Шкалы измерений

Измерения различных величин, характеризующих свой­ства систем, явлений и других процессов, занимают важное место в повседневной жизни. Разнообразные проявления (количественные или качественные) любого свойства обра­зуют множества, отображения элементов которых образуют шкалы измерения этих свойств. Шкала измерений коли­чественного свойства является шкалой величины. Шкала величины — это упорядоченная совокупность значений величины, служащая исходной основой для измерений данной величины.

В метрологии установлены различные типы шкал измерений.

Шкалы наименований характеризуются оценкой (отно­шением) эквивалентности различных качественных про­явлений свойства. Эти шкалы не имеют нуля и единицы измерений, в них отсутствуют отношения сопоставления типа «больше — меньше». Это самый простой тип шкал.

Пример шкалы наименований: шкалы цветов, представля­емые в виде атласов цветов. При этом процесс измерений заключается в достижении (например, при визуальном на­блюдении) эквивалентности испытуемого образца с одним из эталонных образцов, входящих в атлас цветов.

Шкалы порядка описывают свойства величин, упоря­доченных по возрастанию или убыванию оцениваемого свойства, т.е. позволяют установить отношение боль­ше/меньше между величинами, характеризующими это свойство. В этих шкалах в ряде случаев имеется нулевая отметка, но принципиальным для них является отсутствие единицы измерения, поскольку невозможно установить, в какое число раз больше или меньше проявляется свойс­тво величины. Шкалы порядка: шкалы измерения твердо­сти, баллов силы ветра, землетрясений, цветности воды, степени волнения моря. Например, для оценки степени волнения моря применяется условная 9-балльная шкала, в которой установлены соотношения между баллами и элементами волн (высота, длина, период). Шкала скорости ветра (шкала Бофорта) устанавливает соотношение между баллами и скоростью ветра (17-балльная шкала).

Шкалы интервалов (разностей) описывают свойствавеличин не только с помощью отношений эквивалент­ности и порядка, но также и с применением отношений суммирования и пропорциональности интервалов (раз­ностей) между количественными проявлениями свойс­тва. Шкалы интервалов могут иметь условно выбранное начало — нулевую точку и единицы измерений. К таким шкалам, например, относятся летосчисление по различ­ным календарям, в которых за начало отсчета принято либо сотворение мира, либо Рождество Христово, либо температурные шкалы Цельсия, Фаренгейта, Реомюра.

Шкала интервалов величины Q описывается уравне­нием

Q=Qo + q [Q], (5.3)

где q — числовое значение величины; Qo — начало отсчета шкалы; [Q]- единица рассматриваемой величины.

Такая шкала определяется заданием начала отсчета Qo шкалы и единицы величины [Q].

Шкалы отношений описывают свойства величин, для множества количественных проявлений которых применимы логические отношения эквивалентности, порядка и про­порциональности. В шкалах отношений существует естест­венный нуль и устанавливается единица измерения.

Шкалы отношений описываются уравнением

Q= q [Q],

где Q — величина, для которой строится шкала;

[Q] — единица измерения величины;

q — числовое значение величины.

А переход одной шкалы отношений к другой осущест­вляется через уравнение

q₁=q₂

Примерами шкалы отношений являются шкалы массы и термодинамической температуры, электромагнитных волн.

Абсолютные шкалы, кроме всех признаков шкал отно­шений, обладают дополнительным признаком: в них при­сутствует однозначное определение единицы измерения. Эти шкалы присущи таким относительным единицам, как коэффициенты усиления, ослабления, полезного действия и т.д. Ряду абсолютных шкал, например, коэффициентов полезного действия, присущи границы, заключенные между нулем и единицей.

Условные шкалы — шкалы величин, в которых не определена единица измерения. К ним относятся шкалы наименований и порядка.

Шкалы интервалов, отношений и абсолютные назы­ваются обычно метрическими (физическими), а шкалы наименований и порядка — неметрическими. Практи­ческая реализация шкал измерений осуществляется путем стандартизации как самих шкал и единиц измерений, так и способов и условий их однозначного воспроизве­дения.

«Система метрологического обеспечения в