что такое отсчет в метрологии

Основной постулат метрологии – отсчет – является случайным числом

Шкалы измерений.

Получение информации о размере ФВ является содержанием любого измерения. Количественной характеристикой любого измерения является размер физической величины. Чтобы уяснить, что понимается под измерение в метрологии, рассмотрим типы шкал, на основе которых формируется представление об объекте. В теории измерения принято различать пять типов шкал: шкалы наименований, порядка, разностей (интервалов) и отношений.

Шкала наименований основана на приписывании объекту цифр или знаков, играющих роль простых имен. Примером такой шкалы является распространенная классификация (оценка) цвета по наименованиям (атласы цветов содержат до 1000 наименований).

Шкалы порядка – расположенные в порядке возрастания или убывания размеры измеряемой величины. Полученный при этом упорядоченный ряд называется ранжированным рядом, а саму процедуру – ранжированием. По шкале порядка сравниваются между собой однородные объекты, у которых значения интересующих свойств неизвестны. Поэтому ранжированный ряд может дать ответ на вопросы типа «что больше или меньше» или «что лучше или хуже». Более полную информацию – на сколько больше или во сколько хуже шкала порядка дать не может. Очевидно, что назвать измерением процедуру оценивания свойств объекта по шкале порядка можно только с большой натяжкой. Результаты оценивания по шкале порядка не могут подвергаться никаким арифметическим действиям. Для облегчения измерений по шкале порядка некоторые точки могут быть зафиксированы в качестве реперных (опорных). Примерами таких шкал являются: знания студентов по баллам, землетрясения по 12-бальной шкале, сила ветра по шкале Бофорта, твердость по шкале Мооса. Основным недостатком таких шкал является полное отсутствие уверенности в том, что интервалы между выбранными реперными точками являются равновеликими, а следовательно, по такой шкале нельзя вычислить единицу величины и оценить ее погрешность.

Шкалы разностей (интервалов) отличаются от шкал порядка тем, что по шкале интервалов можно судить не только о том, что размер больше другого, но и на сколько больше. Характерным примером является шкала интервалов времени, поскольку интервалы времени можно суммировать или вычитать. Примером шкал интервалов является и шкала температур. На температурной шкале Цельсия за начало отсчета разности температур принята температура таяния льда. Для удобства пользования шкалой интервалов интервал между температурой таяния льда и температурой кипения воды разделен на 100 интервалов – градусов. На температурной шкале Фаренгейта тот же интервал разбит на 180 градусов. Деление шкалы интервалов на равные части позволяет установить единицу физической величины, что позволяет выразить результат измерения в числовой мере и оценить погрешность измерения. По шкале интервалов возможны такие действия как сложение и вычитание. Однако определить во сколько раз одно значение больше или меньше другого невозможно, поскольку по шкале не определено начало отсчета физической величины.

Шкала отношений представляет интервальную шкалу с естественным началом. Примером является шкала длин. Шкала охватывает интервал значений n от 0 до ∞ и в отличие от шкалы интервалов не содержит отрицательных значений. Температурная шкала Кельвина также является шкалой отношений, т.к. в ней за начало температурной шкалы принят абсолютны ноль (более низкой температуры в природе не существует).

Шкала отношений является самой совершенной, наиболее информативной. Результаты измерений по шкале отношений можно складывать между собой, вычитать, перемножать или делить.

Понятие измерения

Прежде чем сформулировать принятое в метрологии определение понятия «Измерения», отметим следующее. Измерять можно лишь свойства реально существующих объектов, отражаемые физическими величинами. Измерение основывается на экспериментальных процедурах, никакие теоретические рассуждения и математические расчеты сами по себе не могут классифицироваться как измерения. Для проведения измерительного эксперимента необходимы особые технические средства – средства измерений. С учетом этих положений принято следующее определение:

Измерение – нахождение значения ФВ опытным путем с помощью специальных технических средств. Изме­рением какой-либо физической величины является операция, в результате которой определяется, во сколько раз измеряе­мая величина больше или меньше соответствующей величины, принятой за единицу.

