шкали вимірювань

1. Види шкал вимірювань
2. Номінальна шкала (шкала найменувань)
3. Шкала порядку (рангів)
4. Шкала інтервалів (різниць)
5. шкала відносин
6. абсолютні шкали
7. Виготовлення вимірювальної шкали своїми руками

Шкала вимірювань - це сукупність значень, що дозволяють кількісно або якісно відобразити властивості об'єкта вимірювань. Різноманітні прояви (кількісні або якісні) будь-якого властивості утворюють безлічі, відображення елементів яких на впорядкована множина чисел або в більш загальному випадку умовних знаків утворюють шкали вимірювання цих властивостей. Шкала вимірювань кількісного властивості є шкалою фізичної величини. Шкала фізичної величини - це впорядкована послідовність значень ФВ, прийнята за згодою на підставі результатів точних вимірювань.

Види шкал вимірювань

У практичній діяльності необхідно проводити вимірювання різних величин, що характеризують властивості тіл, речовин, явищ і процесів. Деякі властивості вимірювальних шкал в метрології проявляються тільки якісно, ​​інші - кількісно.

Шкала - упорядкований числовий або символьний ряд значень, що відображає допустимі варіації значень вимірюваної величини.

Відповідно до логічної структурою прояви властивостей розрізняють п'ять основних видів шкал вимірювань: шкали найменувань, шкали порядку, шкали інтервалів, шкали відносин, абсолютні шкали.

Номінальна шкала (шкала найменувань)

Малюнок - Приклад номінальної шкали (атлас квітів)

Такі шкали вимірювань в метрології використовуються для класифікації емпіричних об'єктів, властивості яких проявляються лише в відношенні еквівалентності ці властивості не можна вважати фізичними величинами, тому шкали такого виду але є шкалами ФВ. Номінальні шкали, або, як їх ще називають шкали найменувань так само називають шкалами вимірювань, або шкалами класифікацій. Це найпростіший тип шкал, заснований на приписуванні якісним властивостям об'єктів чисел, що грають роль імен.

У номінальних шкалах, в яких віднесення об'єкту, що відбивається властивості до того чи іншого класу еквівалентності здійснюється з використанням органів почуттів людини, найбільш адекватний результат, обраний більшістю експертів. При цьому велике значення має правильний вибір класів еквівалентної шкали - вони повинні надійно відрізнятися спостерігачами, експертами, які оцінюють дане властивість. Нумерація об'єктів за шкалою найменувань здійснюється за принципом: «не приписуй одну і ту ж цифру різним об'єктам". Числа, приписані об'єктам, можуть бути використані для визначення ймовірності або частоти появи даного об'єкта, але їх не можна використовувати для підсумовування і інших математичних операцій.

Оскільки дані шкали характеризуються тільки відносинами еквівалентності, то в них відсутня поняття нуля, "більше" або "менше" і одиниці вимірювання. Прикладом номінальних шкал є широко поширені атласи квітів, призначені для ідентифікації кольору.

Шкала порядку (рангів)

Якщо властивість даного емпіричного об'єкта проявляє себе в відношенні еквівалентності і порядку за зростанням або спаданням кількісного прояву властивості, то для нього може бути побудована шкала порядку. Вона є монотонно зростаючої чи спадаючої і дозволяє встановити відношення більше / менше між величинами, що характеризують вказане властивість. У шкалах порядку існує чи не існує нуль, але принципово не можна ввести одиниці виміру, так як для них не встановлено відношення пропорційності і відповідно немає можливості судити у скільки разів більше або менше конкретні прояви властивості.

У випадках, коли рівень пізнання явища не дозволяє точно встановити відносини, що існують між величинами даної характеристики, або застосування зручно і досить для практики, використовують умовні (емпіричні) шкали порядку. Умовна шкала - це шкала ФВ, вихідні значення якої виражені в умовних одиницях. Приклад шкали порядку - шкала в'язкості Енглера, 12-бальна шкала Бофорта для сили морського вітру.

Малюнок - Приклад шкали порядку (шкала Бофорта)

Широке поширення отримали шкали вимірювань порядку з нанесеними на них крапками реперів. До таких шкалами, наприклад, відноситься шкала Мооса для визначення твердості мінералів, яка містить 10 опорних (реперних) мінералів з різними умовними числами твердості: тальк - 1; гіпс - 2; кальцій - 3; флюорит - 4; апатит - 5; ортоклаз - 6; кварц - 7; топаз - 8; корунд - 9; алмаз - 10. Віднесення мінералу до тієї чи іншої градації твердості здійснюється на підставі експерименту, який полягає в тому, що випробуваний матеріал дряпається опорним. Якщо після дряпання випробуваного мінералу кварцом (7) на ньому залишається слід, а після ортоклаза (6) - не залишається, то твердість випробуваного матеріалу становить понад 6, але менше 7. Більш точної відповіді в цьому випадку дати неможливо,

В умовних шкалах однаковим інтервалах між розмірами цієї величини не відповідають однакові розмірності чисел, що відображають розміри. За допомогою цих чисел можна знайти ймовірності, моди, медіани, квантилі, однак їх не можна використовувати для підсумовування, множення і інших математичних операція. Визначення значення величин за допомогою шкал порядку не можна вважати виміром, так як на цих шкалах не можуть бути введені одиниці вимірювання. Операцію по приписування числа необхідної величини слід вважати оцінюванням. Оцінювання за шкалами порядку є неоднозначним і досить умовним, про що свідчить розглянутий приклад.

