Измере́ние — совокупность действий для определения отношения одной (измеряемой) величины к другой однородной величине, принятой всеми участниками за единицу, хранящуюся в техническом средстве ( средстве измерений ). Числовым значением измеряемой величины называется число, получившееся в результате измерения, а значением физической величины — числовое значение совместно с обозначением используемой единицы.

Измерение физической величины опытным путём проводится с помощью различных средств измерений — мер , измерительных приборов , измерительных преобразователей , систем, установок и т. д. Измерение физической величины включает в себя несколько этапов: 1) сравнение измеряемой величины с единицей; 2) преобразование в форму, удобную для использования (различные способы индикации).

• Принцип измерений — физическое явление или эффект, положенный в основу измерений.
• Метод измерений — приём или совокупность приёмов сравнения измеряемой физической величины с её единицей в соответствии с реализованным принципом измерений. Метод измерений обычно обусловлен устройством средств измерений.

Характеристикой точности измерения является его погрешность или неопределённость . Примеры измерений:

1. В простейшем случае, прикладывая линейку с делениями к какой-либо детали, по сути сравнивают её размер с единицей, хранимой линейкой, и, произведя отсчёт, получают значение величины (длины, высоты, толщины и других параметров детали).
2. С помощью измерительного прибора сравнивают размер величины, преобразованной в перемещение указателя, с единицей, хранимой шкалой этого прибора, и проводят отсчёт.

В тех случаях, когда невозможно выполнить измерение (не выделена величина как физическая, или не определена единица измерений этой величины) практикуется оценивание таких величин по условным шкалам, например, Шкала Рихтера интенсивности землетрясений , Шкала Мооса — шкала твёрдости минералов .

Частным случаем измерения является сравнение без указания количественных характеристик.

Наука, предметом изучения которой являются все аспекты измерений, называется метрологией .

Классификация измерений

По видам измерений

Согласно РМГ 29-99 «Метрология. Основные термины и определения» выделяют следующие виды измерений:

• Прямое измерение — измерение, при котором искомое значение физической величины получают непосредственно.
• Косвенное измерение — определение искомого значения физической величины на основании результатов прямых измерений других физических величин, функционально связанных с искомой величиной.
• Совместные измерения — проводимые одновременно измерения двух или нескольких не одноимённых величин для определения зависимости между ними.
• Совокупные измерения — проводимые одновременно измерения нескольких одноимённых величин, при которых искомые значения величин определяют путём решения системы уравнений, получаемых при измерениях этих величин в различных сочетаниях.
• Равноточные измерения — ряд измерений какой-либо величины, выполненных одинаковыми по точности средствами измерений в одних и тех же условиях с одинаковой тщательностью.
• Неравноточные измерения — ряд измерений какой-либо величины, выполненных различающимися по точности средствами измерений и (или) в разных условиях.
• Однократное измерение — измерение, выполненное один раз.
• Многократное измерение — измерение физической величины одного и того же размера, результат которого получен из нескольких следующих друг за другом измерений, то есть состоящее из ряда однократных измерений
• Статическое измерение — измерение физической величины, принимаемой в соответствии с конкретной измерительной задачей за неизменную на протяжении времени измерения.
• Динамическое измерение — измерение изменяющейся по размеру физической величины.
• Абсолютное измерение — измерение, основанное на прямых измерениях одной или нескольких основных величин и (или) использовании значений физических констант.
• Относительное измерение — измерение отношения величины к одноимённой величине, играющей роль единицы, или измерение изменения величины по отношению к одноимённой величине, принимаемой за исходную (см. ниже нулевой метод ).

В различных источниках дополнительно выделяют такие виды измерений: метрологические и технические, необходимые и избыточные и др.

По методам измерений

• Метод непосредственной оценки — метод измерений, при котором значение величины определяют непосредственно по показывающему средству измерений.
• Метод сравнения с мерой — метод измерений, в котором измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой.
  • Нулевой (компенсационный) метод измерений — метод сравнения с мерой, в котором результирующий эффект воздействия измеряемой величины и меры на прибор сравнения доводят до нуля.
  • Метод измерений замещением — метод сравнения с мерой, в котором измеряемую величину замещают мерой с известным значением величины.
  • Метод измерений дополнением — метод сравнения с мерой, в котором значение измеряемой величины дополняется мерой этой же величины с таким расчётом, чтобы на прибор сравнения воздействовала их сумма, равная заранее заданному значению.
  • Дифференциальный метод измерений — метод измерений, при котором измеряемая величина сравнивается с однородной величиной, имеющей известное значение, незначительно отличающееся от значения измеряемой величины, и при котором измеряется разность между этими двумя величинами.