Основной постулат метрологии – отсчет – является случайным числом.

Несмотря на то, что измерения непрерывно развиваются, их метрологическая суть остается без измерения и сводится к уравнению измерения

где Q—значение физической величины, U—единица фи­зической величины, п — размер физической величины.

Уравнение (1) является основным уравнением измерения. Правая часть его называется результатом измерения, который всегда является размерной величиной и состоит из единицы физической величины U, имеющей свое наименование, и числа п., показывающего, сколько раз данная единица содержится в измеряемой физической величине.

Виды измерений.

Для изучения метрологии как науки об измерениях рассмотрим классификацию измеренийпо различным признакам. Классификация не является самоцелью, она диктуется потребностями теории и практики. Целесообразность классификация, т.е. подразделение этого понятия на группы, обуславливается удобством при разработке методик выполнения измерений и обработки результатов. Измерения могут быть классифицированы по ряду признаков.

Можно выделить следующие виды измерений

1. По характеру зависимости измеряемой величины от времени измерения подразделяются на:

1.1 Статические, при которых измеряемая величина остается постоянной во времени, например, измерение размеров тела.

1.2. Динамические– в процессе которых измеряемая величина изменяется и является непостоянной во времени. Это проявляется при измерении переменной физической величины в виде отставание показания средства измерения от истинного значения величины в каждый момент времени. Это зависит от инерционных свойств (механических, тепловых, электрических) средства измерения, а также от скорости изменения самой измеряемой величины. Примеров является измерение пульсирующих давлений, вибраций.

2. По способу получения результата, что является целью любого измерения подразделяются на прямые, косвенные, совокупные, совместные. Это также называется видамиизмерений.

Типичным примером совокупных измерений является определение номинальных величин масс отдельных гирь по образцовой величине массы какой либо гири. Например, с помощью совокупных измерений можно провести калибровку гирь массой 1, 2, 3, и 5 кг по одной образцовой гире с действительной массой 1 кг. Допустим также, необходимо измерить размеры физических величин Х1, Х2 и Х3, но мы не имеем устройства, которое дало бы возможность измерить непосредственно указанные величины, но располагаем устройствами, которые позволяют измерить суммы любых дух из указанных величин. Тогда, измеряя сочетания величин, получим следующие уравнения

Х1+Х2= А; Х1+Х3=В; Х2+Х3=С,

Где А, В, С – результаты измерений сочетаний. Искомые величины получаются путем решения указанных уравнений.

Примером могут служить измерения, при которых электрическое сопротивление при температуре и температурные коэффициенты и измерительного сопротивления (резистора) находятся по данным прямых измерений сопротивления резистора при разных температурах t. Уравнение зависимости сопротивления от температуры имеет вид:

(2)

где

Непосредственно измеряются величины и затем при решении системы уравнений находятся величины и . Если n>3, система уравнений решается специальными способами, например, способом решения наименьших квадратов.

Совместные измерения получают все более широкое распространение. Они применяются, например, для анализа сложных, многокомпонентных смесей. Границы применения этого вида измерений особенно расширились с развитием средств вычислительной техники.

3. По условиям, определяющим точность результата:

3.1.Измерения с максимально возможной точностью. Это прежде всего эталонные измерения, связанные с максимально возможной точность воспроизведения установленных единиц ФВ, измерения значений физических констант.

3.2. Контрольно-поверочные измерения – погрешность которых с определенной вероятностью не должна превышать заданное значение. К ним относятся измерения, выполняемые лабораториями государственного надзора и заводскими измерительными лабораториями.

3.3. Технические измерения – погрешность результата которых определяется характеристикой средств измерения. Примерами могут служить измерения, выполняемые в процессе производства на предприятиях.

