Метрология строится на основе ряда основополагающих постулатов, описывающих ее исходные аксиомы. Построению и исследованию этих аксиом—постулатов посвящено большое число научных исследований. Однако считать, что исследования в этой области закончены, не представляется возможным.
Первым постулатом метрологии является постулат : в рамках принятой модели объекта исследования существует определенная измеряемая физическая величина и ее истинное значение. Измеряемая величина существует лишь в рамках принятой модели, т. е. имеет смысл только до тех пор, пока модель признается адекватной объекту. Т.к. при различных целях исследований данному объекту могут быть сопоставлены различные модели, то из постулата вытекает следствие 1: для данной физической величины объекта измерения существует множество измеряемых величин (и соответственно их истинных значений).
Данная модель в течение времени, необходимого для измерения, должна позволять считать этот ее параметр неизменным: постулат : истинное значение измеряемой величины постоянно.
Выделив постоянный параметр модели, можно перейти к измерению соответствующей величины: следствие 1: для измерения переменной физической величины необходимо определить ее постоянный параметр — измеряемую величину.
При построении математической модели объекта измерения неизбежно приходится идеализировать те или иные его свойства. Эта неизбежная идеализация, принятая при построении модели объекта измерения, обуславливает неизбежное несоответствие между параметром модели и реальным свойством объекта, которое называется пороговым. Принципиальный характер понятия "пороговое несоответствие" устанавливается постулатом : существует несоответствие измеряемой величины исследуемому свойству объекта (пороговое несоответствие измеряемой величины). Пороговое несоответствие принципиально ограничивает достижимую точность измерений при принятом определении измеряемой ФВ.
Принципиально невозможно построить абсолютно адекватную модель объекта измерения => нельзя устранить пороговое несоответствие между измеряемой ФВ и описывающим ее параметром модели объекта измерений. Отсюда вытекает важное следствие 1: истинное значение измеряемой величины отыскать невозможно.
Модель можно построить только при наличии априорной информации об объекте измерения. При этом, чем больше информации, тем более адекватной будет модель и тем точнее и правильнее будет выбран ее параметр, описывающий измеряемую ФВ. Увеличение априорной информации уменьшает пороговое несоответствие. Данная ситуация отражается в следствии 2: достижимая точность измерения определяется априорной информацией об объекте измерения.
Приведенные постулаты и их следствия являются лишь одной из попыток построить теоретический фундамент метрологии и их не следует считать истиной в конечной инстанции.
Качество измерений характеризуется точностью, достоверностью, правильностью, сходимостью и воспроизводимостью, а также размером допускаемых погрешностей.
Точность измерения — характеристика качества измерения, отражающая близость к нулю погрешности его результата. Точность измерения является величиной качественной. Высокая точность измерения соответствует малым погрешностям и наоборот. Иногда точность количественно оценивают обратной величиной модуля относительной погрешности.
Достоверность измерений определяется степенью доверия к результату измерения и характеризуется вероятностью того, что истинное значение измеряемой величины находится в указанных пределах. Данная вероятность называется доверительной.
Правильность измерений — это характеристика измерений, отражающая близость к нулю систематических погрешностей результатов измерений.
Сходимость результата измерений — характеристика качества измерений, отражающая близость друг к другу результатов измерений одной и той же величины, выполняемых повторно одними и теми же методами и средствами измерений и в одних и тех же условиях. Сходимость измерений отражает влияние случайных погрешностей на результат измерения.
Воспроизводимость результатов измерений — характеристика качества измерений, отражающая близость друг к другу результатов измерений одной и той же величины, полученных в разных местах, разными методами и средствами измерений, разными операторами, но приведенных к одним и тем же условиям.
Количественная близость измеренного и истинного значений измеряемой величины описывается погрешностью результата измерений. Погрешность — это отклонение Х результата измерения Хизм от истинного значения Хнс измеряемой величины, определяемое по формуле Х = Xизм – Xис.
