Измерения постоянно сопровождают практическую деятельность человека. Чаще всего измеряют физические величины: длину, массу, время и пр. Измерения необходимы при изучении природы, поскольку только посредством измерений можно узнать количественные характеристики исследуемых объектов. Можно сказать, что та или иная наука становится точной только тогда, когда благодаря измерениям она получает возможность находить точные количественные соотношения, выражающие законы природы.
Измерение — это нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических устройств. При выполнении измерений всегда осуществляется сравнение измеряемой величины с другой, подобной ей и принятой за единицу. При этом измеряемую величину всегда оценивают в виде некоторого числа принятых для нее единиц. Это число называется значением физической величины.
В соответствии с определением измерения в практическом плане процесс измерения физической величины представляет собой совокупность операций по применению технического средства, хранящего единицу физической величины, и заключается в сравнении (в явном или неявном виде) измеряемой величины с ее единицей. Цель этих операций — получение значения физической величины (или информации о ней) в форме, наиболее удобной для использования.
Так, в простейшем случае, прикладывая линейку с делениями к какой-либо детали, сравнивают ее размер с единицей, хранимой линейкой, и, произведя отсчет, получают значение величины (длины, высоты, толщины и других параметров детали). С помощью измерительного прибора, например, микрометра, сравнивают размер величины, преобразованной в перемещение указателя, с единицей, хранимой шкалой этого прибора. В измерительном канале измерительной системы также выполняется сравнение с хранимой единицей, при этом нередко оно происходит в закодированном виде.
Указанную совокупность операций можно назвать измерением, если при этом создан и реализуется ряд условий, а именно:
- возможность выделения измеряемой величины среди других величин;
- установление единицы, необходимой для измерения выделенной величины;
- материализация (воспроизведение или хранение) установленной единицы техническим средством;
- сохранение неизменным размера единицы (в пределах установленной точности) как минимум на срок, необходимый для измерений.
Вопросами теории и практики измерений занимается метрология (это название происходит от греч. метрон — мера и логос — учение и может быть переведено как "учение о мерах"). В настоящее время в России принято следующее определение метрологии:
Метрология — наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности.
Как видим, в определении метрологии используются понятия "единство измерений" и «точность измерений».
Единство измерений — состояние измерений, при котором их результаты выражены в узаконенных единицах и погрешности измерений не выходят за установленные границы с заданной вероятностью.
Точность измерений — качество измерений, отражающее близость их результатов к истинному значению измеряемой величины.
Отметим, что на практике единство измерений обеспечивается не всегда, в частности, оно не соблюдается в случае количественного химического анализа.
Выделяют теоретическую и прикладную метрологию.
Теоретическая метрология занимается созданием теоретических основ метрологии. Она решает следующие задачи:
- создание и развитие теории измерений и теоретических основ измерительной техники;
- создание и совершенствование теоретических основ построения систем единиц и эталонов;
- разработка теории погрешностей, основанной на математической статистике и теории вероятности;
- разработка общих принципов постановки и проведения измерительного эксперимента;
- разработка теоретических основ вновь возникающих и нестандартно развивающихся видов и областей измерений, таких, как измерение ионизирующих излучений, неравновесных процессов, измерения на субмикроуровне;
- создание научных основ количественной оценки параметров объектов и технологических процессов, разработка научно обоснованных критериев оценки степени надежности, долговечности и безопасности изделий.
Прикладная метрология занимается вопросами практического применения в различных сферах деятельности результатов исследований в рамках теоретической метрологии и положений законодательной метрологии. Ее задачами являются:
- создание и совершенствование методов измерений;
- повышение точности измерений;
- пересмотр принципиальных основ создания эталонов;
- разработка методов и средств передачи размера единицы от эталона рабочим средствам измерений с минимальной потерей точности;
- обеспечение полной автоматизации всех поверочных работ;
- развитие и совершенствование Национальных служб стандартных справочных данных и стандартных образцов свойств и состава веществ и материалов.
В большинстве стран, в том числе в России, мероприятия по обеспечению единства измерений и требуемой их точности устанавливаются законодательно. Законодательным обеспечением метрологической деятельности занимается законодательная метрология.
Итогом деятельности законодательной метрологии являются различные документы, имеющие как обязательный характер (законы, государственные стандарты (ГОСТы)), так и рекомендательный. Заметим здесь, что термин "стандарт" в метрологии применяется только по отношению к документам, а не к веществам или изделиям.
Часто тот или иной раздел метрологии называют по отрасли, которую он обслуживает, хотя подобная классификация не вполне строга. Например, (практическую) метрологию в медицине называют "медицинской метрологией", в химии — "химической метрологией" и т.д. Настоящая книга в основном посвящена измерениям в химии. Необходимость выделения химической метрологии в отдельную область обусловлена тем, что измерения в химии (химический анализ) имеют существенные особенности.
Химическая метрология — раздел метрологии, занимающийся измерениями в химии, главным образом в количественном химическом анализе.
Как любая точная наука, метрология имеет свои основополагающие принципы. В качестве таких принципов обычно постулируют следующие аксиомы.
Аксиома 1. Без априорной информации измерение невозможно.
Эта аксиома относится к ситуации до измерения и говорит о том, что мы не можем получить оценку интересующего нас свойства, ничего не зная о нем заранее. Отсюда вытекает, что необходимость в измерении вызвана дефицитом количественной информации об изучаемом свойстве объекта и измерение направлено на уменьшение этого дефицита (ясно, что если об этом свойстве известно все, измерять ничего не нужно).
Аксиома 2. Измерение есть не что иное, как сравнение.
Это констатация того, что единственным способом получения информации о каких-либо размерах является сравнение их между собой. Следствием этой аксиомы является необходимость введения эталонов физических величин и системы передачи их размера к образцовым и рабочим средствам измерений.
Аксиома 3. Результат измерения без округления является случайным.
Данная аксиома относится к ситуации после измерения и отражает тот факт, что результат измерения всегда зависит от множества факторов, в том числе и случайных, точный учет которых невозможен в принципе. Отсюда вытекает, что для описания результатов измерений в полной мере необходимо использовать аппарат математической статистики.
Поможем написать любую работу на аналогичную тему