Основные проблемы и понятия метрологии

Измерением называют нахождение значения физической' величины опытным путем с помощью технических средств. Измерения позволяют установить закономерности природы и яв­ляются элементом познания окружающего нас мира.

Различают измерения прямые, при которых результат получа­ется непосредственно из измерения самой величины (например, измерение температуры тела медицинским термометром, измерение длины предмета линейкой), и косвенные, при которых иско­мое значение величины находят по известной зависимости между ней и непосредственно измеряемыми величинами (например, оп­ределение массы тела при взвешивании с учетом выталкивающей силы, определение вязкости жидкости по скорости падения в ней шарика). Технические средства для производства измерений (сред­ства измерений) могут быть разных типов. Наиболее известным читателю средством измерений является измерительный при­бор, в котором измерительная информация представляется в фор­ме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем (например, температура представлена в термометре длиной стол­бика ртути, сила тока — показанием стрелки амперметра или циф­ровым значением). К средствам измерений относят также и меру, которая предназначена для воспроизведения физической величи­ны заданного размера (например, гиря определенной массы).

Одно из распространенных средств измерений — измерительный преобразователь (датчик). Он предназначен для выработки сигна­ла измерительной информации в форме, удобной для передачи, даль­нейшего преобразования, обработки и (или) хранения (например, температура может быть представлена электрическим сигналом).

начение физической величины, полученное при измерении, отличается от истинного. Степень приближения результатов из­мерения к истинному значению измеряемой величины характе­ризуется точностью измерений. Точность измерений является качественным показателем измерений.

Количественная оценка результата измерений дается абсо­лютной погрешностью — отклонением результатов измере­ний от истинного значения измеряемой величины. Чем меньше погрешность, тем выше точность измерений.

Погрешности объясняются несовершенством средств измере­ний, неопытностью персонала, влиянием посторонних факторов и др. Из этих причин можно выделить те, которые проявляются не­регулярно и при повторных измерениях оказывают случайное ко­личественное воздействие на результат. Такие факторы приводят к случайным погрешностям. Это случайные величины, поэтому их можно обработать, проанализировать и таким образом учесть, используя соответствующий математический аппарат: теорию ве­роятностей и математическую статистику (см. гл. 2 и 3).

Сведения по теории погрешностей, необходимые студентам-ме­дикам, приведены в [1].

Одним из основных метрологических понятий является едини­ца измерения физической величины. Единицей измерения физи­ческой величины называют стандартное значение этой физиче­ской величины, принятое по соглашению в качестве основы для ее количественной оценки.

Единицы физических величин в основном группируются в сис­темы единиц. Основной является Международная система еди­ниц (система интернациональная, СИ). Справочный материал по единицам физических величин приведен в [2]. Не останавливаясь на этих вопросах, рассмотрим лишь относительные и логарифми­ческие величины.

В физических измерениях достаточно широкое распростране­ние получили относительные величины, которые являются отно­шением физической величины к одноименной физической вели­чине, принимаемой за исходную. В качестве примера можно ука­зать концентрацию раствора, диэлектрическую и магнитную проницаемости, коэффициент полезного действия, относитель­ную деформацию, коэффициент трения, вязкость крови относи­тельно вязкости воды и т. д.

Единицы измерения относительных величин не имеют размер­ности и названия. Однако в ряде случаев относительную величину традиционно выражают со стократным или тысячекратным увеличением. При этом соответствующая единица измерения будет иметь название: процент (%) или промилле (%о).

Для выражения уровня звукового давления, уровня интенсив­ности звука, уровня усиления электрического сигнала и т. п. удобнее использовать логарифм относительной

величины (наибо­лее распространен десятичный логарифм):

где а₁ и а₂ — одноименные физические величины.

Единицей логарифмической величины является бел (Б):

если а — «энергетическая» величина (мощность, интенсивность, энергия и т. п.), или

если а — «силовая» величина (сила, механическое напряжение, давление, напряженность электрического поля и т. п.).

Достаточно распространена дольная единица — децибел (дБ): 1дБ = 0,1Б.

Заметим, что 1 дБ соответствует соотношению «энергетиче­ских» величин а₂ ≈ 1,26а₁:

а для «силовых» величин а₂ ≈ 1,12а₁: