﻿6. Метрология и измерения
Измерение – основное понятие метрологии. Важное значение измерений подчеркивали многие ученые. Вот что они писали об этом:
Г.Галилей: «Измеряй все доступное измерению и делай доступным все недоступное ему».
Кельвин: «Каждая вещь известна лишь в той степени, в какой ее можно измерить».
Д.И.Менделеев: «Наука начинается с тех пор, как начинают измерять. Точная наука немыслима без меры».
 Значимость измерений выражается в трех аспектах [2]: философском, научном и техническом.
Философский аспект состоит в том, что измерения являются важнейшим универсальным методом познания физических явлений и процессов. В этом смысле метрология как наука об измерениях занимает особое место среди других наук. Возможность измерения обусловливается предварительным изучением заданного свойства объекта измерений, построением абстрактных моделей как самого свойства, так и его носителя – объекта измерения в целом. Поэтому место измерения определяется не среди первичных (теоретических или эмпирических) методов познания, а среди вторичных (квантитативных), обеспечивающих достоверность измерения. С помощью вторичных познавательных процедур решаются задачи формирования данных (фиксация результатов познания). Измерение с этой точки зрения представляет собой метод кодирования сведений, т.е. заключительную стадию процесса познания, связанную с регистрацией получаемой информации.
Научный аспект измерений состоит в том, что с их помощью в науке осуществляется связь теории и практики. Без измерений невозможна проверка научных гипотез и соответственно развитие науки.
Технический аспект измерений – это получение количественной информации об объекте управления и контроля, без которой невозможно точное воспроизведение всех заданных условий технологического процесса, обеспечение высокого качества изделий и эффективного управления объектом.
Измерения являются одним из важнейших путей развития научно-технического прогресса, познания человеком законов природы и общества. В практической деятельности мы постоянно имеем дело с измерениями, они имеют первостепенное значение во всех сферах производства и потребления, при оценке качества товаров, внедрения новых технологий и управления ими.
Можно выделить три главные функции измерений в народном хозяйстве:
1) учет продукции народного хозяйства, исчисляющейся по массе, размерам, объему, расходу, мощности, энергии;
2) измерения, проводимые для контроля технологических процессов (особенно в автоматизированных производствах) и для нормального функционирования транспорта и связи;
3) измерения физических величин, технических параметров, состава и свойств веществ, проводимые при научных исследованиях, испытании и контроле продукции в различных отраслях народного хозяйства. 
 
  3.3. Основные понятия и определения в области измерений
В подавляющем большинстве случаев информация, с которой человек сталкивается в своей практической деятельности, должна не только отра¬жать качественную сторону изучаемых объектов, процессов и явлений, но и характеризовать количественные значения исследуемых физических величин. Это позволяет сопоставлять, сравнивать величины между собой, устанавли¬вать зависимости, выражающие объективные законы природы, производить ма¬тематические операции и т.п. Основным путем получения количественной ин¬формации является измерение.
Под измерением согласно ГОСТ 16263-70 понимают совокупность экспериментальных (а иногда и вычислительных) операций, выполняемых с целью оп¬ределения значения физической величины, выраженного в принятых единицах.
Из этого определения следует, что в процессе измерения участвуют: объект измерения (точнее, характеризующая его величина); овеществленная единица измерения (мера); устройство, с помощью которого сравниваются величины. Кроме того, для измерения необходим и ряд других устройств, например, выполняющих математические операции, расширяющих, пределы из¬мерения и др.
Объектом измерения, как правило, являются физическая система, процесс, явление и т.д., которые характеризуются одной или несколькими измеряемыми физическими величинами. Примером объекта измерения может быть технологический химический процесс, во время которого измеряют температуру, давление, энергию, расход вещества и материалов и др.  
Согласно ГОСТ 16263-70 физическая величина – это одно из свойств физического объекта, в качественном отношении общее для многих физических объектов, а в количественном – индивидуальное для каждого из них. Индивидуальность в количественном отношении понимают в том смысле, что свойство может быть для одного объекта в определенное число раз больше или меньше, чем для другого. Таким образом, физические величины – это измеренные свойства физических объектов или процессов, с помощью которых они могут быть изучены или охарактеризованы.
