Люди часто стикаються з перебуванням який-небудь фізичної величини. У цьому випадку говорять про вимірювання чого-небудь. Цей термін походить з науки, яка називається метрологією. Що таке вимірювання?
Визначення
Вимірюванням називається процес визначення якої-небудь фізичної величини за допомогою засобів вимірювання досвідченим шляхом. Результат процесу вимірювання – це значення в прийнятих одиницях, яке називають дійсним. Принципом вимірювань називають фізичне явище або кілька таких явищ, які покладені в основу вимірювань. Наприклад, вимірювання температури за допомогою термоелектричного ефекту. Що таке метод вимірювання? Це така сукупність прийомів застосування засобів вимірювань та їх принципів. А що таке засіб вимірювання? Це ті технічні засоби, які мають метрологічні властивості, які відповідають нормам.
Види вимірювань
Отже, що таке вимірювання, визначення якого дано вище, зрозуміло. Але бувають ще і види, класифікацію яких проводять, виходячи з того, як вимірювана величина залежить від виду рівняння, часу, умов, які визначають точність підсумків вимірювання, а також способів, якими ці результати виражаються.
Залежність від часу
Звертаючи увагу на залежність величини, яка вимірюється від часу, можна виділити два види вимірювання:
Динамічними називаються такі вимірювання, в процесі яких величина змінюється в часі. Прикладом може бути вимірювання температури або тиску під час стиснення газу в циліндрах двигуна. Статичними називають вимірювання, при яких необхідна величина з плином часу не змінюється. Приклади: вимірювання температури, постійного тиску, розмірів. Залежність від рівняння
Спосіб отримання результатів, що визначається видом рівняння для вимірювань ділить вимірювання на прямі і непрямі, а також сумісні та сукупні.
Що таке пряме вимір? Це таке вимірювання, при якому потрібне значення фізичної величини знаходиться безпосередньо з даних, отриманих в результаті досвіду. Прикладами прямих вимірювань можуть служити: вимірювання температури за допомогою термометра, вимірювання діаметру виробу за допомогою мікрометра або штангенциркуля, вимірювання кутів за допомогою кутоміра. Що таке непряме вимірювання? Це таке вимірювання, при якому шукана величина визначається на підставі залежності між тими величинами, які перебувають за допомогою прямих вимірювань і шуканої величиною. Приклади таких вимірювань: вимірювання діаметра різьби за допомогою методу трьох дротиків, знаходження об'єму тіла з використання прямих вимірювань його розмірів. Непрямі вимірювання дуже поширені тоді, коли величину надто складно або неможливо виміряти прямим способом. Буває так, що шукану величину можна виміряти лише непрямим шляхом. Сюди можна віднести вимірювання розмірів астрономічних тел. Що таке вимірювання сукупні? Це таке вимірювання, при якому потрібні значення визначаються за результатами декількох вимірювань величин при різних поєднаннях. Саме значення шуканої величини визначається за допомогою рішення системи рівнянь, які складаються за результатами серії прямих вимірювань. Приклад сукупних вимірювань: визначення маси кожної гирі з набору, тобто це калібрування за відомою масою однієї з гир, а також за результатами прямих вимірювань і порівняння мас сполучень гир. Спільним вимірюванням називається те, яке проводиться одночасно для двох або декількох величин з різними іменами для того, щоб знайти між ними функціональну залежність. Прикладом може бути визначення довжини об'єкта в залежності від температури. Залежність від умов
За умовами, що визначають точність результату, можна розділити вимірювання на три класи: 1. Вимірювання точності, яка є максимальною. Сюди можна віднести вимірювання високої та еталонної точності. 2. Контрольно-перевірочні. Їх похибка з деякою ймовірність не повинна бути вище якогось заданого значення. 3. Технічні. Це вимірювання, де похибка підсумкового значення визначається характеристиками засобів, що використовуються в процесі вимірювання.
Залежність від способів вираження результатів
По способу вираження результатів вимірювання можна розділити на абсолютні та відносні.
Що таке вимірювання абсолютна? Це той вимір, який засновано на прямих вимірюваннях величин або на застосуванні значень якихось фізичних констант. Приклади: визначення сили струму в амперах, довжини в метрах. Що таке вимірювання відносне? Це таке вимірювання, при якому потрібну величину порівнюють з іншою величиною, яка відіграє роль одиниці, або є прийнятої за вихідну. Приклад таких вимірів: знаходження відносної вологості повітря, яка визначається у вигляді відношення кількості водяної пари в кубічному метрі повітря до числа парів, що насичують кубічний метр повітря при заданій температурі. Система вимірювань
Єдність вимірювань означає узгодженість всіх розмірів величин. Це очевидно, якщо звернути увагу на те, що одну і ту ж величину можна виміряти як прямими, так і непрямими методами. Такої узгодженості можна досягти, створивши систему одиниць. Перша така система з'явилася в кінці 18 століття. Нею стала всім відома метрична система. А першою науково обґрунтованою системою одиниць стала система, запропонована Карлом Гауссом. В ній були прийняті за основу три одиниці: секунда, міліметр і міліграм. Саме на основі такої абсолютної системи була побудована сучасна система одиниць.