studfiles.net
Основной постулат и аксиома теории измерений - раздел Физика, Классификация физических величин
Размер физических величин. “Истинное значение” физических величин В настоящее время в метрологии используются следующие понятия для характеристики размера (количественной
Теоретические модели материальных объектов, явлений и процессов Реальные объекты и явления материального мира чрезвычайно сложны. Человеческое сознание не в состоянии ох
Физические модели Физика как наука о природе, изучающая простейшие, и вместе с тем, наиболее общие свойства материального мир
Математические модели Построенные выше физические модели необходимо описать с помощью символов в виде математических формул и у
Погрешности теоретических моделей Проблема достоверности наших представлений об окружающем мире, т.е. проблема соответствия модели объекта и
Измерение как физический процесс Измерение любой физической величины – это эксперимент, который включает в себя
Методы измерений как методы сравнения с мерой Это еще одна возможная классификация методов измерений – одна из самых важных, поскольку, по существу, проц
Метод прямого преобразования В это
Метод следящего уравновешивания Отличит
Мостовой метод Этот метод широко используется для измерения пассивных физических величин (объектов параметрического вид
Разностный метод Данный метод позволяет уменьшить сигнал на входе измерительного прибора и, тем самым, увеличить их точност
Нулевые методы Разностный метод называется нулевыми или компенсационным, в случае полной компенсации, т.е. если ра
Метод развёртывающей компенсации Основной недостаток метода следящего уравновешивания состоит в том, что при больших значениях величины
Измерительные преобразования физических величин Измерительное преобразование – однозначное преобразование одной физической величины в другую физическую
Статические характеристики и статические погрешности СИ Основная статическая характеристика СИ – функция преобр
Характеристики воздействия (влияния) окружающей среды и объектов на СИ Воздействие (влияние) окружающей среды и объектов на СИ приводит и к дополнительным инструментальным (адди
Полосы и интервалы неопределённости чувствительности СИ Неопределенность чувствительности СИ это – неопределенность статической функции преобразования, обуслов
СИ с мультипликативной погрешностью Эта погрешность связана со случайными изменениями наклона функции преобразования. В этом случае сигнал на
СИ с аддитивной и мультипликативной погрешностями В этом случае выходной сигнал имеет вид: . Пусть, как и выше
Измерение больших величин Что такое большие и малые измеряемые величины? Рассмотрим этот вопрос на примере измерения электрического
Формулы статических погрешностей средств измерений Рассмотрим погрешность, определяемую формулой (13) предыдущего раздела:
Полный и рабочий диапазоны средств измерений Полный диапазон СИ определяется интервалом измерения x, в котором относительная погрешность прибора
Динамические погрешности средств измерений Все выше сказанное про погрешности СИ относилось к статическим погрешностям. Динамические погрешности СИ
Динамическая погрешность интегрирующего звена Специфическим случаем динамической погрешности первого рода является погрешность усреднения, свойственн
Причины аддитивных погрешностей СИ К причинам возникновения аддитивных погрешностей СИ можно отнести: - наличие неэлектрических влияющи
Влияние сухого трения на подвижные элементы СИ Пусть элемент представляет собой массу m, на которую действует упругая сила, сила трения, а также внешня
Конструкция СИ Ввиду большого разнообразия существующих конструкций СИ, рассмотрим данную причину аддитивной погрешност
Контактная разность потенциалов В 1797г. Вольт установил, что если привести в электрический контакт металлы в следующей последовательности: Al
Термоэлектрический ток Если взять два металла 1 и 2 и привести их в контакт, а концы нагреть так, что Т1 не равна Т2
Помехи, возникающие из-за плохого заземления Если объект измерения и измерительный преобразователь заземлены в различных точках (например, при использ
Старение” и нестабильность параметров СИ “Старение ” элементов прибора сводиться к изменению их химических свойств и структуры, которые обусловле
Геометрическая нелинейность Пример 1. Зависимость периода колебаний математического маятника от амплитуды колебаний по форму
Физическая нелинейность Пример 1. Прибор для измерения малых перемещений (дилатометр). Здесь перемещение одной пласти
Токи утечки Всле
Меры активной и пассивной защиты Пассивная защита увеличивает сопротивление изоляции и включает: - создание пыленепроницаемо
Физика случайных процессов, определяющих минимальную погрешность измерений Методические и инструментальные погрешности измерений, рассмотренные выше, могли быть любой величины. В по
Возможности органов зрения человека Развитие техники измерений позволяет так построить процесс измерения и создать такие измерительные устан