4. По способу выражения результатов измерений различают:

4.1. Абсолютные измерения – основанные на прямых измерениях величины или использовании значений физических констант, например, измерение значение длины штангенциркулем или микрометром, силы электрического тока в амперах, ускорения свободного падения.

4.2. При относительных измерениях величину сравнивают с одноименной, играющей роль единицы, например, измерение относительной влажности воздуха.

5. По количеству измерительной информации измерения бывают:

5.1. Однократные – это одно измерение одной измеряемой величины. Практическое применение такого вида измерений всегда сопряжено с большими погрешностями.

5.2. Многократные измерения – измерение каждой ФВ более чем один раз.

Методы измерений

Измерения классифицируют также пометодам измерения,которые призваны повысить точность и достоверность полученных результатов.

Любое сложное или простое измерение основано на определенном принципе, т.е. на совокупности физических законов, закономерностей и явлений, используемых при измерении.

Таким образом, принцип измерения показывает на основе использования какого физического закона, закономерности или явления осуществляется преобразование входной ФВ в результат измерения, т.е. получается искомое значение измеряемой величины. Такие преобразования в ходе измерений необходимы очень часто, т.к. во многих случаях непосредственно измерение величин затруднительно, громоздко, а в ряде случаев и невозможно.

Так, например, измерения температуры могут быть осуществлены с помощью использования эффекта объемного теплового расширения тел; измерения массы взвешиванием, т.е. измерением силы тяжести, пропорциональной массе.

Под методами измерения подразумевается совокупность приемов, принципов и средств измерения.

Можно выделить следующие методы измерений.

1. По способу получения значений измеряемых величин: метод непосредственной оценки и метод сравнения с мерой.

1.1.. Метод непосредственной оценки заключается в определении значения измеряемой величины непосредственно по отсчетному устройству измерительного прибора прямого действия, отградуированного в единицах измеряемой величины. Это наиболее распространенный метод измерения, его реализуют большинство средств измерений, например, измерение напряжения электромеханическим вольтметром.

2.2. Методы сравнения с мерой, или методы сравнения, заключаются в сравнении измеряемой величины с величиной, воспроизведенной мерой. Следовательно, отличительной особенностью этих методов является непосредственное участие мер в процессе измерения. К методам сравнения относятся дифференциальный,, нулевой, замещения и совпадений.

а) Дифференциальный метод заключается в сравнении с мерой, при котором на измерительный прибор воздействует разность между измеряемой величиной и известной величиной, воспроизводимой мерой. Т.о. измеряемая величина сравнивается с мерой и о значении величины Х судят по измеряемой прибором разности ΔХ=Х-Х_М и по известной величине Х_М, воспроизводимой мерой. Следовательно, Х= ΔХ+Х_М. Примером является измерение массы на весах (рис. 1. а).

Рис. 1. Методы сравнения с мерой

При дифференциальном методе не производится полного уравновешивания измеряемой величины. Сочетая в себе часть признаков метода непосредственной оценки, дифференциальный метод может дать весьма точный результат измерений, если измеряемая величина и величина, воспроизводимая мерой, мало отличаются друг от друга. Например, если разность этих двух величин составляет 1% и измеряется с погрешностью 1 %, то тем самым погрешность измерений искомой величины уменьшается до 0,01 %, если не учитывать погрешность меры.

б) Нулевой (компенсационный) метод является разновидностью дифференциального метода и заключается в сравнении с мерой, при котором результирующий эффект воздействия величин на прибор сравнения доводится до нуля. Это контролируется специальным измерительным прибором высокой точности – нуль-индикатором. В данном случае значение измеряемой величины равно значению, которое воспроизводит мера. Высокая чувствительность нуль-индикатора, а также выполнение меры с высокой точностью позволяют получить малую погрешность измерения. Пример нулевого метода – взвешивание на весах, когда на одном плече находится взвешиваемый груз, а на другом – набор эталонных грузов (рис. 1.1, б). Другой пример – измерение сопротивления с помощью уравновешенного моста.

