основы метрологии. 1. 1 Основные понятия в области метрологии

• Название: 1. 1 Основные понятия в области метрологии
• Анкор: основы метрологии
• Дата: 09.02.2021
• Размер: 442.37 Kb.
• Имя файла: основы метрологии.docx
• Тип: Регламент; #175198
• страница: 4 из 11

1.5 Основные виды шкал и разновидности познавательных процедур.

1.5.1 Неметрические шкалы

Анализируя познавательную функцию измерения можно считать, что его сущность заключается в переходе от мира физических и социальных реальностей к системе определенных знаков, отображающих эти реальности. В данном случае под измерением понимается не только измерение в собственном смысле этого слова, но и ряд других, близких к нему познавательных процедур, которые можно назвать «обобщенными измерениями»

В зависимости от конкретной измерительной задачи в процессе познания возникает необходимость в получении различной количественной информации. Для этого используют различные шкалы.

Номинальная шкала является простейшей и наиболее слабой шкалой. В номинальной шкале числа служат условными названиями объектов или их классов. Номинальная шкала, применяется для индивидуальных объектов, называется также шкалой наименований. При этом не важно, что одному объекту присвоено большее число, а другому – меньшее, эти числа можно менять местами, потому что они – только «названия» объектов. Процедура присвоения имени объекту – необходимый этап формирования данных. Эта процедура не является познавательной, поскольку нельзя узнать имя нового объекта его нужно присвоить. Такая процедура называется назывательной.

Иначе обстоит дело с именами классов объектов. Сама по себе процедура присвоения имен классам (типам приборов, конструкциям самолетов, маркам автомобилей и т.д.) остается непознавательной, но когда имена классам уже присвоены, может возникнуть вопрос: «К какому классу относится вновь появившийся объект?». Ответ на этот вопрос порой совсем не очевиден и требует выполнения познавательной процедуры классификации, осуществляемой по шкале классификаций.

Познавательная процедура классификации существует во многих разновидностях, например: контроль изделий (классификация на годные и бракованные); проверка приборов; сложные и имеющие свои теоретические основы процедуры распознавания образов, диагностики, профессионального отбора и т.п.

Существенно более сильной является ординальная шкала или шкала порядка. Она учитывает наличие порядка в системе объектов. Так, студенты, сдавшие экзамен разбиваются на классы получивших оценки 2, 3, 4 и 5 в порядке роста их знаний. Здесь существенно то, что более знающему присваивается большее число и переставлять эти числа уже нельзя.

Процедуры формирования данных, основанные на шкалах порядка, могут быть как непознавательными, так и познавательными, в зависимости от того, как упорядочиваются объекты: по внешним для них признакам или по внутренним.

Упорядочивание по внешним признакам называется нумерацией. Так присвоение номеров домам отражает только порядок их следования на улице, но не какие-то их собственные особенности. Нумеруются эксперименты, исследуемые образцы, команды в программах, промышленные изделия, нумеруют студентов в алфавитном списке. Однако нумерация не является познавательной процедурой. Номера – это те же имена, только присвоенные в определенном порядке, а зачастую даже не подряд, а с резервными промежутками (номер командной строки).

Упорядочивание по внутренним свойствам есть познавательная процедура ранжирования. Классический пример – ранжирование образцов минералов. Их можно ранжировать, сравнивая твердости (минерал, наносящий царапину на другом, является более твердым). Таким образом, можно уже говорить о большей или меньшей твердости.

Ранжирование – это расстановка размеров в порядке их возрастания или убывания с целью получения измерительной информации по шкале порядка.

Для измерения по шкале порядка, итогом которого является вывод о том, что размер измеряемой величины больше или меньше какого-то известного значения, некоторые точки на шкале можно зафиксировать в качестве опорных – реперных. Значения, например, оценивают по реперной шкале порядка, имеющей 4 реперные точки: 2, 3, 4, 5. Классический пример шкалы порядка – минеральная шкала порядка твердости минералов – шкала Мооса. В ней определенным стандартным минералам (от талька до алмаза) в порядке возрастания присвоены целые числа от 1 до 10.