Естественные пределы измерений При измерении макроскопических величин максимальная точность ограничена статистическими флуктуациями во
Соотношения неопределенности Гейзенберга Существование принципа неопределенности обусловлено корпускулярно-волновой природой (дуализмом) материа
Естественная спектральная ширина линий излучения Если применить соотношение неопределенностей между энергией и временем к спонтанному распаду в системах,
Абсолютная граница точности измерения интенсивности и фазы электромагнитных сигналов Применим соотношение к монохроматическим электромагнитн
Фотонный шум когерентного излучения Дискретная природа электромагнитного излучения в виде фотонов приводит к флуктуациям потока фотонов. Расс
Эквивалентная шумовая температура излучения Для описания шумов вводят так называемую эквивалентную шумовую температуру ТR излучения. При это
Электрические помехи, флуктуации и шумы Рассмотрим теперь электрические флуктуации, которые являются следствием дискретной природы электричеств
Дробовой шум В электронной лампе акты вылета электронов с катода или попадания их на анод образуют последовательность н
Шум генерации - рекомбинации В почти беспримесном полупроводнике электроны и дырки появляются и исчезают случайным образом под влияние
F-шум и его универсальность Шум 1/f проявляет себя на низких частотах (как правило, ниже 10 кГц) в виде шума избыточного по сравнению с
Импульсный шум Импульсный шум проявляет себя в p – n структурах и в неметаллических резисторах. Если этот шум усилить и
Математическая модель флуктуаций Любые макроскопические системы, даже находящиеся в состояния равновесия, не являются каким-то “застывшим
Простейшая физическая модель равновесных флуктуаций Всякую физическую систему всегда можно рассматривать как часть некой, пусть даже очень большой, замкнутой
Основная формула расчета дисперсии флуктуации Флуктуации – результат совместного действия огромного числа частиц образующих макросистему. В этом случа
Влияние флуктуаций на порог чувствительности приборов Флуктуации играют важную роль в действии современных высокочувствительных приборов – весов, гальванометр
Скорость свободного тела Будем рассматривать свободное твердое массой m как подсистему, находящуюся в тепловом контакте с окруж
Колебания математического маятника Найдем теперь средний угол случайных отклонений свободно
Повороты упруго подвешенного зеркальца Одним из простейших и наиболее чувствительных приборов я
Смещения пружинных весов Совершенно аналогичные результаты могут быть получены для пружинных весов.
Тепловые флуктуации в электрическом колебательном контуре Вследствие хаотического (теплового) движения электронов
Корреляционная функция и спектральная плотность мощности шума Корреляционная функция является детерминированной характеристикой случайного процесса (шума), котора
Флуктуационно-диссипационная теорема Теория равновесных флуктуаций, представленная выше, нашла свое завершение в виде флуктуационно-диссипацио
Если диссипация энергии в системе отсутствует, в ней не может быть равновесия. Следовательно, статистическое равновесие предполагает наличие диссипации. Например, маятник, выведенный т
Формулы Найквиста Электроны, находясь в проводящей среде, испытывают со сто
Спектральная плотность флуктуации напряжения и тока в колебательном контуре Представим, что колебательный контур представляет систем
Эквивалентная температура нетепловых шумов В большинстве случаев пороговая чувствительность приборов и установок ограничивается не тепловым, а каким
Внешние электромагнитные шумы и помехи и методы их уменьшения Существуют два основных способа уменьшения шумовых наводок: экранирование и заземление. Так как экраниров
Особенности проводящего экрана без тока Рассмотрим возможность экранирования проводника, помещенного в проводящий экран, от внешнего магнитного п
Особенности проводящего экрана с током Определим величину магнитной связи между экраном в виде п
Магнитная связь между экрана с током и заключенным в него проводником Вычислим напряжение, наводимое на центральный проводник вследствие прохождения по экрану тока Iэ и
Использование проводящего экрана с током в качестве сигнального проводника Лучший способ защиты сигнальной цепи от магнитных полей – уменьшение площади его контура. Площадь, предста
Защита пространства от излучения проводника с током Чтобы предотвратить излучение во внешнее пространство, источник помех можно заключить в экран. Теоретичес
Анализ различных схем защиты сигнальной цепи путем экранирования Было проведено сравнение экранирующих свойств в отношени
Сравнение коаксиального кабеля и экранированной витой пары Экранированная витая пара очень полезна на частотах до 100 кГц и в некоторых случаях до 10 МГц. На частотах
Особенности экрана в виде оплетки Большинство кабелей имеет экран в виде оплетки, а не сплошного проводника. Оплетка гибка, прочна на разрыв и
