Типы шкал

1. шкала наименований (шкала классификации): используется для выявления различий между объектами или классификации объектов, свойства которых проявляются только в отношении эквивалентности (совпадения или несовпадения). Основана на приписывании качественным свойствам объектов чисел, играющих роль имен. Нумерация объектов по шкале наименований осуществляется по принципу: «не приписывай одну и ту же цифру разным объектам »; в них отсутствует понятие «0», «больше» или «меньше» и единицы измерения.

Пример - атласы цветов, предназначенные для идентификации цвета, шкала обозначения городских телефонных номеров.

2. шкала порядка (шкала рангов): содержит монотонно изменяющиеся размеры измеряемых величин и позволяет установить отношение больше/меньше между величинами, характеризующими указанное свойство.

Пример - 12-балльная шкала Рихтера, 12-балльная шкала Бофорта для измерения силы морского ветра, 4-х балльная шкала для оценивания знаний, 10-балльная шкала минералогической твердости (шкала Мооса).

3. шкала интервалов (шкала разностей): состоит из одинаковых интервалов, имеет единицу измерения и произвольно выбранное начало - нулевую точку. На шкале интервалов определены действия сложения и вычитания интервалов.

Пример - (шкала интервалов времени): летосчисление по различным календарям, в которых за начало отсчета принято либо сотворение мира (юлианский календарь), либо Рождество Христово (григорианский календарь); шкала Цельсия (за начало отсчета принята температура таяния льда), шкала Фаренгейта (за начало отсчета принята температура таяния смеси льда, поваренной соли и нашатыря).

4. шкала отношений (подобия): в этой шкале существует однозначный естественный ноль и единица измерения. С формальной точки зрения шкала отношений является шкалой интервалов с естественным началом отсчета. К значениям, полученным по этой шкале, применимы все арифметические действия.

Пример - шкала массы, шкала термодинамической температуры, связанная со шкалой Кельвина, шкала длины.

Переход от одной шкалы отношений к другой, эквивалентной ей шкале осуществляется с помощью преобразования подобия, поэтому шкалы отношений отражают, во сколько раз свойство одного объекта превосходит это же свойство другого объекта.

5. абсолютная шкала: обладает всеми признаками шкалы отношений, но дополнительно имеет естественное однозначное определение единицы измерения.

Абсолютные шкалы используют для измерения относительных величин, например, коэффициента усиления, отражения, амплитудной модуляции.

126-129. 1-м этапом любого измерения является постановка измерительной задачи. Он включает в себя:

• сбор данных об условиях измерения и исследуемой ФВ, т.е. накопление априорной информации об объекте измерения и ее анализ; • формирование модели объекта и определение измеряемой величины, что является наиболее важным, особенно при решении сложных измерительных задач. Измеряемая величина определяется с помощью принятой модели как ее параметр или характеристика. В простых случаях, т.е. при измерениях невысокой точности, модель объекта в явном виде не выделяется, а пороговое несоответствие пренебрежимо мало;
• постановку измерительной задачи на основе принятой модели объекта измерения;
• выбор конкретных величин, посредством которых будет находиться значение измеряемой величины;
• формулирование уравнения измерения.

2-м этапом процесса измерения является планирование измерения. В общем случае оно выполняется в следующей последовательности:
• выбор методов измерений непосредственно измеряемых величин и возможных типов СИ;
• априорная оценка погрешности измерения;
• определение требований к метрологическим характеристикам СИ и условиям измерений;
• выбор СИ в соответствии с указанными требованиями;
• выбор параметров измерительной процедуры (числа наблюдений для каждой измеряемой величины, моментов времени и точек выполнения наблюдений);
• подготовка СИ к выполнению экспериментальных операций;
• обеспечение требуемых условий измерений или создание возможности их контроля.

