Основы теории измерений. Основной постулат метрологии. Измерительные шкалы. Основы метрологического обеспечения

(Файл M-3)  Лекция N 5__ МСС_5

Основы теории измерений. Основной постулат метрологии.

Измерительные шкалы. Основы метрологического обеспечения.

Измерением можно назвать  процесс взаимодействия прибора с изучаемым объектом, результатом которого является получение некоторой информации о свойствах объекта. Этот процесс протекает   в пространстве и времени и является объективным процессом. Взаимодействие прибора с микрообъектами и макрообъектами существенно отличны друг от друга. В последнем случае процесс измерения описывается с той или иной степенью точности законами классической физики и прибор не оказывает на измеряемый объект такого влияния, которое не могло бы быть точно учтено в терминах или понятиях классической физики, либо сделано как угодно малым. В квантовой механике в связи с объективно существующей двойственностью свойств микромира процесс измерения непременно связан с существенным влиянием прибора на протекание исследуемого явления. Воздействие на объект нельзя считать малым или несущественным – состояние объекта изменяется. Изменение это таково, что результаты измерения оказываются заданными лишь в рамках, ограниченных соотношениями неопределенностей.  

Процедура сравнения неизвестного размера с известным и выражения первого через второй в кратном или дольном отношении математически записывается в следующем виде:

,             (1)

где в качестве известного размера [Q] при измерении ФВ выступает соответствующая единица СИ. Информация о ней заложена либо  в значении вещественной меры, либо в разметке шкалы отсчетного устройства и др. Уравнение (1) называется уравнением измерения. Оно выражает некоторое действие, процедуру сравнения, которая собственно и является измерением. Особенность в том, что при многократном измерении одной и той же ФВ постоянного размера результат сравнения х , называемый отсчетом  по шкале отношений, получается все время разным. Это отличает практическую деятельность от теоретической модели 

.   (2)

Громадный опыт практических измерений, накопленный к настоящему времени, показывает, что x¹q. Теоретически отношения двух размеров q должно быть вполне определенным неслучайным числом. Практически сравнение этих размеров между собой происходит в условиях влияния множества случайных и неслучайных обстоятельств, точный учет которых невозможен. Поэтому результаты сравнения отличаются друг от друга. Это положение, установленное практикой, формулируется в виде аксиомы, которую можно назвать основным постулатом метрологии: отсчет является случайным числом.  Отсюда следует, что хотя значение измеряемой ФВ существует, определить его невозможно. Это есть противоречие, на разрешении которого основывается прогресс в области измерений.

Многие трудности в метрологии связаны с тем, что отсчет невозможно представить одним числом. Его можно лишь описать словами или математическими зависимостями, выражениями или символами. Это плотность распределения вероятности p(x_i), функция распределения вероятности F(x), гистограмма и полигон. Рассеяние результатов при многократном измерении одной и той же ФВ постоянного размера бывает следствием множества причин, вклад каждой из которых незначителен по сравнению с суммарным действием всех остальных. В этом случае центральная предельная теорема теории вероятностей утверждает, что результат измерения подчиняется так называемому нормальному закону.

Аксиомы метрологии

Будем различать искомую ФВ (исследуемое свойство объекта) и измеряемую