Шкала інтервалів (різниць)

Ці шкали вимірювань в метрології є подальшим розвитком шкал порядку і застосовуються для об'єктів, властивості яких задовольняють відносин еквівалентності, порядку та адитивності. Шкала інтервалів складається з однакових інтервалів, має одиницю вимірювання і довільно вибране початок - нульову точку. Приклад шкали інтервалів - літочислення з різних календарів, в яких за початок відліку прийнято або створення світу, або різдво Христове і т.д. Температурні шкали Цельсія, Фаренгейта і Реомюра також є шкалами інтервалів.

Малюнок - Приклад шкали інтервалів (Температурні шкали Цельсія і Фаренгейта)

На шкалі інтервалів визначені дії додавання і віднімання інтервалів. Дійсно, за шкалою часу інтервали можна підсумувати або віднімати і порівнювати, у скільки разів один інтервал більше іншого, але складати дати будь-яких подій просто безглуздо.

Шкала інтервалів величини Q описується рівнянням Q = Q о + q [Q], де q - числове значення величини; Q о - початок відліку шкали; [Q] - одиниця даної величини. Така шкала повністю визначається завданням початку відліку Q о шкали і одиниці цієї величини [Q].

Встановлення шкали практично можна двома шляхами. При першому з них вибираються два значення Q о і Q1, величини, які відносно легко реалізовані фізично. Ці значення називаються опорними точками, або основними реперами, а інтервал (Q1 ~ Q о) - основним інтервалом. Точка Q о приймається за початок відліку, а величина (Q1 -Qо) / n = [Q о] за одиницю Q. При цьому n вибирається таким, щоб [Q] було цілою величиною.

Малюнок - Приклад шкали відносин

При другому шляху завдання шкали одиниця відтворюється безпосередньо як інтервал, його деяка частка або деяке число інтервалів розмірів даної величини, а початок відліку вибирають кожен раз по-різному в залежності від конкретних умов досліджуваного явища. Приклад такого підходу - шкала часу, в якій 1с = 9192631770 періодів випромінювання, відповідних переходу між двома надтонкими рівнями основного стану атома цезію-133. За початок відліку приймається початок досліджуваного явища.

шкала відносин

Шкала відносин описує властивості емпіричних об'єктів, які задовольняють відносин еквівалентності, порядку та адитивності (шкали другого роду - адитивні), а в ряді випадків і пропорційності (шкали першого роду - пропорційні). Приклад шкали відносин - шкала маси (другого роду), термодинамічної температури (першого роду).

У шкалах відносин існує однозначний природний критерій нульового кількісного прояву властивості і одиниця вимірювання, встановлена ​​за згодою. З формальної точки зору цей вид шкал вимірювань є шкалою інтервалів з природним початком відліку. До значенням, отриманим за цією шкалою, застосовні всі арифметичні дії, що має важливе значення при вимірювань фізичних величин.

Малюнок - Приклад абсолютної шкали (шкала температур Кельвіна)

Шкали відносин - найдосконаліші. Вони описуються рівнянням Q = q [Q], де Q - ФВ, для якої будується шкала, [Q] - її одиниця виміру, q - числове значення ФВ. Перехід від однієї шкали відносин до іншої відбувається відповідно до рівняння q2 = q1 [Q1] / [Q2].

абсолютні шкали

Абсолютні шкали - це шкали, що володіють усіма ознаками шкал відносин, але додатково мають природне однозначне визначення одиниці виміру і не залежать від прийнятої системи одиниць вимірювання. Прикладом абсолютної шкали можуть стати шкали з відносним величинам: коефіцієнту посилення, ослаблення і ін. Для утворення багатьох похідних одиниць в системі СІ використовуються безрозмірні і рахункові одиниці абсолютних шкал.

Відзначимо, що шкали найменувань і порядку називають Неметричні (концептуальними), а шкали інтервалів і відносин - метричними (матеріальними). Метричні і абсолютні шкали відносяться до розряду лінійних. Практична реалізація шкал вимірювань в метрології здійснюється шляхом стандартизації як самих шкал і одиниць вимірювань, так і, в необхідних випадках, способів і умов їх однозначного відтворення.

Виготовлення вимірювальної шкали своїми руками

Відео про те, як самостійно зробити шкалу стрілочного приладу на прикладі виготовлення шкали амперметра.

Схожі матеріали