Эти первые два этапа, являющиеся подготовкой к измерениям, ошибки, допущенные при подготовке измерений, с трудом обнаруживаются и корректируются на последующих этапах.
3-й, главный этап измерения — измерительный эксперимент. В узком смысле он является отдельным измерением. В общем случае последовательность действий во время этого этапа следующая:
• взаимодействие средств и объекта измерений;
• преобразование сигнала измерительной информации;
• воспроизведение сигнала заданного размера;
• сравнение сигналов и регистрация результата.

Последний этап измерения — обработка экспериментальных данных. В общем случае она осуществляется в последовательности, которая отражает логику решения измерительной задачи:

• предварительный анализ информации, полученной на предыдущих этапах измерения;
• вычисление и внесение возможных поправок на систематические погрешности;
• формулирование и анализ математической задачи обработки данных;
• построение или уточнение возможных алгоритмов обработки данных, т.е. алгоритмов вычисления результата измерения и показателей его погрешности;
• анализ возможных алгоритмов обработки и выбор одного из них на основании известных свойств алгоритмов, априорных данных и предварительного анализа экспериментальных данных;
• проведение вычислений согласно принятому алгоритму, в итоге которых получают значения измеряемой величины и погрешностей измерений;
• анализ и интерпретация полученных результатов;
• запись результата измерений и показателей погрешности в соответствии с установленной формой представления.

130. Эталон — это средство измерения или их комплекс, обеспечивающий воспроизведение или хранение единиц величин с наивысшей точностью для данного уровня развития измерительной техники с целью передачи ее размера нижестоящим по поверочной схеме средствам измерения.

Эталон должен обладать 3 свойствами:
1) неизменность — свойство эталона удерживать неизменный размер воспроизводимой им единицы величины в течении длительного интервала времени;
2) воспроизводимость — возможность воспроизводить единицы физической величины с наименьшей погрешностью для существующего уровня развития измерительной техники;
3) сличаемость — возможность сличения с эталоном других средств измерения нижестоящих по поверочной схеме с наивысшей точностью для существующего уровня развития измерительной техники.

131. Эталон— средство измерений (или комплекс СИ), предназначенное для воспроизведения и (или) хранения единицы и передачи ее размера нижестоящим по поверочной схеме СИ и утвержденное в качестве эталона в установленном порядке. Классификация, назначение и общие требования к созданию, хранению и применению эталонов устанавливает ГОСТ 8.057-80.

132. Неизменность — свойство эталона удерживать неизменным размер воспроизводимой им единицы в течение длительного интервала времени, при этом все изменения, зависящие от внешних условий, должны быть строго определенными функциями величин, доступных точному измерению. Реализация этих требований привела к идее создания "естественных" эталонов различных величин, основанных на физических постоянных.

133. Воспроизводимость— возможность воспроизведения единицы ФВ (на основе ее теоретического определения) с наименьшей погрешностью для существующего уровня развития измерительной техники. Это достигается путем постоянного исследования эталона в целях определения систематических погрешностей и их исключения путем введения соответствующих поправок.

134. Сличаемость — возможность обеспечения сличения с эталоном других СИ, нижестоящих по поверочной схеме, в первую очередь вторичных эталонов, с наивысшей точностью для существующего уровня развития техники измерения. Это свойство предполагает, что эталоны по своему устройству и действию не вносят каких-либо искажений в ре­зультаты сличений и сами не претерпевают изменений при проведении сличений.

135. первичный— обеспечивает воспроизведение и хранение единицы с наивысшей в стране (по сравнению с другими эталонами той же величины) точностью. Первичные эталоны — это уникальные СИ, часто представляющие собой сложнейшие измерительные комплексы, созданные с учетом новейших достижений науки и тех­ники. Они составляют основу государственной системы обеспеченияединства измерений;