Другой пример: Интенсивность землетрясений измеряется по 12 бальной шкале МК-64: 1 – незаметное (отмечается только сейсмическими приборами); 2 – очень слабое (ощущается отдельными людьми находящимися в состоянии покоя); 3 – слабое (ощущается небольшой частью населения; 4 – умеренное; 5 – довольно сильное; 6 – сильное; 7 – очень сильное (трещины в стенах каменных домов, деревянные дома остаются невредимыми); 8 – разрушительное; 9 – опустошительное; 10 – уничтожающее; 11 – катастрофа (широкие трещины в земле, оползни, обвалы, каменные дома разрушаются); 12 – сильная катастрофа.

Недостатком шкалы порядка является неопределенность интервалов между реперными точками. Поэтому баллы нельзя складывать, перемножать, вычитать и делить. Можно сказать, что один размер больше или меньше другого, а на сколько больше или меньше, сказать нельзя.

Рассмотренные шкалы: номинальная (наименований и классификаций) и порядка (ординальная) относятся с неметрическим шкалам.

1.5.2 Метрические шкалы.

Более совершенной по отношению к шкале порядка является шкала, составленная из определенных интервалов. Общепринятым, например, является измерение времени по шкале разбитой на интервалы равные периоду обращения земли вокруг солнца – года (летоисчисление). Эти интервалы делятся на более мелкие: сутки (период обращения земли вокруг собственной оси). Такая шкала называется шкалой интервалов.

Шкала интервалов позволяет определить не только то, что один размер больше другого, но и на сколько этот размер больше. Таким образом, на шкале интервалов определены такие действия как сложения и вычитание.

Недостаток шкалы интервалов заключается в том, что нулевая точка шкалы является условной, то есть нельзя сказать во сколько раз один размер больше или меньше другого.

Пример: При любом летоисчислении коренной перелом в ходе 2 мировой войны произошел под Сталинградом спустя 700 лет после разгрома Александром невским немецких рыцарей на льду Чудского озера. Если попытаться определить во сколько раз позже наступило это событие, то окажется следующее:1 – по григорианскому (нашему) календарю 1942/1242 = 1,563; 2 – по юлианскому календарю (от сотворения мира): 7448/6748 = 1,1; 3 – по иудейскому календарю (от сотворения Адама) 5638/4938 = 1,14; 4 – по исламскому календарю (начинается с момента бегства Магомета из Мекки в Медину, где была основана первая мусульманская община) 1320/620 = 2,13.

На шкале интервалов известен только масштаб, а начало отсчета может быть выбрано произвольно. Поэтому абсолютное значение размера величины определить невозможно.

Шкалы интервалов получают путем пропорционального деления интервала между двумя реперными точками. Так, в температурной шкале Цельсия один градус является 1/100 частью интервала между температурой таяния льда (0 градусов) и температурой кипения воды (100 градусов). В температурной шкале Реомюра этот же интервал разбит на 80 интервалов, а в температурной шкале Фаренгейта – на 180 градусов, причем начало отсчета смещено в сторону низких температур на 32 градуса.

Более совершенной является шкала отношений.

Шкала отношений может быть получена, если в качестве одной из реперных точек использовать не условный, а фактический ноль величины.

По шкале отношений уже можно отсчитывать абсолютные значения размера и определять не только, на сколько один размер больше другого, но и во сколько раз он больше.

Пример: Температурная шкала Кельвина. За начало отсчета принят абсолютный ноль температуры, при котором прекращается тепловое движение молекул. Вторая реперная точка – температура таяния льда, по шкале Цельсия этот интервал равен 273,16 градусам. Чтобы сохранить размер единицы, по шкале Кельвина делят этот интервал на равные части, составляющие 1/273,16 интервала. 1 Кельвин = 1 Цельсию.

Шкала отношений является наиболее совершенной из рассмотренных шкал. На этой шкале определено наибольшее число математических операций: сложение, вычитание, умножение, деление.

При этом, к сожалению, не все величины можно измерять по шкале отношений. Например, время принципиально не может быть определено по шкале отношений, т.к. невозможно определить его абсолютное начальное значение.

В теории шкал рассматривается еще и абсолютная шкала, по которой измеряют относительные величины: коэффициент усиления и затухания, КПД, коэффициент трения и т.д. Существует мнение, что абсолютная шкала соответствует познавательной процедуре счета.