Влияние неоднородности тока в экране Проводимое выше рассмотрение магнитного экранирования основывалось на однородности распределения продол
Избирательное экранирование Примером устройства, где производится избирательное экранирование от электрического поля, а на магнитное
Подавление шумов в сигнальной цепи методом ее симметрирования Цель симметрирования состоит в том, чтобы сделать равными
Развязка по питанию В большинстве электронных систем источник питания постоя
Развязывающие фильтры Для изоляции схемы от источника питания, исключения связи между схемами и отвода шумов источника питания о
Защита от излучения высокочастотных шумящих элементов и схем Чтобы защититься от излучения «шумящих» высокочастотных схем, их помещают в металлические экраны. Чтобы эт
Шумы цифровых схем Хотя все рассмотренные выше методы шумоподавления применимы как к аналоговым (линейным), так и к цифровым с
Ближнее и дальнее электромагнитное поле Характеристики электромагнитного поля определяются: - источником; - окружающей его средой; -
Эффективность экранирования Ниже рассматривается эффективность экранирования тонких металлических листов в ближнем и дальнем полях. Э
Полное характеристическое сопротивление и сопротивление экрана Полное характеристическое сопротивление среды определяется следующим выражением:
Потери на поглощение При прохождении электромагнитной волны в среде ее амплитуда уменьшается экспоненциально, как показано на
Потери на отражение Потери на отражение на границе раздела двух сред связаны
Суммарные потери на поглощение и отражение для магнитного поля Общие потери для магнитного поля получаются в соответствии с уравнением (3) как комбинация потерь на поглощ
Влияние отверстий на эффективность экранирования Предыдущие вычисления эффективности экранирования велись в предположении, что экран сплошной и не имеет с
Влияние щелей и отверстий Величина утечки через разрывы в экране зависит главным образом от трех факторов: - максимального линей
Использование волновода на частоте ниже частоты среза Дополнительного ослабления поля можно достичь, если изме
Влияние круглых отверстий Обычно для обеспечения вентиляции используется конфигур
Использование проводящих прокладок для уменьшения излучения в зазорах Соединения, выполненные в виде непрерывного сварного или паяного шва, обеспечивают максимальное экраниров
Шумовые характеристики контактов и их защита В любом случае, когда контакты замыкают или размыкают цепь, в которой проходит ток, между ними может развить
Тлеющий разряд Когда газ ионизируется под действием электрического поля
Дуговой разряд Дуговой разряд может наблюдаться при напряжениях и расстояниях между контактами, намного меньших, чем те, к
Сравнение цепей переменного и постоянного тока Если мы хотим предохранить контакт от разрушения, то дугу, как только она возникнет, необходимо быстро прер
Материал контактов Ни один материал не может одинаково хорошо работать и при нулевых токах (обесточенная цепь), и при больших з
Индуктивные нагрузки Напряжение на индуктивности L определяется уравнением
Принципы защиты контактов На рис.7 в виде соотношений напряжение – расстояние представлены условия, необходимые для пробоя между кон
Подавление переходных процессов при индуктивных нагрузках Чтобы защитить контакты, переключающие индуктивные нагрузки и минимизировать излучаемые и наведенные пом
Цепь с емкостью На рис.16 показаны три вида цепей защиты, которые обычно ст
Цепь с емкостью и резистором На рис.16,б показана схема, в которой недостатки схемы рис.16,а преодолены за счет ограничения разрядн
Цепь с емкостью, резистором и диодом На рис.16,в представлена более сложная схема защиты контактов, в которой преодолены недостатки схем на р
Защита контактов при резистивной нагрузке В случае резистивных нагрузок и источников питания напряжением менее 300 В тлеющий разряд не возникает (и те
Рекомендации по выбору цепей защиты контактов Для определения типа цепей защиты контактов при различных нагрузках можно воспользоваться следующими рек
Паспортные данные на контакты Для контактов в паспорте обычно указываются максимально допустимые значения напряжения и тока при резисти
Идеальный генератор тока и идеальный генератор напряжения Рассмотрим простейшую электрическую цепь, содержащую ист
Согласование сопротивлений генераторных ИП Есть два преобразователя: генераторный измерительный преобразователь ИП, который представлен своей ЭДС —
Согласование сопротивлений параметрических преобразователей Эквивалентная схема соединения параметрического ИП с последующим измерительным показана на рис. Здесь Е
Принципиальное различие информационных и энергетических цепей При условии согласования преобразователей энергетический КПД генераторного преобразователя равен:
Использование согласующих трансформаторов В сл
Метод отрицательной обратной связи Рассмотрим измерительный преобразователь с мультипликативной погрешностью.