136. государственный— это первичный или специальный эталон, официально утвержденный в качестве исходного для страны. Утверждение проводит главный метрологический орган страны. Государственные эталоны создаются, хранятся и применяются центральными метрологическими научными институтами страны. Точность воспроизведения единицы должна соответствовать уровню лучших мировых достижений и удовлетворять потребностям науки и техники. В состав государственных эталонов включаются СИ, с помощью которых воспроизводят и (или) хранят единицу ФВ, контролируют условия измерений и неизменность воспроизводимого или хранимого размера единицы, осуществляют передачу размера единицы. Государственные эталоны подлежат периодическим сличениями с государственными эталонами других стран139.вторичный — хранит размер единицы, полученной путем сличения с первичным эталоном соответствующей ФВ. Вторичные эталоны являются частью подчиненных средств хранения единиц и передачи их размеров, создаются и утверждаются в тех случаях, когда это необходимо для организации поверочных работ, а также для обеспечения сохранности и наименьшего износа государственного эталона. В состав вторичных эталонов включаются СИ, с помощью которых хранят единицу ФВ, контролируют условия хранения и передают размер единицы.

137. Национальный эталон (англ. national standard) – эталон, признанный официальным решением служить в качестве исходного для страны.
Примечание. Данное определение соответствует VIM-93 [1]. Оно по существу совпадает с определением понятия государственный эталон. Это свидетельствует о том, что термины государственный эталон и национальный эталон отражают одно и то же понятие. Вследствие этого термин национальный эталон применяют в случаях проведения сличения эталонов, принадлежащих отдельным государствам, с международным эталоном или при проведении так называемых круговых сличений эталонов ряда стран.

138. Исходный эталон (англ. reference standard) – эталон, обладающий наивысшими метрологическими свойствами из имеющихся в данном виде измерений (в стране или группе стран, в регионе, министерстве (ведомстве), организации, предприятии или лаборатории), от которого получают размер единицы подчиненные ему средства измерений.
Примечания:

· В некоторых странах СНГ в качестве исходного эталона единицы той или иной величины служит вторичный эталон, который получает размер единицы от первичного эталона страны - хранителя этого эталона.

· Эталоны, стоящие в поверочной схеме ниже исходного эталона, обычно называют подчиненными эталонами.

139. Вторичный эталон (англ. secondary standard) – эталон, получающий размер единицы непосредственно от первичного эталона данной единицы.
Примечание. К вторичным эталонам относят эталоны-копии, рабочие эталоны и эталоны сравнения.

140. эталон-копия – предназначен для передачи размера единицы рабочим эталонам. Он создается в случае необходимости проведения большого числа поверочных работ с целью предохранения первичного или специального эталона от преждевременного износа. Эталон-копия представляют собой копию государственного эталона только по метрологическому назначению, поэтому он не всегда является его физической копией;

141.Эталон сравнения (англ. transfer standard) – вторичный эталон, применяемый для сличений эталонов, которые по тем или иным причинам не могут быть непосредственно сличены друг с другом.

142. рабочий эталон– применяется для передачи размера единицы рабочим средствам измерений. Это самые распространенные эталоны. С целью повышения точности измерений ФВ рабочие эталоны применяются во многих территориальных метрологических о­ганах и лабораториях министерств и ведомств.

143. Различают следующие виды эталонов:

• первичный — обеспечивает воспроизведение и хранение единицы с наивысшей в стране (по сравнению с другими эталонами той же величины) точностью. Первичные эталоны — это уникальные СИ, часто представляющие собой сложнейшие измерительные комплексы, созданные с учетом новейших достижений науки и тех­ники. Они составляют основу государственной системы обеспеченияединства измерений;

• специальный — обеспечивает воспроизведение единицы в особых условиях, в которых прямая передача размера единицы от первичного эталона с требуемой точностью не осуществима, и служит для этих условий первичным эталоном;

• государственный — это первичный или специальный эталон, официально утвержденный в качестве исходного для страны. Утверждение проводит главный метрологический орган страны. Государственные эталоны создаются, хранятся и применяются центральными метрологическими научными институтами страны. Точность воспроизведения единицы должна соответствовать уровню лучших мировых достижений и удовлетворять потребностям науки и техники. В состав государственных эталонов включаются СИ, с помощью которых воспроизводят и (или) хранят единицу ФВ, контролируют условия измерений и неизменность воспроизводимого или хранимого размера единицы, осуществляют передачу размера единицы. Государственные эталоны подлежат периодическим сличениями с государственными эталонами других стран

• вторичный — хранит размер единицы, полученной путем сличения с первичным эталоном соответствующей ФВ. Вторичные эталоны являются частью подчиненных средств хранения единиц и передачи их размеров, создаются и утверждаются в тех случаях, когда это необходимо для организации поверочных работ, а также для обеспечения сохранности и наименьшего износа государственного эталона. В состав вторичных эталонов включаются СИ, с помощью которых хранят единицу ФВ, контролируют условия хранения и передают размер единицы.

