Теория измерений — математическая база метрологии

NovaInfo 44, с.32-35, скачать PDF
Опубликовано
Раздел: Технические науки
Просмотров за месяц: 3
CC BY-NC

Аннотация

В данной статье рассмотрена одна из актуальных технических наук - метрология, рассмотрены основные функции метрологии,сформулированы основополагающие постулаты, которые описывают исходные аксиомы науки, и представлены области применения измерительных систем.

Ключевые слова

ИЗМЕРЕНИЯ, ПОСТУЛАТ, МЕТРОЛОГИЯ, ПАРАМЕТР

Текст научной работы

С измерениями человек всюду сталкивается в повседневной жизни. На каждом шагу встречаются измерения таких величин, как длина, объем, вес, время.

Измерения являются одним из главнейших путей познания природы человеком. Они характеризуют количество в окружающем нас мире, раскрывая человеку действующие в природе закономерности. Все отрасли техники не могли бы существовать без развернутой системы измерений, определяющих как все технологические процессы, контроль и управление ими, так и свойства и качество выпускаемой продукций.

Наиболее углубленно измерения изучает наука метрология. Слово "метрология" состоит из двух греческих слов: «метрон» - мера и «логос» - учение. Дословный перевод слова "метрология" - учение о мерах. В течение долгого времени это направление оставалось в основном описательной наукой о различных мерах и соотношениях между ними.

Как и любая другая дисциплина, метрология опирается на ряд основополагающих постулатов, описывающих ее исходные аксиомы.

Можно отметить, что каждый раз пытаться сформулировать исходные положения теории измерений принципиально трудно. Это связано с тем, что, с одной стороны, постулаты должны представлять собой объективные утверждения, а с другой – целью метрологии являются измерения, т.е. вид деятельности людей, предпринимающей ими для свершения субъективных целей. Следовательно, важно сформулировать справедливые утверждения, которые бы служили началом научной дисциплины, имеющей важнейший субъективный элемент [1].

Первым постулатом метрологии является постулат α: в рамках принятой модели объекта исследования действует определенная измеряемая физическая величина и ее истинное значение. Если будем, считать, что деталь представляет собой цилиндр, то у него есть диаметр, который можно измерить. Если же деталь не является цилиндрической, например, ее сечение будет эллипс, то измерять ее диаметр не имеет смысла, ибо измеренное значение не несет полезной информации. И получается, в рамках новой модели диаметр не существует. Измеряемая величина имеется лишь в рамках принятой модели, т.е. важна только до тех пор, пока модель признается адекватной объекту. Так как при различных целях исследований данному объекту могут быть сопоставлены всевозможные модели, то из постулата α вытекает следствие α1: для данной физической величины объекта измерения существует множество измеряемых величин.

Из первого постулата метрологии видно, что искомому свойству объекта измерений должен ставиться в соответствие некоторый параметр его модели. Параметры нужной модели в течение времени, необходимого для измерения, должны быть неизменными. В противном случае измерения не будут проводиться. Этот факт будет описываться постулатом β: истинное значение измеряемой величины постоянно.

Когда постоянный параметр модели определён, можно перейти к измерению соответствующей величины. Для переменной физической величины необходимо определить некий постоянный параметр и измерить его. В общем случае константа вводится с помощью некоторой функции. Данный момент отражается в постулате β1: для измерения переменной физической величины необходимо определить ее постоянный параметр – измеряемую величину.

При разработке модели объекта измерения, которая является математической, непременно приходится идеализировать его свойства. Макет никогда не описывает все свойства объекта измерений обширно. Он отражает их с некоторой степенью аппроксимации, которая имеет существенное значение для разрешения данной измерительной задачи. Модель строится на основе заданной информации об объекте, при этом она строится заранее до измерения. Измеряемая величина определяется как параметр взятой модели, а его значение, получаемое в результате точного измерения, принимается в качестве истинного значения данной искомой величины. Эта обязательная идеализация, которая используется при построении модели объекта измерения, обуславливает неизбежное несоответствие между параметром модели и реальным свойством объекта, которое называется пороговым. «Пороговое несоответствие» объясняется постулатом γ: существует несоответствие измеряемой величины исследуемому свойству объекта. Это правило резко ограничивает достижимую точность измерений при принятом определении измеряемой физической величины [2].