Метод уменьшения ширины полосы пропускания Данный метод является весьма эффективным для уменьшения влияния наводок и шумов, проникающих в измеритель
Эквивалентная полоса частот пропускания шумов Существуют различные критерии оценки эквивалентной полосы пропускания Dfэкв шумов для элементов,
Метод усреднения (накопления) сигнала Ширина полосы наблюдения сигнала (и, естественно, и шума) Df и время измерения T в самом общем виде свя
Метод фильтрации сигнала и шума Данный метод является простейшим средством сужения полосы пропускания. Будем различать следующие случаи:
Проблемы создания оптимального фильтра Проведение фильтрации сигнала вслепую связано с риском исказить форму сигнала. Поэтому желательно знать с
Метод переноса спектра полезного сигнала Рассмотрим этот метод на примере измерения светового потока нити накаливания электрической лампы (рис.)
Метод фазового детектирования В этом методе периодический сигнал проходит через усилит
Метод синхронного детектирования Функциональная блок-схема метода:
Погрешность интегрирования шумов с помощью RC - цепочки При интегрировании (усреднении) сигналов х(t) обычно предполагают, что интегрирование является идеа
Метод модуляции коэффициента преобразования СИ Функциональная блок-схема этого метода: Этот метод п
Применение модуляции сигнала для увеличения его помехозащищенности Чувствительность системы к помехам зависит не только от экранирования, заземления и т.п., но также и от испо
Метод дифференциального включения двух ИП Он позволяет уменьшить погрешность нуля (аддитивную погрешность) и уменьшить мультипликативную погрешнос
Метод коррекции элементов СИ метод коррекции рассмотрим на примерах. Пример 1.Пусть сопротивление резистора в измерительн
Методы уменьшения влияния окружающей среды и условий изменения Пассивная защита от быстро изменяющихся влияющих величин путем: - фильтрации; - амортизации;
Организация измерений Продуманная организация измерений, как определенная последовательность действий, позволяет обеспечить не
allrefers.ru
Как и любая другая наука, метрология строится на основе ряда основополагающих постулатов, описывающих ее исходные аксиомы. Построению и исследованию этих аксиом—постулатов посвящено большое число научных исследований [25]. Однако считать, что исследования в этой области закончены, не представляется возможным. Приведенные в [25] и рассмотренные далее постулаты метрологии будут в дальнейшем безусловно уточняться и дополняться [18].
Следует отметить, что любая попытка сформулировать исходные положения (постулаты) теории измерений встречает принципиальные затруднения. Это связано с тем, что, с одной стороны, постулаты должны представлять собой объективные утверждения, а с другой — предметом метрологии являются измерения, т.е. вид деятельности людей, предпринимаемой ими для достижения субъективных целей. Следовательно, необходимо сформулировать объективные утверждения, которые бы служили фундаментом научной дисциплины, имеющей существенный субъективный элемент. Первым постулатом метрологии является постулат а: в рамках принятой модели объекта исследования существует определенная измеряемая физическая величина и ее истинное значение. Если, например, считать, что деталь представляет собой цилиндр (модель — цилиндр), то она имеет диаметр, который может быть измерен. Если же деталь нельзя считать цилиндрической, например ее сечение представляет собой эллипс, то измерять ее диаметр бессмысленно, поскольку измеренное значение не несет полезной информации о детали. И, следовательно, в рамках новой модели диаметр не существует. Измеряемая величина существует лишь в рамках принятой модели, т. е. имеет смысл только до тех пор, пока модель признается адекватной объекту. Так как при различных целях исследований данному объекту могут быть сопоставлены различные модели, то из постулата a вытекает следствие a1: для данной физической величины объекта измерения существует множество измеряемых величин (и соответственно их истинных значений).
Итак, из первого постулата метрологии следует, что измеряемому свойству объекта измерений должен соответствовать некоторый параметр его модели. Данная модель в течение времени, необходимого для измерения, должна позволять считать этот ее параметр неизменным. В противном случае измерения цв могут быть проведены. Указанный факт описывается постулатом р: истинное значение измеряемой величины постоянно.
