Теория измерений. 
Физические основы измерений

Аспекты измерения

Под техническим измерением понимается последовательность операций, выполняемых над объектом измерения, согласно установленному правилу с применением технических средств с целью определения физических свойств объекта измерения.

Объектом измерения может быть любая физическая величина, система, процесс или явление. Установленным правилом является метод или стратегия измерений. Техническим средством при измерении выступает измерительная система.

Физической величиной называют свойство, общее в качественном отношении многим физическим объектам, физическим системам, их состояниям и происходящим в них процессам, но в количественном отношении индивидуальное для каждого объекта. Все многообразие величин сводится в системы физических величин, связанных между собой зависимостями.

Одним из наиболее существенных аспектов измерения является сбор информации. Измерения производятся для того, чтобы что-то узнать об объекте измерения. Это означает, что результат измерения должен описывать то состояние или то явление в окружающем нас мире, которое мы измеряем. Между этим состоянием или явлением и результатом измерения должно существовать то или иное соотношение. Получение информации является необходимым, но не достаточным для определения измерения. Если студент читает учебник, он накапливает информацию, но не выполняет измерения.

Второй аспект измерения состоит в том, что оно должно быть избирательным . Измерение может снабдить нас сведениями только о том, что мы хотим, но ничего не говорит ни об одном из многих других состояний или явлений вокруг нас.

Третьим аспектом является то, что измерение должно быть объективным. Исход измерения не должен зависеть от наблюдателя. Любой наблюдатель должен извлекать из измерения одну и ту же информацию и приходить к одним и тем же выводам. Но наблюдения, выполненные с помощью органов чувств, в очень большой степени субъективны. Например, если зайти в комнату с нормальной температурой с мороза, то температуру в ней покажется сравнительно высокой, а если выйти в ту же комнату из разогретой сауны, то воздух в ней покажется относительно холодным. Таким образом, чтобы гарантировать объективность измерения, мы должны воспользоваться теми или иными техническими средствами или приборами. Прибор преобразует исходное наблюдение к такому виду, в котором оно доступно любому наблюдателю и относительно которого между наблюдателями не может быть разногласия. Поэтому желательно, чтобы результат измерения на выходе прибора можно было воспринимать объективно, например, в виде числа, а не в виде таких характеристик, как цвет, который может воспринимается субъективно. Измерительная техника как раз и занимается созданием таких приборов, называемых измерительными системами.

Таким образом, измерение можно определить, как получение информации с помощью измерительных систем в форме результата измерения, отражающего характеристику объекта измерения или явление в окружающем нас мире. В этом контексте измерительная система должна гарантировать требуемые наглядность описания, избирательность и объективность измерения.

Цель измерений, по большому счету, состоит в том, чтобы увеличить знания об окружающем мире и о взаимосвязях, существующих между характеристиками, состояниями и явлениями этого мира.

Роль измерений в теоретических и прикладных науках различна. Эти различия поясняются схемой, приведенной на рис. 1.1.

В теоретических науках целью является описание окружающего нас мира. Собранная информация позволяет свести сложные характеристики, состояния, явления и соотношения к более простым законам и взаимозависимостям. Таким образом, появляется возможность сформировать в нашем сознании более ясную и объективную картину мира, основанную на информации, полученной в результате измерений. Другими словами, эта информация позволяет нам строить модели мира или его частей и формулировать законы и теоремы. Затем мы должны снова с помощью измерений определить, дают ли эти модели, гипотезы, теоремы и законы верное представление о мире. Это и есть процедура измерений в теоретических науках.

Рис. 1.1. Роль измерений в теоретических и прикладных науках

Под прикладной наукой подразумевается область знаний, предназначенных для изменения мира. В прикладной науке модели, законы и теоремы теоретических наук используются для того, чтобы видоизменять окружающий мир. В этом контексте цель измерений состоит в том, чтобы прямо или косвенно осуществлять регулирование определенных процессов в окружающем мире, контролировать или вносить в них изменения на основе результатов измерений и существующих моделей, законов и теорем. Затем можно проверить результаты такого регулирующего воздействия, сравнить их с желаемыми результатами и в дальнейшем сделать необходимые поправки.

В приведенных терминах можно описать даже сравнительно простое измерение, такое как проверка давления в шинах автомобиля. В начале у нас появляется сомнение, что давление в шинах слишком мало или велико. Если бы не было этого сомнения или гипотезы, нам не надо было бы проверять давление. Далее, выполнив измерение, мы узнаем, лежит ли на самом деле давление в требуемых пределах. Если это не так, то мы изменяем давление и затем снова измеряем его, пока оно не достигнет желаемой величины.