Що таке одиниця виміру і якими вони бувають
Одиницею виміру називають конкретну величину, яка визначена і встановлена за домовленістю. З неї зіставляються інші величини такого ж роду для вираження їх розміру відносно вказаної величини. Кожної вимірюваної фізичної величини повинна відповідати своя одиниця виміру. Таким чином, окремі одиниці необхідні для вимірювання швидкості, довжини, об'єму, ваги, відстані і так далі. Кожну одиницю можна визначити, якщо вибрати якийсь еталон. Система одиниць стає більш зручною, якщо вона містить лише кілька одиниць, які обрані основними, а інші визначаються вже через них. Еталонної одиницею довжини є метр. Ґрунтуючись на цьому, одиницею площі вважають квадратний метр, одиниця швидкості – метр в секунду, а одиницею виміру обсягу – метр в кубі.
Похибка
Що таке похибка вимірювання? Цим терміном називають відхилення результатів вимірювання від дійсного або істинного значення величини, що вимірюється. Істинне значення величини є невідомим. Воно застосовується лише в теоретичних дослідженнях. Іноді на запитання «що таке похибка вимірювання?» можна почути в якості відповіді інше визначення – «похибка вимірювання». Але краще його не застосовувати, так як воно є менш вдалим.
Види похибок
Систематичної похибкою вимірювань є складова частина похибки підсумкового результату вимірювання, що залишається постійною або закономірно змінюється при повторюваних вимірюваннях фізичної величини. Характер вимірювання ділить систематичні похибки кілька видів.
Постійна похибка – це така похибка, яка зберігає своє значення протягом тривалого часу. Такий вид зустрічається найбільш часто. Прогресивна похибка – це та, яка безперервно зростає або убуває. Сюди можна віднести похибки, що відбуваються із-за зносу вимірювальних приладів або наконечників, які контактують з деталями. Періодична похибка – це похибка, значення якої являє собою періодичну функцію часу або переміщення покажчика приладу, що застосовується при вимірюванні. Похибка, яка вимірюється по складному закону – це та, яка відбувається за совісного дії відразу декількох систематичних похибок. Інструментальною похибкою називають складову похибки вимірювань, яка обумовлена похибкою використовуваного засобу. Похибкою методу вимірювань є складова, яка зумовлена недосконалістю методу, який прийнятий для вимірювання.
Результат вимірювання
Що таке результат вимірювання? Це значення фізичної величини, яке одержане шляхом її вимірювання. Невиправленим результатом вимірювання називають значення величини, яке отримано в процесі вимірювання до того, як в нього були введені поправки, що враховують систематичні похибки. Виправленим результатом є значення величини, яке отримано при вимірі і уточнено за допомогою введення потрібних поправок. Збіжністю результатів вимірювань називається близькість результатів, які виконувалися повторно за допомогою одних і тих же засобів, тим же самим методом і в тих самих умовах. Що таке відтворюваність результатів? Це близькість один до одного результатів, які були отримані в різних місцях, різними засобами та операторами за допомогою різних методів, але які були приведені до однакових умов. Поруч результатів вимірювань є послідовність значень однієї і тієї ж величини, які були отримані в результаті серії вимірювань, наступних друг за іншому.
Вимірювання інформації
Сьогодні можна вимірювати не тільки фізичні величини. Так як настала ера комп'ютерних технологій, всюди використовується інформація в цифровому вигляді. Її теж можна виміряти. Що таке вимірювання інформації? Це визначення кількості даних, які виражені в своїх одиницях. Еталонної одиницею виміру інформації є біт, який є обсягом інформації, яка виникає при рівноймовірно події. Наприклад, підкидання монети може призвести до двох равновероятним наслідків. Випадання однієї з сторін містить в собі інформацію обсягом в один біт. Назва цієї одиниці виміру походить від скорочення терміна «двійкове число». Це таке число, яке може приймати лише два значення – одиницю або нуль. Такі числа використовую у всіх видах обчислювальної техніки для подання будь-якої інформації. Так як біт є дуже маленькою одиницею вимірювання інформації, то прийнято використовувати більш великі. Це байти, кілобайти, мегабайти, гігабайти, терабайти і так далі. Об'єм, який займає будь-який символ, введений з клавіатури дорівнює одному байту. Це 8 біт.
Підсумки
Таким чином, були розглянуті всі поняття, що використовуються у вимірюванні. Це система вимірювань, похибка та її види, результати. Було розглянуто, що таке одиниця вимірювання, і якими ці одиниці бувають. Все це необхідно знати людям, що мають справу з наукою, обчисленнями, а також просто для розширення кругозору. Адже у вік інформаційних технологій актуальна мудрість про те, що знання – це сила.