Выделив постоянный параметр модели, можно перейти к измерению соответствующей величины. Для переменной ФВ необходимо выделить или выбрать некоторый постоянный параметр и измерить его. В общем случае такой постоянный параметр вводится с помощью некоторого функционала. Примером таких постоянных параметров переменных во времени сигналов, вводимых посредством функционалов, являются средневыпрямленные или среднеквад-ратические значения. Данный аспект отражается в следствии b1: для измерения переменной физической величины необходимо определить ее постоянный параметр — измеряемую величину.
При построении математической модели объекта измерения неизбежно приходится идеализировать те или иные его свойства. Модель никогда не может полностью описывать все свойства объекта измерений. Она отражает с определенной степенью приближения некоторые из них, имеющие существенное значение для решения данной измерительной задачи. Модель строится до измерения на основе априорной информации об объекте и с учетом цели измерения. Измеряемая величина определяется как параметр принятой модели, а его значение, которое можно было бы получить в результате абсолютно точного измерения, принимается в качестве истинного значения данной измеряемой величины. Эта неизбежная идеализация, принятая при построении модели объекта измерения, обуславливает неизбежное несоответствие между параметром модели и реальным свойством объекта, которое называется пороговым. Принципиальный характер понятия "пороговое несоответствие" устанавливается постулатом g: существует несоответствие измеряемой величины исследуемому свойству объекта (пороговое несоответствие измеряемой величины). Пороговое несоответствие принципиально ограничивает достижимую точность измерений при принятом определении измеряемой ФВ.
Изменения и уточнения цели измерения, в том числе и такие, которые требуют повышения точности измерений, приводят к необходимости изменять или уточнять модель объекта измерений и переопределять понятие измеряемой величины. Основной причиной переопределения является то, что пороговое несоответствие ранее принятого определения не позволяет повысить точность измерения до уровня требуемой. Вновь введенный измеряемый параметр модели также может быть измерен лишь с погрешностью, которая в лучшем случае равна погрешности, обусловленной пороговым несоответствием. Поскольку принципиально невозможно построить абсолютно адекватную модель объекта измерения, то нельзя устранить пороговое несоответствие между измеряемой ФВ и описывающим ее параметром модели объекта измерений. Отсюда вытекает важное следствие g1: истинное значение измеряемой величины отыскать невозможно.
Модель можно построить только при наличии априорной информации об объекте измерения. При этом чем больше информации, тем более адекватной будет модель и соответственно точнее и правильнее будет выбран ее параметр, описывающий измеряемую ФВ. Следовательно, увеличение априорной информации уменьшает пороговое несоответствие. Данная ситуация отражается в следствии g2: достижимая точность измерения определяется априорной информацией об объекте измерения.
Из этого следствия вытекает, что при отсутствии априорной информации измерение принципиально невозможно. В то же время максимально возможная априорная информация заключается в известной оценке измеряемой величины, точность которой равна требуемой. В этом случае необходимости в измерении нет.
В заключение подчеркнем, что приведенные постулаты и их следствия являются лишь одной из попыток построить теоретический фундамент метрологии и их не следует считать истиной в конечной инстанции.
Дата добавления: 2015-07-10; просмотров: 124 | Нарушение авторских прав
Предмет метрологии | Структура теоретической метрологии | Краткий очерк истории развития метрологии | Классификация величин | Эквивалентности. Понятие счета | Понятия величины и контроля | Измерении | Элементы процесса измерений | Системы физических величин и их единиц | Физических величин |mybiblioteka.su - 2015-2018 год. (0.058 сек.)mybiblioteka.su
Как и любая другая наука, метрология строится на основе ряда основополагающих постулатов, описывающих ее исходные аксиомы. Построению и исследованию этих аксиом—постулатов посвящено большое число научных исследований [25]. Однако считать, что исследования в этой области закончены, не представляется возможным. Приведенные в [25] и рассмотренные далее постулаты метрологии будут в дальнейшем безусловно уточняться и дополняться [18].
