Шкала измерений - основополагающее понятие
метрологии, позволяющее количественно или к--л. другим способом определить свойство
объекта. Ш. и. является более общим понятием, чем единица физической величины, отсутствующая в нек-рых видах измерений .Ш. и. необходимы как для
количественных (длина, темп-pa), так и для качественных (цвет) проявлений свойств
объектов (тел, веществ, явлений, процессов). Проявления свойства образуют множество,
элементы к-рого находятся в опре-дел. логич. отношениях между собой, т. е. являются
т. н. системой с отношениями. Имеются в виду отношения типа "эквивалентность"
(равенство), "больше", "меньше", возможность "суммирования"
элементов или "деления" одного на другой. Ш. и. получается гомоморфным
отображением множества элементов такой системы с отношениями на множество чисел
или, в более общем случае,- на знаковую систему с аналогичными логич. отношениями.
Такими знаковыми системами, напр., являются: множество обозначений (названий)
цветов, совокупность классификац. символов или понятий, множество названий состояний
объекта, множество баллов оценки состояний объекта и т. п. При таком отображении
используется модель объекта, достаточно адекватно (для решения измерит. задач)
описывающая логич. структуру рассматриваемого свойства этого объекта.
В соответствии с логич. структурой свойств в
теории измерений принято в основном различать 5 типов Ш. и.: шкалы наименований,
порядка, разностей (интервалов), отношений и абс. шкалы (см. табл.).
Шкала наименований характеризуется только отношением
эквивалентности к--л. качественного проявления свойства. Пример такой Ш. и.-
классификация (оценка) цвета объекта по наименованиям (красный, белый, сине-зелёный
и т. д.), опирающаяся на стандартные атласы цветов (в атласах цвета могут обозначаться
усл. номерами). Измерения выполняются путём сравнения при опре-дел. освещении
образцов цвета из атласа с исследуемым цветом и установления их эквивалентности.
Шкала порядка описывает свойства, для к-рых имеют
смысл не только отношение эквивалентности, но и отношение порядка по возрастанию
или убыванию количественного проявления свойства. Характерный пример шкал порядка
- шкалы чисел твёрдости тел, шкалы баллов землетрясений, шкалы баллов ветра
и т. д. В такого рода шкалах в принципе нет возможности введения единицы измерений,
также не имеют смысла суждения, во сколько раз
больше или меньше проявления конкретных свойств. Разл. варианты шкал порядка
для одного и того же свойства связаны между собой монотонными зависимостями.
В шкалах порядка может быть (иметь смысл) нуль или его может не быть. Так, шкалы
твёрдости начинаются с не-к-рого ненулевого значения, сейсмич. шкала начинается
с одного балла, а шкала Бофорта для силы ветра - с нулевого значения.
Шкала разностей (интервалов) отличается от шкалы
порядка тем, что для описываемого ею свойства имеют смысл не только отношения
эквивалентности и порядка, но и пропорциональности или суммирования интервалов
(разностей) между разл. количественными проявлениями свойства. Характерный пример
- шкалы времени; интервалы времени можно суммировать или вычитать, складывать
же даты к--л. событий бессмысленно. Шкалы разностей имеют усл. нуль, опирающийся
на к--л. репер (напр., шкала Цельсия, см. Температурная шкала).
Шкала отношений описывает свойства, ко множеству
количественных проявлений к-рых применимы отношения эквивалентности, порядка,
пропорциональности или суммирования (а следовательно, и вычитания, и умножения).
В шкале отношений существует естеств. критерий нулевого количественного проявления
свойства, т. е. нуль имеет не усл. значение, а вполне определ. физ. смысл. Примеры
шкал отношений - шкала массы, термодина-мич. температурная шкала.
Абсолютные шкалы обладают всеми признаками шкал
отношений, но дополнительно в них существует естественное однозначное определение
единицы измерения. Такие Ш и. соответствуют относит. величинам - отношениям
одноимённых физ. величин, описываемых шкалами отношений. К таким величинам относятся
коэф. усиления, добротность колебат. системы, коэф. ослабления и т. п. Среди
абс. шкал выделяются ограниченные по диапазону шкалы, значения к-рых находятся
в пределах от 0 до 1. Они характерны для кпд, амплитудной модуляции и т. п.
величин.
Большинство свойств, к-рые рассматривают в практич.
метрологии, описывается одномерными Ш. и. Однако имеются свойства, к-рые в принципе
можно описать только многомерными шкалами. Таковы, напр., трёхмерные шкалы цвета
в колориметрии .Шкалы сортности изделий и продуктов в общем случае являются
многомерными шкалами наименований и опираются на ряд факторов, каждый из к-рых
определяется по специализир. шкалам наименований порядка или по общим шкалам
интервалов, отношений и абсолютным, описывающим общепринятые физ. величины и
параметры (напр., размеры изделия).
Практич. реализация шкал конкретных свойств достигается
путём стандартизации шкал и единиц измерений, а также способов и условий их
однозначного воспроизведения эталонами и средствами измерений. Понятие
единицы измерений, неизменной для любых участков шкалы, имеет смысл только для
шкал отношений и разностей, а также
для абс. шкал. В соответствии с этим положением
единицы измерений, охватываемые междунар. системой единиц, соответствуют величинам,
описываемым только шкалами отношений и разностей. Конкретные матем. ф-лы в науке
и технике могут связывать также только такие величины и разности величин, к-рые
описываются соответственно шкалами отношений, разностей и абсолютными. Поэтому
измерения в шкалах порядка и наименований иногда наз. оцениванием.
Для шкал отношений и разностей в нек-рых случаях
оказывается недостаточным установление только единиц измерений. Так, даже для
таких величин, как время, сила света, темп-pa, к-рым в международной системе
единиц соответствуют осн. единицы - секунда, кандела, кельвин, практич. системы
измерений опираются также на спец. Ш. и. Кроме того, сами единицы в ряде случаев
определяются с использованием фундаментальных физических констант или
метрологич. констант (см., напр., Кандела).
По мере развития метрологии наблюдается тенденция рассматривать в качестве объектов измерений все новые, и не только физические, свойства и соответствующие им величины. Так, напр., формируется и описан метрологич. подход к изучению и описанию свойств биол., психологич., социальных (в т. ч. экономических) систем, создаются новые и совершенствуются уже существующие Ш. и.
|
|
 |