в) метод замещения – в котором измеряемую величину замещают известной величиной, воспроизводимой мерой. Например, взвешивание на пружинных весах в два приема. Вначале на чашу весов помещают взвешиваемую массу и отмечают положение указателя весов, затем измеряемую массу замещают массой гирь, подбирая их таким образом, чтобы указатель весов устанавливался в том же положении, что и в первом случае.

г) в методе совпадений разность между измеряемой величиной и величиной, воспроизводимой мерой, измеряют, используя совпадения отметок шкал. Например, совпадение основной и нониусной отметок шкал в штангенприборах для измерения линейных размеров.

2. В зависимости от измерительных средств,используемых в процессе измерения, различают:

1. Инструментальный метод, основанный на использовании специальных технических средств.

2. Экспертный метод основан на использовании данных нескольких специалистов. Широко применяется в квалиметрии, спорте, искусстве, медицине.

3. Эвристические методы оценки основаны на интуиции.

4. Органолептические методы оценки основаны на использовании органов чувств человека.

Источник

Осипова Галина Егоровна

1. Предмет и задачи метрологии

Метрология, в переводе с древнегреческого означает – «наука об измерениях». В настоящее время метрология определяется как наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и требуемой точности. Состоит из 3 разделов:

— фундаментальная (научная),

— законодательная метрология,

— практическая метрология.

Фундаментальная предоставляет методы математической обработки и анализа результатов измерений. Разрабатывает теоретические основы измерений, погрешностей, разработки норм, тестов, оценки достоверности. Использует математический аппарат теории вероятностей и математической статистики.

Законодательная служит средством государственного регулирования метрологической деятельности посредством законов и законодательных положений. Они вводятся в практику через Государственную метрологическую службу. К области законодательной метрологии относятся испытания и утверждение типа средств измерений, их поверка и калибровка, сертификация средств измерений, контроль и надзор за ними.

Практическая служит для решения проблем узкой профессиональной области. Сюда относится и спортивная метрология, предметом которой является комплексный контроль в физическом воспитании и спорте и использование его результатов в планировании подготовки спортсменов и физкультурников. Спортивная метрология имеет свои особенности и поэтому, как наука выходит за рамки общей метрологии. В физическом воспитании и спорте наряду с физическими величинами (время, масса, длина, сила), используется много других показателей (педагогических, биологических, психологических, социальных), которые по своему содержанию нельзя назвать физическими. Кроме этого в спорте приходится оценивать техническое мастерство, выразительность и артистичность движений. Это требовало разработки специальных методов для оценки подобных качественных показателей.

Основными измеряемыми и контролируемыми параметрами в спортивной медицине, тренировочном процессе и в научных исследованиях по спорту являются:

— психологические параметры тренировочной нагрузки и восстановления,

— качество силы, быстроты, выносливости, гибкости, ловкости,

— функциональные параметры сердечно-сосудистой и дыхательной систем,

— биомеханические параметры спортивной техники,

— линейные и дуговые параметры размеров тела.

Изменчивость – непостоянство переменных величин, характеризующих состояние спортсмена и его деятельность. Непрерывно меняются все показатели спортсмена: частота пульса, потребление кислорода, рост, масса тела, пропорции тела, кинематические, динамические и энергетические характеристики движений и др. Изменчивость делает необходимыми многократные измерения и обработку их результатов методами математической статистики.

Многомерность – большое число переменных, которые нужно одновременно измерять, чтобы точнее характеризовать состояние спортсмена. Нужно контролировать как входные переменные (нагрузка, концентрация кислорода, температура), так и выходные параметры. Характерная особенность спортивной метрологии – стремление снизить число измеряемых переменных. Это связано, как с трудностью организации, так и трудоемкостью анализа с ростом числа переменных.

