешность от влияния внешних воздействий и индивидуальных особенностей наблюдателя.
Значимость измерений выражается в трех аспектах: философском, научном и техническом.
Философский аспект метрологии заключается в том, что измерения являются важнейшим универсальным методом познания физических явлений и процессов. В этом смысле метрология как наука об измерениях занимает особое место среди остальных наук. Возможность измерения обуславливается предварительным изучением заданного свойст-
ва объекта измерений, построением абстрактных моделей как самого свойства, так и его носителя — объекта измерения в целом. Измерение представляет собой метод кодирования сведений, получаемых с помощью различных методов познания, т. е. заключительную стадию процесса познания, связанную с регистрацией получаемой информации.
Научный аспект измерений состоит в том, что с их помощью в науке осуществляется связь теории и практики. Без измерений невозможна проверка научных гипотез и соответственно развитие науки. Измерения обеспечивают получение количественной информации об объекте управления или контроля, без которой невозможно точное
воспроизведение всех заданных условий технического процесса, обеспечение высокого качества изделий и эффективного управления объектом. Все это составляет технический аспект измерений.
В промышленном производстве измерения составляют в среднем до 15 % всех трудозатрат, а в отдельных отраслях экономики, например, радиотехнике и электротехнике они достигают 50–70 %.
Измерения могут считаться эффективными, если их результаты обеспечивают необходимое качество управления производством, а метро- логическое обслуживание СИ минимально.
Для эффективности измерений необходимо следующее:
обеспечивать единство измерений;
при установлении необходимой точности измерений учитывать связи измеряемых параметров с производительностью технологического оборудования, себестоимостью и качеством продукции, безопасностью труда и экологической безопасностью;
учитывать экономические потери и другие неблагоприятные последствия из-за погрешности измерений как в сфере производства, так и при использовании продукции.
При отсутствии особых требований к точности измерений конкретных технологических параметров рекомендуется:
минимизировать ту часть издержек производства продукции, которая зависит от погрешности измерений;
при больших затратах на измерения оптимизировать точность измерений по экономическому критерию

Качество результатов измерений — это достоверность информации о
качестве и количестве товара. По этой причине метрологическое обеспечение технического регулирования предупреждает действия, вводящие в заблуждение приобретателей. Поэтому в каждом ТРе должны быть указаны минимально необходимые требования по обеспечению единства измерений.
Таким образом, измерения являются важнейшим инструментом познания объектов и явлений окружающего мира и играют огромную роль в развитии народного хозяйства.

Классификация измерений

Измерение — совокупность операций, выполняемых с помощью технического средства, хранящего единицу величины,позволяющего сопоставить измеряемую величину с ее единицей и получить значение величины.
Измерения классифицируют по нескольким признакам:
1. По способу получения информации измерения подразделяют:
на прямые — это непосредственное сравнение физической величины с ее мерой. Например, при определении длины предмета линейкой происходит сравнение искомой величины с мерой, т. е. с линейкой;
косвенные — отличаются от прямых тем, что искомое значение величины устанавливают по результатам прямых измерений таких величин, которые связаны с искомой определенной зависимостью. Например, измерение пористости хлебобулочных изделий по результатам отбора выемки известного объема и определения массы этой выемки;
совокупные — сопряжены с решением системы уравнений, составляемых по результатам одновременных измерений нескольких однородных величин. Решение системы уравнений дает возможность вычислить искомую величину. Например, совокупными являются измерения, при которых массы отдельных гирь набора находят по известной массе одной из них и по результатам прямых сравнений масс различных сочетаний гирь;
совместные — это измерения двух или более неоднородных физических величин для определения зависимости между ними. Например, определение активной кислотности хлеба при температуре 20 °С и температурных коэффициентов для автоматической
температурной компенсации при различных температурах.
2. По характеру зависимости измеряемой величины от времени измерения бывают:
статистические — связаны с определением характеристик случайных процессов, звуковых сигналов и т. п. Статистические измерения имеют место тогда, когда измеряемая величина практически постоянна;
динамические — связаны с такими величинами, которые в процессе измерений претерпевают те или иные изменения.

Статистические и динамические измерения в идеальном виде на
практике редки.
3. По количеству измерительной информации различают:
однократные — это одно измерение одной величины, т. е. число измерений равно числу измеряемых величин. Практическое применение такого вида измерений всегда сопряжено с большими погрешностями, поэтому следует проводить не менее трех однократных измерений и находить конечный результат как среднее арифметическое значение;
многократные— характеризуются превышением числа измерений количества измеряемых величин. Обычно минимальное число измерений в данном случае больше трех. Преимущество многократных измерений — в значительном снижении влияний
случайных факторов на погрешность измерения.
4. По отношению к основным единицам измерения бывают:
абсолютные — измерения, при которых используются прямое измерение одной основной величины и физическая константа;
относительные — базируются на установлении отношения измеряемой величины к однородной, применяемой в качестве единицы. Искомое значение зависит от используемой единицы измерений.
5. По уровню точности все измерения делят:
на измерения максимально возможной точности, достижимой при существующем уровне науки и техники — выполняют, прежде всего, в метрологических центрах при создании и эксплуатации исходных эталонов, определяющих точность всех нижестоящих эталонов и рабочих средств измерений;
контрольные (контрольно-поверочные, метрологические) измерения, погрешность которых не должна превышать некоторое заранее заданное контрольное значение, выполняют, например, при поверке или калибровке средств измерений. В этом случае пог-

решность эталона должна быть в определенное число раз меньше погрешности поверяемого или калибруемого средства измерений.
Соотношения погрешностей поверяемого прибора и эталона устанавливаются в поверочных схемах и методиках поверки;
технические (рабочие) измерения — выполняют в промышленности и технике — везде, где погрешность измерений определяется применяемыми СИ. Такие СИ называют рабочими, и значения их метрологических характеристик достаточны для решения
поставленной перед ними задачи.
6. По особенностям обработки результатов все измерения делят:
на равноточные — ряд измерений какой-либо величины, выполненных одинаковыми по точности средствами измерений в одних и тех же условиях и с одинаковой тщательностью;
неравноточные — ряд измерений какой-либо величины, выполненных различающимися по точности средствами измерений и (или) в разных условиях.