Физические величины принято делить на измеряемые и оцениваемые. Измеряемые физические величины могут быть выражены количественно в виде определенного числа установленных единиц измерения. Физические величины, для которых по тем или иным причинам не могут быть введены единицы измерения, могут быть только оценены. Под оцениванием в таком случае понимается операция приписывания данной величине определенного числа, проводимая по установленным правилам.
Размер физической величины – это количественное содержание в данном объекте свойства, соответствующего понятию физической величины. Числовую оценку размера физической величины называют значением физической величины.  
Между понятиями «размер» и «значение» физической величины существует принципиальное различие. Размер физической величины существует реально и не зависит от того, производится его измерение или нет. Значение физической величины появляется только в процессе измерений и может быть различным в зависимости от используемой единицы измерения. 
Различают истинное и действительное значения физической величины. Истинное – это такое значение физической величины, которое идеальным образом отражало бы в качественном и количественном отношениях соответствующее свойство объекта. Одним из постулатов метрологии является положение о том, что истинное значение физической величины существует, однако определить его путем измерения невозможно. Поэтому в практике измерений вместо истинного оперируют понятием действительного значения. Действительное значение – найденное экспериментальным путем значение физической величины, которое настолько близко к истинному, что может быть использовано вместо него.
Единица физической величины – это физическая величина, которой по определению присвоено числовое значение, равное единице.
Измерение какой-либо физической величины производят путем ее сравнения в ходе физического эксперимента с принятой за единицей физической величины. Уравнение
                                          Q =  q [Q]                                                             ( 3.1 )
называется основным уравнением измерения. Здесь Q – значение физической величины – оценка ее размера в виде некоторого числа принятых для нее единиц;  q – числовое значение физической величины – отвлеченное число, выражающее отношение значения величины к соответствующей единице физической величины; [Q] –  выбранная для измерения единица физической величины.
Например, за единицу измерения напряжения электрического тока принят 1В, тогда значение напряжения электрической сети U = q[U] =220[1В] = 220B. Здесь числовое значение q =220. Но если за единицу измерения напряжения принять [1 кВ], то U = q [U] = 0,22 [1 кВ] = 0,22 кВ, т.е. числовое значение q = 0,22. Таким образом, применение различных единиц (1В и 1кВ) приводит к изменению числового значения результата измерения. 
Из уравнения  (3.1) следует, что числовое значение физической величины показывает, во сколько раз значение измеряемой величины больше некоторого значения, принятого за единицу, т.е.
                                                    q =                                                             ( 3.2 )
Отсюда вытекает следующее определение понятия измерения: измерение – это процесс, заключающийся в сравнении путем физического эксперимента данной физической величины с некоторым ее значением, принятым за единицу измерения.
Результат измерения – значение величины, найденное путем ее измерения. Результат измерения выражается через основное уравнение измерений (3.1) и содержит количественную информацию о состоянии объекта или процесса.
Принцип измерений – физическое явление (закон, эффект) или совокупность физических явлений, положенных в основу измерений (например, эффект Доплера для измерения скорости движения звезд, вращения небесных тел; расширение жидкостей – для измерения температуры).
Средство измерений – техническое средство (или комплекс технических средств), используемое при измерениях и имеющее нормированные метрологические свойства. Характерным свойством средства измерения является способность воспроизводить и (или) хранить единицу физической величины, размер которой принимается неизменным (в пределах установленной погрешности) в течение известного интервала времени.
Метод измерений – прием или совокупность приемов сравнения измеряемой физической величины с ее единицей в соответствии с реализованным принципом измерений. 
Одним из важнейших в метрологии является понятие единства измерений. Единство измерений – это такое состояние в области измерений, при котором их результаты выражены в узаконенных единицах, а погрешности известны с заданной вероятностью. Единство измерений необходимо для того, чтобы можно было сопоставить результаты измерений, выполненных в разных местах, в разное время, с использование разных методов и средств измерений.