144. По своему метрологическому назначению вторичные эталоны делятся на следующие:

• эталон-копия – предназначен для передачи размера единицы рабочим эталонам. Он создается в случае необходимости проведения большого числа поверочных работ с целью предохранения первичного или специального эталона от преждевременного износа. Эталон-копия представляют собой копию государственного эталона только по метрологическому назначению, поэтому он не всегда является его физической копией;

• эталон сравнения – применяется для сличения эталонов, которые по тем или иным причинам не могут быть непосредственно сличаемы друг с другом;

• эталон-свидетель – предназначен для проверки сохранности и неизменности государственного эталона и замены его в случае порчи или утраты. В настоящее время только эталон килограмма имеет эталон-свидетель. Его основное назначение – обеспечивать возможность контролироля постоянства основного эталона;

• рабочий эталон – применяется для передачи размера единицы рабочим средствам измерений. Это самые распространенные эталоны. С целью повышения точности измерений ФВ рабочие эталоны применяются во многих территориальных метрологических о­ганах и лабораториях министерств и ведомств.

145. Поверку осуществляют по поверочным схемам, которые устанавливают систему передачи размера единицы физической величины от государственного эталона к рабочим СИ.

Поверочная схема – это утвержденный в установленном порядке документ, устанавливающий средства, методы и точность передачи размеров единиц от эталона или исходного образцового СИ рабочим СИ.

146. Текстовая часть схемы состоит из вводной части и пояснений к элементам поверочной схемы, несущим дополнительную информацию. Вводная часть охватывает назначение ГПЭ и ГПС, основные МХ эталона и порядок передачи размера единицы физической величины от первичного эталона при помощи вторичных эталонов и образцовых СИ рабочим средствам.

В тексте приводится научно-техническое обоснование поверочных схем с позиций оптимальности структуры схемы, т.е. образцовых СИ, числа ступеней передачи размера и др. Это обоснование должно проводится с учетом следующего:

· Оптимальных соотношений погрешности поверяемого и образцового СИ;

· Допускаемой вероятности признания годным метрологически неисправного СИ;

· Допускаемого отношения числа метрологически исправных, но забракованных СИ к общему числу метрологически исправных СИ.

Далее в текстовой части приводятся разделы: эталонов, образцовых СИ, рабочих СИ. Каждый раздел начинается с перечня СИ, которые могут быть использованы как эталонные и образцовые. Указываются МХ, доверительные вероятности при определении погрешностей. Приводятся наименования СИ, которые могут быть поверены эталонами или образцовыми СИ с указанием метода поверки и его погрешности.

147. По способу получения результатов измерений их разделяют на

•прямые;

•косвенные;

•совокупные;

•совместные

.

Прямые - это измерения, при которых искомое значение физической величины находят непосредственно из опытных данных .

Косвенные – это измерения, при которых искомую величину определяют на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям, т.е. измеряют не собственно определяемую величину, а другие, функционально с ней связанные.

Совокупные – это производимые одновременно измерения нескольких одноименных величин, при которых искомую определяют решением системы уравнений, получаемых при прямых измерениях различных сочетаний этих величин.

148. Классификационным признаком в таком разделении методов измерений является наличие или отсутствие меры при измерениях.

Метод непосредственной оценки – метод измерений, при котором значение величины определяют непосредственно по показывающему средству измерений.

Метод сравнения с мерой (метод сравнения) – метод измерений, в котором измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой.