Измерение и его структурные элементы

Лекция №1

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ИЗМЕРЕНИЯХ

Измерение и его структурные элементы

Измерение определенно как “нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств”. Измерение осуществляется с познавательной или созидательной целью. Эта цель определяет, какую именно физическую величину и с какой точностью необходимо измерять. Под физической величиной понимается “особенность физических объектов или явлений, общая для них в качественном отношении и используемая для количественного выражения их свойств, состояний или процессов”.

Сущность измерения состоит в сравнении двух физических величин: измеряемой, которая выражает интересующую нас особенность исследуемого объекта, и известной, которая присуща специально созданному объекту (мере). Сравниваемые величины однородны, т.е. имеют одинаковую физическую природу. Однородность или одинаковость в качественном отношении сравниваемых величин выражается в совпадении их размерностей. Размерностью называют выражение, отражающее связь величин с основными величинами системы.

Известная величина выражена определенным числом узаконенных единиц, что позволяет посредством сравнения выразить подобным образом измеряемую величину. Сущность измерения как процесса сравнения и его цель выражает основное уравнение измерения:

Q- измеряемая величина

q- числовое значение величины

[Q]- единица измерения величины

Правая часть уравнения представляет собой результат измерения. Строго говоря, для получения результата измерения требуется не одна известная величина, а их упорядоченная совокупность, т.е. шкала физической величины. Таким образом, измерение представляет собой процесс сравнения измеряемой физической величины со шкалой однородной величины с целью выражения измеряемой величины в узаконенных единицах.

Пример: Измерение длины объекта с помощью линейки. Линейка представляет собой одновременно многозначную меру и измерительный прибор с известной длиной деления шкалы.

Сравнение осуществляется путем определения трех отметок: одной, совпадающей с началом объекта, и двух, ближайших к его концу.

Измерение - сложное понятие, для анализа которого необходимо рассмотреть основные структурные элементы: цель измерения, объект исследования и его модель, априорную информацию, измеряемую величину, средство измерения, результат и погрешность измерения.

Цель измерения определяется совокупностью требований к измерению, которые обусловлены содержанием того этапа исследовательской или конструкторской деятельности в рамках которого проводят измерения. Цель измерения конкретизирует объект исследования (измерения), выделяет на нем представляющую интерес физическую величину, и определяет требуемую точность измерений.

Объект измерения - реальный физический объект, элемент природной или технической среды. Он обладает многими особенностями, находится в многосторонних и сложных связях с другими объектами. Человек не в состоянии представить себе объект целиком, во всех взаимосвязях. Поэтому взаимодействие человека с объектом исследования возможно лишь на основе модели объекта.

Модель объекта - теоретико-физическая и математическая конструкция, которая отражает свойства модели объекта, существенное для данной задачи, в частности измерительной. Модель строится в соответствии с целью измерения до его выполнения на основе априорной информации об объекте измерения.

Априорная информация - один из факторов, обуславливающих эффективность измерения: при ее отсутствии измерение невозможно, при наличии в максимальном объеме- ненужно. Априорная информация определяет достижимую точность измерений и их эффективность.

Рис 1.1. Структурные элементы измерения

Измеряемая величина - представляет собой постоянный параметр модели объекта, отражающий ту его особенность, количественную оценку которой необходимо получить в результате измерения.

Средство измерения (СИ) определяется как техническое средство, используемое при измерениях и имеющее нормированные метрологические характеристики. СИ входит в структуру измерений двояким образом. Во-первых, оно является реальным техническим устройством, которое приводят во взаимодействие с объектом. Это взаимодействие обуславливает появление входного сигнала СИ, отклик на который - выходной сигнал - несет информацию об измеряемой величине и подлежит в общем случае обработке с целью нахождения результата измерений и оценки его погрешности. СИ характеризуется своей моделью, которая необходима для правильного применения СИ и для эффективной обработки опытных данных. Модель СИ представлена совокупностью его МХ.

Метод измерений определяется как совокупность приемов использования принципов и средств измерений. Метод измерений определяет как следует организовать взаимодействие СИ с объектом и каким образом можно извлечь из исходных и опытных данных требуемую информацию.

Алгоритм обработки данных является составной частью метода измерений.

Условия измерений - это фактор, определяющий состояние объекта и эффективность использования СИ. Изменение условий влияют на СИ, а, следовательно, изменяются его МХ, та часть измерений которая остается неконтролируемой, определяет степень недостоверности результата измерения.

Результат измерения есть значение физической величины, полученное в результате измерения. Оно выражается в форме именованного числа или ряда чисел.

Рисунок 1 показывает, что измерение можно рассматривать как систему, состоящую из двух ║ рядов соответствующих друг другу элементов, которые относятся к реальности и к ее отражению (познанию).

Первый ряд включает в себя объект исследования с выделенной его особенностью - физической величиной, метод измерений, СИ, условия проведения измерений, взаимодействие СИ с объектом и результатом этого взаимодействия.

Второй ряд содержит цель измерения, модель объекта с выделенным на ней или введенным на нее основе параметром - измеряемой величиной модель СИ с параметрами, данные о влияющих физических величинах и помехах, модель результатов наблюдений и алгоритм обработки.

Элементы обоих рядов соответствуют друг другу по типу, реальность - отражение. Адекватность моделей соответствует реальностям обусловлена теоретическими и экспериментальными исследованиями. Модель СИ обоснована теоретически, а его МХ получены экспериментально. При условии адекватности моделей алгоритмы вычислений результата измерения в реальном и модельном рядах тождественны, т.е. оба ряда неразрывно связаны между собой.

Рисунок 1 иллюстрирует то, что именно математическая обработка данных служит связующим звеном между структурными элементами измерения, относящимися к реальному и идеальному, а также помогает понять, что причиной несовершенства измерения неустранимая неполнота или неадекватность модельного описания реальности.

Поиск по сайту: