Однократные и многократные измерения

Измерение – совокупность операций, выполняемых с помощью технических средств, хранящих единицу величины и позволяющую сопоставить с нею измеряемую величину. Полученное значение величины и есть результат измерения.

По количеству измерительной информации измерения бывают однократные и многократные.

Однократные измерения — это одно измерение одной величины, т.е. число измерений равно числу измеряемых величин. Так как однократные измерения всегда сопряжены с погрешностями, следует проводить не менее трех однократных измерений и конечный результат находить как среднее арифметическое значение.

Примечание: во многих случаях на практике выполняются именно однократные измерения. Например, измерение конкретного момента времени по часам обычно производится один раз. (Пример не выдерживает критики, поскольку повторные измерения одного отрезка времени невозможны).

Многократное измерение – измерение физической величины одного и того же размера, результат которого получен из нескольких следующих друг за другом измерений, т. е. состоящее из ряда однократных измерений.

Многократные измерения характеризуются превышением числа измерений количества измеряемых величин. В зависимости от поставленной цели число повторных измерений может колебаться в широких пределах (от двух измерений до нескольких десятков и даже сотен).

Многократные измерения проводят или для страховки от грубых погрешностей (в таком случае достаточно трех-пяти измерений) или для последующей математической обработки результатов (часто более пятнадцати измерений с последующими расчетами средних значений, статистической оценкой отклонений и др.). Многократные измерения называют также «измерения с многократными наблюдениями».

Шкала измерений

Шкала измерений — это упорядоченная совокупность значений физической величины, которая служит основой для ее измерения. Поясним это понятие на примере температурных шкал.

В метрологической практике известны несколько разновидностей шкал: шкала наименований, шкала порядка, шкала интервалов, шкала отношений и др.

Шкала наименований — это своего рода качественная, а не количественная шкала, она не содержит нуля и единиц измерений. Примером может служить атлас цветов (шкала цветов). Процесс измерения заключается в визуальном сравнении окрашенного предмета с образцами цветов (эталонными образцами атласа цветов).

Шкала порядка - характеризуют значение измеряемой величины в баллах. Эти шкалы описывают свойства, для которых имеют смысл не только соотношения эквивалентности, но и соотношения порядка по возрастанию или убыванию количественного проявления свойства. Характерным примером шкал порядка являются существующие шкалы чисел твердости тел, шкалы баллов землятрясений, шкалы баллов ветра, шкала оценки событий на АЭС и т.п. Узкоспециализированные шкалы порядка широко применяются в методах испытаний различной продукции.

Шкалы разностей (интервалов) - отличаются от шкал порядка тем, что для описываемых ими свойств имеют смысл не только соотношения эквивалентности и порядка, но и суммирования интервалов (разностей) между различными количественными проявлениями свойств. Характерный пример - шкала интервалов времени. Интервалы времени (например, периоды работы, периоды учебы) можно складывать и вычитать, но складывать даты каких-либо событий бессмысленно.

Шкалы отношений имеют естественное нулевое значение, а единица измерений устанавливается по согласованию. Например, шкала массы, начинаясь от нуля, может быть градуирована по-разному в зависимости от требуемой точности взвешивания.

Шкала наименований

Измерению подлежат различные проявления свойств тел, веществ, явлений, процессов. Некоторые свойства при этом проявляются количественно (длина, масса, температура и т.п.), а другие - качественно (например, цвет, т.к. не имеет смысла выражение типа "красный цвет больше (меньше) синего"). Многообразие (количественное или качественное) проявлений любого свойства образуют множества, отображение элементов которых на упорядоченные множества чисел или, в более общем случае, на систему условных знаков образуют шкалы измерения этих свойств.

Шкала наименований отражает качественные свойства. Их элементы характеризуются только соотношениями эквивалентности (равенства) и сходства конкретных качественных проявлений свойств.

В шкалах наименований нельзя ввести понятия единицы измерения; в них отсутствует и нулевой элемент.

Шкалы наименований, по существу, качественны; однако возможны некоторые статистические операции при обработке результатов измерений в этих шкалах, например, можно найти модальный или наиболее многочисленный класс эквивалентности.