Квалитивность — качественный характер, то что не поддается точному измерению: свойства личности, качество инвентаря, артистичность, физические качества спортсмена, техника. Тем не менее эти факторы спортивного результата должны быть оценены как можно точнее.

Адаптивность— свойство человека приспосабливаться к окружающим условиям, лежит в основе обучаемости. Усложняет задачу спортивных измерений, т.к. человек привыкает к процедуре исследования и начинает показывать иные результаты, чем на самом деле, хотя его функциональное состояние при этом может оставаться неизменным.

Подвижность – измерения спортивной деятельности проводятся во время выполнения каких-либо действий. Это сопровождается дополнительными искажениями регистрируемых кривых и ошибками в измерениях.

Главная задача метрологии – обеспечить единство и точность измерения.

3. Основы теории измерений

В теории измерений рассматриваются:

Измерение – это установление взаимно однозначного соответствия между изучаемым явлением и числом.

Измерения, основанные на использовании органов чувств (осязание, обоняние, зрение, слух, вкус) называются органолептическими.

Измерения, основанные на интуиции называются эвристическими.

Измерения, выполняемые с помощью специальных технических средств называются инструментальными. Среди них есть автоматизированные (с участием человека) и автоматические (без участия человека) виды измерений.

Единицы измерений

Долгое время для измерения одних и тех же физических величин в каждой стране применялись свои единицами измерений: длина – фут (Англия), аршин (Россия). Это было очень неудобно, нельзя было сравнивать их между собой. Указом Петра 1 русские меры длины были согласованы с английскими, и это было первым шагом к единым европейским мерам. В 1790 г. во Франции была создана система новых мер, основанных на неизменном прототипе, взятом из природы, чтобы ее могли принять все нации. За основу измерения длины был взят метр и килограмм для массы (веса). В 1799 г. были изготовлены эталоны: 1 метр и 1 кг.

В настоящее время общепринятой в мире считается Международная система единиц, принятая в 1960г. на 11 Генеральной конференции по мерам и весам.

В ней 7 основных единиц (метр, килограмм, секунда, ампер, кельвин, моль, кандела), дополнительные (плоский угол, телесный угол) и производные (вычисляются по формулам их основных ( частота = 1/с, сила = мкг/с 2 )

Остальные единицы называются внесистемными и допускаются к применению внутри страны.

Шкалы измерений

В метрологической практике основой для измерений физических величин служит шкала измерений – упорядоченная совокупность значений физической величины. Распространение получили 4 шкалы:

Ошибки измерений

Ни одно измерение не может быть выполнено абсолютно точно и результат измерения неизбежно содержит погрешность. Ее величина тем меньше, чем точнее метод измерения и измерительный прибор. Так с помощью линейки мы можем мерить с точностью до 0,01м (цена деления).

Главная задача метрологии – обеспечение единства и точности измерений, если соблюдены два условия:

— результаты измерений выражены в единых узаконенных единицах,

— результаты измерений не должны выходит за границы установленных допустимых ошибок (погрешностей) при заданной вероятности.

Погрешностью называют отклонение результата измерений от действительного (истинного) значения измеряемой величины.

— истинное значение физической величины считается неизвестным и применяется в теоретических исследованиях,

— действительное значение физической величины устанавливается экспериментальным путем в предположении, что результат эксперимента (измерение) в максимальной степени приближается к истинному значению.

Виды погрешностей и их классификация

1) По причинам возникновения погрешности разделяются на инструментальные, методические и субъективные.

Инструментальная (аппаратная) погрешность – связана с несовершенством средства измерения, его конструктивно-технологическими особенностями, с помехами на входе средств измерения, вызываемая его подключением к объекту. Эта погрешность является одной из наиболее ощутимых составляющих погрешности измерений.

Методическая погрешность – обусловлена несовершенством примененного метода измерений и упрощений

при построении средства измерения или математических зависимостей. Например, маска для забора

выдыхаемого воздуха затрудняет дыхание и спортсмен показывает заниженную работоспособность.