Следует отметить, что любая попытка сформулировать исходные положения (постулаты) теории измерений встречает принципиальные затруднения. Это связано с тем, что, с одной стороны, постулаты должны представлять собой объективные утверждения, а с другой — предметом метрологии являются измерения, т.е. вид деятельности людей, предпринимаемой ими для достижения субъективных целей. Следовательно, необходимо сформулировать объективные утверждения, которые бы служили фундаментом научной дисциплины, имеющей существенный субъективный элемент. Первым постулатом метрологии является постулат а: в рамках принятой модели объекта исследования существует определенная измеряемая физическая величина и ее истинное значение. Если, например, считать, что деталь представляет собой цилиндр (модель — цилиндр), то она имеет диаметр, который может быть измерен. Если же деталь нельзя считать цилиндрической, например ее сечение представляет собой эллипс, то измерять ее диаметр бессмысленно, поскольку измеренное значение не несет полезной информации о детали. И, следовательно, в рамках новой модели диаметр не существует. Измеряемая величина существует лишь в рамках принятой модели, т. е. имеет смысл только до тех пор, пока модель признается адекватной объекту. Так как при различных целях исследований данному объекту могут быть сопоставлены различные модели, то из постулата вытекает следствие 1: для данной физической величины объекта измерения существует множество измеряемых величин (и соответственно их истинных значений).
Итак, из первого постулата метрологии следует, что измеряемому свойству объекта измерений должен соответствовать некоторый параметр его модели. Данная модель в течение времени, необходимого для измерения, должна позволять считать этот ее параметр неизменным. В противном случае измерения цв могут быть проведены. Указанный факт описывается постулатом р: истинное значение измеряемой величины постоянно.
Выделив постоянный параметр модели, можно перейти к измерению соответствующей величины. Для переменной ФВ необходимо выделить или выбрать некоторый постоянный параметр и измерить его. В общем случае такой постоянный параметр вводится с помощью некоторого функционала. Примером таких постоянных параметров переменных во времени сигналов, вводимых посредством функционалов, являются средневыпрямленные или среднеквад-ратические значения. Данный аспект отражается в следствии 1: для измерения переменной физической величины необходимо определить ее постоянный параметр — измеряемую величину.
При построении математической модели объекта измерения неизбежно приходится идеализировать те или иные его свойства. Модель никогда не может полностью описывать все свойства объекта измерений. Она отражает с определенной степенью приближения некоторые из них, имеющие существенное значение для решения данной измерительной задачи. Модель строится до измерения на основе априорной информации об объекте и с учетом цели измерения. Измеряемая величина определяется как параметр принятой модели, а его значение, которое можно было бы получить в результате абсолютно точного измерения, принимается в качестве истинного значения данной измеряемой величины. Эта неизбежная идеализация, принятая при построении модели объекта измерения, обуславливает неизбежное несоответствие между параметром модели и реальным свойством объекта, которое называется пороговым. Принципиальный характер понятия "пороговое несоответствие" устанавливается постулатом : существует несоответствие измеряемой величины исследуемому свойству объекта (пороговое несоответствие измеряемой величины). Пороговое несоответствие принципиально ограничивает достижимую точность измерений при принятом определении измеряемой ФВ.
Изменения и уточнения цели измерения, в том числе и такие, которые требуют повышения точности измерений, приводят к необходимости изменять или уточнять модель объекта измерений и переопределять понятие измеряемой величины. Основной причиной переопределения является то, что пороговое несоответствие ранее принятого определения не позволяет повысить точность измерения до уровня требуемой. Вновь введенный измеряемый параметр модели также может быть измерен лишь с погрешностью, которая в лучшем случае равна погрешности, обусловленной пороговым несоответствием. Поскольку принципиально невозможно построить абсолютно адекватную модель объекта измерения, то нельзя устранить пороговое несоответствие между измеряемой ФВ и описывающим ее параметром модели объекта измерений. Отсюда вытекает важное следствие 1: истинное значение измеряемой величины отыскать невозможно.
Модель можно построить только при наличии априорной информации об объекте измерения. При этом чем больше информации, тем более адекватной будет модель и соответственно точнее и правильнее будет выбран ее параметр, описывающий измеряемую ФВ. Следовательно, увеличение априорной информации уменьшает пороговое несоответствие. Данная ситуация отражается в следствии 2: достижимая точность измерения определяется априорной информацией об объекте измерения.
Из этого следствия вытекает, что при отсутствии априорной информации измерение принципиально невозможно. В то же время максимально возможная априорная информация заключается в известной оценке измеряемой величины, точность которой равна требуемой. В этом случае необходимости в измерении нет.
В заключение подчеркнем, что приведенные постулаты и их следствия являются лишь одной из попыток построить теоретический фундамент метрологии и их не следует считать истиной в конечной инстанции.
studfiles.net