Изменения и детализация цели измерения могут приводить к необходимости менять или уточнять форму объекта измерений и переопределять понятие измеряемой величины. Главной причиной повторного определения является то, что пороговое несоответствие заранее принятого определения не даст повысить четкость измерения до нужного уровня. Введенный измеряемый параметр макета в свою очередь может быть измерен лишь с погрешностью, которая максимально равна погрешности, которая обусловлена пороговым несоответствием. Поскольку абсолютно идеальную модель объекта измерения невозможно построить, а значит нельзя исключить пороговое несоответствие между измеряемой физической величиной и параметром модели объекта измерений, который её описывает. Отсюда вытекает важное следствие γ1: истинное значение измеряемой величины отыскать невозможно.

Построить модель можно только при наличии априорной информации об объекте измерения. Модель будет идеально выстроена и соответственно точнее и правильнее будет выбран ее параметр, который описывает искомую физическую величину, если будет известно достаточно большое количество информации. Следовательно, чем больше будет априорной информации, тем меньше будет пороговое несоответствие. Данная ситуация описывается следствием γ2: достижимая точность измерения определяется априорной информацией об объекте измерения.

Вывод этого следствия такой, что при отсутствии априорной информации измерение принципиально нельзя производить. В то же время максимально возможная предопределенная информация заключается в известной оценке измеряемой величины, точность которой должна быть равна требуемой. Тогда необходимости в измерении нет.

Построению и исследованию этих правил-постулатов посвящено очень большое количество научных исследований и конференций. Но считать, что исследования в этой области прекратились, не имеем права. Ведь рассмотренные постулаты будут и дальше, безусловно, корректироваться и дополняться.

Ещё, к примеру, в метрологии практикуют шкалы наименований физических величин, единиц физических величин (наименования, условные обозначения национальные и международные), наименования средств, видов и вариантов измерений, погрешностей измерений.

В отличие от шкалы наименований, шкала порядка утверждает зафиксированный порядок расположения объектов согласно с уровнем интенсивности измеряемого свойства. Такие шкалы часто используются в спорте при распределении мест команд или спортсменов. Все учащиеся знают балльные оценки знаний на экзаменах, которые также есть фиксированными ступенями шкалы порядка. Знаменитым примером использования этой шкалы является выстроенные по росту люди, где каждый последующий ниже всех предыдущих.

Замечено две основные особенности шкалы порядка: незакономерные интервалы между соседними ступенями шкалы; инвариантность объектов к используемым оценочным единицам и к добавлению константы.

Мы измеряем рост людей в метрах и сантиметрах или любых других единицах – порядок в группе останется таким же. Также можем построить всех босиком или поставить на одинаковые каблуки-подставки, ещё можно построить группу в мелком бассейне по высоте над уровнем воды – порядок также будет неизменным. По шкале порядка можно сравнить не только объекты, но и сделать выводы об их упорядоченном месторасположении. Можно привести такие примеры использования шкал порядка в метрологии, как шкалы твердости, ранжированные классы точности приборов, разряды эталонных средств измерений, упорядоченные по возрастанию или по убыванию ряды результатов измерений или отклонений от базового значения и т. д. [3].

Читайте также

Список литературы

  1. Теория измерений – математическая база метрологии. Погрешности: понятие, классификация, примеры погрешностей. URL: http://metro-logiya.ru/index.php?action=full&id=714 [1].
  2. Теория измерений – математическая база метрологии. URL: http://metro-logiya.ru/index.php?action=full&id=714 [2].
  3. Шкалы и применение их в метрологии:. URL: http://www.support17.com/component/content/568.html?task=view [3].

Цитировать

Купченко, Г.В. Теория измерений — математическая база метрологии / Г.В. Купченко, Е.В. Тетруашвили. — Текст : электронный // NovaInfo, 2016. — № 44. — С. 32-35. — URL: https://novainfo.ru/article/5650 (дата обращения: 16.05.2022).

Поделиться