В большинстве случаев методическая погрешность действует регулярно и относятся к систематическим

Субъективная (личная) погрешность – возникает вследствие индивидуальных особенностей (степени внимательности, сосредоточенности, подготовленности) лиц, проводящих измерение. Эти погрешности практически отсутствуют при использовании автоматических средств измерения. В большинстве случаев субъективные погрешности относят относятся к случайным, но некоторые могут быть и систематическими.

Погрешности измерений обычно приводятся в технической документации на средства измерения.

2) По условиям проведения измерений различают основные и дополнительные погрешности средств измерений.

Основная погрешность – это погрешность метода измерения, которая имеет место в нормальных условиях применения измерительного прибора. Эти условия устанавливаются нормативно-техническими документами на виды средств измерений и указываются в паспорте прибора. Кроме нормальных условий в техническом паспорте прибора указываются также рабочие условия, в пределах которых допускается эксплуатация средства измерения с гарантированными метрологическими характеристиками. Выделение основной погрешности, соответствующей некоторым стандартным условиям применения измерительного средства – один из важных факторов обеспечения единства измерений.

Дополнительная погрешность – погрешность измерительного прибора, вызванная отклонением одной из влияющих величин от нормального значения. Влияющая величина – это не измеряемая, рассматриваемыми средствами измерений физическая величина, но оказывающая влияние на результаты измерений. Например, прибор предназначенный для измерения при комнатной температуре даст дополнительную погрешность, если проводить измерение им под палящим солнцем или на холоде. Когда напряжение электрической сети ниже нормы или непостоянно по величине, тоже может возникать дополнительная погрешность. К дополнительным относится и динамическая погрешность, обусловленная инерционностью измерительного прибора и возникающая в тех случаях, когда измеряемая величина колеблется необычно быстро. Например, некоторые пульсотахометры рассчитаны на измерение только средних величин ЧСС и не способны улавливать непродолжительные отклонения ЧСС от среднего уровня (тахикардия).

3) По форме представления основная и дополнительная погрешности могут быть представлены как в абсолютных так и в относительных единицах.

Абсолютная погрешность (ΔА) рассчитывается как разница между показаниями прибора (А) и истинным значением измеряемой величины (Ао):

ΔА= А – Ао

Абсолютная погрешность измеряется в тех же единицах, что и сама измеряемая величина.

Пример 1. Темп бега спортсмена измеренный визуально равен 205 шагов\мин. Объективный контроль с помощью измерительных приборов (радиотелеметрия) дал 200шаг\мин. Какова абсолютная погрешность визуального измерения частоты шага? ΔА = 205 –200 =5 шаг\мин

На практике часто удобно пользоваться не абсолютной, а относительной погрешностью. Различают два вида относительной погрешности – действительная и приведенная.

Дейставительная относительная погрешность равна отношению абсолютной погрешности к истинному значению измеряемой величины:

ΔАд = (ΔА/Ао) х 100%

Относительная погрешность всегда измеряется в процентах.

Пример 2. Какова относительная погрешность измерения в примере 1.?

ΔАд = (5/200) х100 = 2,5%

ΔАп = (DА/А_мах) х 100%

Когда оценивается не погрешность измерения, а погрешность измерительного прибора, за максимальное значение измеряемой величины принимают предельное значение на шкале прибора. В этом случае DАп в процентах называется классом точности измерительного прибора. При этом учитывается только основная погрешность.

Поскольку в примере 1 предельное значение бега не указано, мы не можем посчитать приведенную относительную погрешность измерения. Пример 3. Пульсотахометр класса точности 1,0 рассчитан на измерение ЧСС в диапазоне до 200 уд\мин. Какую погрешность он может в нормальных условиях работы вносить в измерение? Погрешность равна 2 уд\мин.