Обозначениями, присваиваемыми объектам, могут являются числа. Например, легкоатлеты-прыгуны в длину в этой шкале могут обозначаться номером 1, прыгуны в высоту – 2, прыгуны тройным – 3, прыгуны с шестом – 4.

При номинальных измерениях вводимая символика означает, что объект 1 только отличается от объектов 2, 3 или 4. Однако насколько отличается и в чём именно, по этой шкале измерить нельзя.

Виды и средства измерений

Измерения различают

1. По способу получения информации

• Прямые измерения – это непосредственное сравнение физической величины с ее мерой. Например при определении длины предмета линейкой происходит сравнение искомой величины с мерой, т.е. линейкой;

• Косвенные измерения отличаются от прямых тем, что искомое значение величины устанавливают по результатам прямых измерений таких величин, которые связаны с искомой определенной зависимостью. Так, если измерить силу тока амперметром, а напряжение вольтметром, то по известной фу всех трех величии можно рассчитать мощность электрической цепи.
• Совокупные измерения сопряжены с решением системы управлений, составляемых по результатам одновременных измерений нескольких величин.

• Совместные измерения – это измерение двух или более неоднородных физических величин для определения зависимости меду ними.

2. По характеру изменения измеряемой величины в процессе измерений бывают:
• Статистические измерения связанны с определением характеристик случайных процессов, звуковых сигналов, уровня шумов и т.д.

• Статические измерения имеют место тогда, когда измеряемая величина практически постоянна.
• Динамические измерения связаны с такими величинами, которые в процессе измерений претерпевают те или иные изменения.

3. По количеству измерительной информации различают

• Однократные измерения – это одно измерение одной величины, т.е. число измерений равно числу измеряемых величин.

• Многократные измерения характеризуются превышением числа измерений количества измеряемых величин.

4. По отношению к основным единицам измерения делят на абсолютные и относительные.

• Абсолютными измерениями называют такие, при которых используются прямое измерение одной (иногда нескольких) основной величины и физическая константа.

• Относительные измерения

Базируются на установлении отношения измеряемой величины к однородной, применяемой в качестве единицы. Естественно, что искомое значение зависит от используемой единицы измерений.
Для практического измерения единицы величины применяются технические средства, которые имеют нормированные погрешности и называются средствами измерений. К средствам измерений относятся: меры, измерительные преобразователи, измерительные приборы, измерительные установки и системы, измерительные принадлежности.

Мера – средство измерения, предназначенное для воспроизведения физических величин заданного размера. На практике используют однозначные(гири) и многозначные(линейка) меры.
Набор мер представляет собой комплект однородных мер разного размера, что дает возможность применять их в нужных сочетаниях, например, набор лабораторных гирь.
Магазин мер – сочетание мер, объединенных конструктивно в одно механическое целое, в котором предусмотрена возможность соединять, составляющие магазин меры в нужном сочетании.
К однозначным мерам относят стандартные образцы и стандартные вещества. Стандартный образец – это проба вещества, свойства которого являются величиной с известным значением при установленных условиях внешней среды (шкала маоса). При пользовании мерами следует учитывать номинальное (значение указанное на ней) и действительное (указано в спец. свидетельстве, как результат высокоточного измерения) значение мер, а так же погрешность меры и ее разряд.
Разность между номинальным и действительным значениями называют погрешностью меры.
Измерительный преобразователь – это средство измерений, которое служит для преобразования сигнала измерительной информации в форму, удобную для обработки или хранения, а так же передачи в показывающее устройство. Преобразуемую величину называют входной, а результат преобразования – выходной величиной. Основной метрологической характиристикой измерительного преобразователя считается соотношение между входной выходной величинами, называемое функцией преобразования.
Преобразователи подразделяются на первичные (воспринимающие измеряемую величину), передающие, на выходе которых величина приобретает форму, удобную для регистрации;

промежуточные, работающие в сочетании с первичными и не влияющие на изменение рода физической величины.

Измерительные приборы – это средства измерений, которые позволяют получать измерительную информацию в форме удобной для восприятия пользователем.
• Приборы прямого действия отображают измеряемую величину на показывающем устройстве, имеющем соответствующую градуировку в единицах этой величины (амперметры, вольтметры, термометры).
• Приборы сравнения предназначаются для сравнения измеряемых величин с величинами, значения которых известны (яркость источников излучения, давление сжатого воздуха).