ΔА = 1х200/100 = 2 уд/мин

Ответ: абсолютная погрешность пульсотахометра равна 2 удара в минуту.

4) По характеру изменения результатов при повторных измерениях погрешности разделяются на систематические, случайные и грубые.

Систематической называется погрешность величина которой не изменяется от измерения к измерению. Поэтому она может быть часто предсказана или устранена после измерения. Способ устранения зависит от ее природы. Все систематические погрешности делят на три группы:

1) погрешности известного происхождения и известной величины;

2) погрешности известного происхождения и неизвестной величины,

3) погрешности неизвестного происхождения и неизвестной величины.

Самые безобидные – погрешности 1 группы. Устраняются путем введения соответствующих поправок: на температуру, на ноль прибора и др.

Ко второй группе относятся прежде всего погрешности, связанные с несовершенством метода измерения и аппаратуры. Например, если класс точности динамометра равен 2,0, то его показания правильны с точностью до 2% в пределах шкалы прибора. При нескольких измерениях подряд ошибка может быть 2%, потом, 0,7%, 1,5% и т.д. При этом точно определить ее значение в каждом измерении невозможно.

Среди способов борьбы с систематической погрешности выделяют следующие:

Калибровка – это определение поправок для совокупности мер (набор динамометров). И при тарировании и при калибровки вместо спортсмена к входу измерения подключается источник эталонного сигнала.

Рандомизация – это метод превращения систематической погрешности в случайную. Он направлен на устранение неизвестных систематических погрешностей. При этом измерение проводится несколько раз так, чтобы постоянный фактор, влияющий на результат действовал по-разному. (например, меняя способ задания нагрузки при определении физической работоспособности.) По окончании все резкльтаты усредняются по правилам математической статистики.

Случайные погрешности возникают под действием разнообразных факторов, которые ни предсказать заранее, ни точно учесть не удается. Они принципиально неустранимы. Оценивают их методами математической статистики и потом учитывают при интерпретации результатов. Без статистической обработки результаты измерений не могут считаться достоверными.

Грубой считают погрешность существенно превышающей ожидаемую при заданных условиях. Причиной может быть внезапный скачок напряжения в сети питания прибора, нарушение методики выполнения измерений, неверное снятие отсчета или запись результата. Грубые погрешности приводят к нелепым результатам и легко обнаруживаются. Такие результаты исключают из массива полученных данных. Но некоторые погрешности нельзя уверенно исключить. Тогда случайную погрешность вычисляют по формулам математической статистики, например:

ξ = 3σ/√¯n

4. Основной постулат и аксиомы метрологии

Любое измерение по шкале отношений предполагает сравнение неизвестного размера с известным и запишется как отношение неизвестного параметра к известному ( для измерения роста используем ростомер, весы для измерения массы и т.д.):

Х = Q/ [Q]

Где Q – неизвестный размер, а [Q] – известный размер

Х = результат измерения

На практике часто бывает измерение идет в какой- нибудь таре, тогда процедура сравнения запишется как:

Очень мелкие линейные размеры объектов можно измерить после некоторого увеличения под микроскопом или другим прибором, тогда процедура измерения запишется так

При этом само сравнение происходит под влиянием массы разнообразных факторов случайных и неслучайных, точный учет которых невозможен, а результат совместного воздействия непредсказуем. Если ограничиться только случайным слагаемым ξ, то получим уравнение измерения по шкале отношений:

Это уравнение является математической моделью измерения по шкале отношений, выражает процедуру измерения в реальных условиях и означает, что при повторенном измерении из-за случайного характера ξ результат каждый раз будет несколько иным и поэтому основной постулат метрологии формулируется как:

«Отсчет является случайным числом»

Основной постулат является фундаментальным положением в метрологии.

Аксиомы метрологии

Вторая аксиома: измерение есть не что иное как сравнение. Относится к процедуре измерения.То есть, нет другого способа получение информации о каких-нибудь размерах, кроме как путем сравнения их между собой. Все знают высказывание «Все познается в сравнении». Свыше 200 лет назад об этом же говорил Эйлер, известный математик: «Невозможно определить или измерить одну величину иначе, как приняв в качестве известной другую величину этого же рода и указав соотношение, в котором она находится с ней.»

Третья аксиома: результат измерения без округления является случайным. Эта аксиома относится к ситуации после измерения и отражает тот факт, что на результат всегда оказывает влияние множество случайных факторов, учет которых невозможен в принципе. И если не производить округления (огрубления), то результаты всякий раз будут различны, так как это отдельные значения случайного по своей природе измерения.

5. Обеспечение единства измерений

Под единством измерений понимают обеспечение достоверности измерений, а значения измеряемых величин приводятся в узаконенных единицах.

Метрология относится к такой сфере деятельности, в которой основные положения обязательно должны быть закреплены законом, принимаемым высшим законодательным органом страны.

Основные статьи Закона устанавливают:

— организационную структуру государственного управления обеспечения единства измерений,

— нормативные документы по обеспечению единства измерений,

— единицы величин и государственные эталоны единиц величин,

— средства и методики измерений.

Статьи Закона содержат положение по калибровке и сертификации средств измерений и устанавливают виды ответственности за нарушение Закона. В Законе определены состав и компетенция государственной метрологической службы ее отношения с отраслями и ведомствами. Необходимость принятия этого закона была обусловлена следующими причинами:

— использование неверных приборов и методик выполнения измерений. Это ведет к нарушению технологических процессов, потерям энергетических ресурсов, аварийным ситуациям, браку, и т.д.

— значительные затраты на получение достоверных результатов измерений. У нас в стране трудоемкость измерительных процедур составляет около 25% общей трудоемкости научно-исследовательской деятельности в спорте, тогда как в странах с развитой экономикой на измерения расходуется почти 6% ВНП.

— децентрализация управления экономикой в те годы вызвала необходимость структурных изменений в метрологии.

Закон дает возможность для создания в России новой системы измерений, которая может взаимодействовать с национальными системами измерений зарубежных стран, что необходимо для взаимного признания результатов испытаний и сертификации и использования мирового опыта. Закон укрепляет правовую базу для международного сотрудничества в области метрологии.

Закон установил ряд нововведений. Впервые введен институт лицензирования метрологической деятельности. Право выдачи лицензии предоставлено органам Государственной метрологической службы. Новым является введение обязательной сертификации продукции и услуг, включая спортивно-оздоровительные.

В 1994 году Правительство РФ утвердило 2 документа во исполнения принятого Закона

1) «Положение о государственных научно-метрологических центрах»,

В нем прописан порядок утверждения положений о метрологических службах федеральных органов исполнительной власти и юридических лиц и

2) «Положение о метрологическом обеспечении обороны в Российской Федерации«.

Эти документы вместе с Законом составляют законодательную метрологию, которая является правовой основой обеспечения единства измерений.

В организационном плане единство измерений обеспечивается метрологической службой России, состоящей из государственной и ведомственных метрологических служб. Ведомственная метрологическая служба есть и в спортивной отрасли.

Технической базой обеспечения единства является система воспроизведения определенных размеров физических величин и передачи информации о них всем без исключения средствам измерений в стране.

Вопросы по теме:

1. Как можно бороться с многомерностью в спортивных исследованиях?

2. Что понимают под квалитивностью измерений?

3. Сформулируйте основной постулат метрологии и поясните его.

4. Чем занимается законодательная метрология?

5. Назовите главную задачу метрологии.

6. Как бороться с систематической погрешностью?

7. В какой шкале измерений не закреплено положение нуля и где она применяется?

8. Какие математические действия применимы в шкале порядка?

9. В какой шкале измерений оценивают результаты в спортивной гимнастике?

Источник