По условиям, определяющим точность результата

• Метрологические измерения
  • Измерения максимально возможной точности , достижимой при существующем уровне техники. В этот класс включены все высокоточные измерения и в первую очередь эталонные измерения, связанные с максимально возможной точностью воспроизведения установленных единиц физических величин. Сюда относятся также измерения физических констант, прежде всего универсальных, например измерение абсолютного значения ускорения свободного падения .
  • Контрольно-поверочные измерения , погрешность которых с определённой вероятностью не должна превышать некоторого заданного значения. В этот класс включены измерения, выполняемые лабораториями государственного контроля (надзора) за соблюдением требований технических регламентов, а также состоянием измерительной техники и заводскими измерительными лабораториями. Эти измерения гарантируют погрешность результата с определённой вероятностью, не превышающей некоторого, заранее заданного значения .
• Технические измерения , в которых погрешность результата определяется характеристиками средств измерений. Примерами технических измерений являются измерения, выполняемые в процессе производства на промышленных предприятиях, в сфере услуг и др.

По отношению к изменению измеряемой величины

Динамическое и статическое.

По результатам измерений

• Абсолютное измерение — измерение, основанное на прямых измерениях одной или нескольких основных величин и (или) использовании значений физических констант.
• Относительное измерение — измерение отношения величины к одноимённой величине, играющей роль единицы, или измерение изменения величины по отношению к одноимённой величине, принимаемой за исходную.

Классификация рядов измерений

По точности

• Равноточные измерения — однотипные результаты, получаемые при измерениях одним и тем же инструментом или им подобным по точности прибором, одним и тем же (или аналогичным) методом и в тех же условиях.
• Неравноточные измерения — измерения, произведённые в случае, когда нарушаются эти условия.

По числу измерений

• Однократное измерение — измерение, выполненное один раз.
• Многократное измерение — измерение физической величины одного и того же размера, результат которого получен из нескольких следующих друг за другом измерений, то есть состоящее из ряда однократных измерений.

Классификация измеряемых величин

По точности

• Детерминированные и случайные.

По результатам измерений

• Равнорассеянные и неравнорассеянные.

История

Стандартизация измерений

В начале 1840 г. во Франции была введена метрическая система мер .

В 1867 г. Д. И. Менделеев выступил с призывом содействовать подготовке метрической реформы в России. По его инициативе Петербургская академия наук предложила учредить международную организацию, которая обеспечивала бы единообразие средств измерений в международном масштабе. В 1875 г. была принята Метрическая конвенция . Принятие Конвенции ознаменовало начало международной стандартизации .

Единицы и системы измерения

В физике и технике единицы измерения ( единицы физических величин , единицы величин ) используются для стандартизованного представления результатов измерений. Использование термина единица измерения противоречит нормативным документам и рекомендациям метрологических изданий , однако он широко употребляется в научной литературе . Численное значение физической величины представляется как отношение измеренного значения к некоторому стандартному значению, которое и является единицей измерения. Число с указанием единицы измерения называется именованным . Различают основные и производные единицы. Основные единицы в данной системе единиц устанавливаются для тех физических величин, которые выбраны в качестве основных в соответствующей системе физических величин . Так, Международная система единиц (СИ) основана на Международной системе величин ( англ. International System of Quantities , ISQ), в которой основными являются семь величин: длина , масса , время , электрический ток , термодинамическая температура , количество вещества и сила света . Соответственно, в СИ основными единицами являются единицы указанных величин. Размеры основных единиц устанавливаются по соглашению в рамках соответствующей системы единиц и фиксируются либо с помощью эталонов (прототипов), либо путём фиксации численных значений фундаментальных физических постоянных .

Международная система единиц

Система единиц физических величин, современный вариант метрической системы . СИ является наиболее широко используемой системой единиц в мире, как в повседневной жизни, так и в науке и технике. В настоящее время СИ принята в качестве основной системы единиц большинством стран мира и почти всегда используется в области техники, даже в тех странах, в которых в повседневной жизни используются традиционные единицы. В этих немногих странах (например, в США ) определения традиционных единиц были изменены таким образом, чтобы связать их фиксированными коэффициентами с соответствующими единицами СИ. Официальным международным документом по системе СИ является Брошюра СИ ( фр. Brochure SI , англ. SI Brochure), издающаяся с 1970 года. С 1985 года выходит на французском и английском языках, переведена также на ряд других языков. В 2006 году вышло 8-е издание.

Величина		Единица
Наименование	Размерность	Наименование		Обозначение
		русское	французское/английское	русское	международное
Длина	L	метр	mètre/metre	м	m
Масса	M	килограмм	kilogramme/kilogram	кг	kg
Время	T	секунда	seconde/second	с	s
Сила электрического тока	I	ампер	ampère/ampere	А	A
Термодинамическая температура	Θ	кельвин	kelvin	К	K
Количество вещества	N	моль	mole	моль	mol
Сила света	J	кандела	candela	кд	cd

Метрическая система мер

Общее название международной десятичной системы единиц , основанной на использовании метра и килограмма . На протяжении двух последних веков существовали различные варианты метрической системы, различающиеся выбором основных единиц . В настоящее время международно признанной является система СИ . Основное отличие метрической системы от применявшихся ранее традиционных систем заключается в использовании упорядоченного набора единиц измерения. Для любой физической величины существует лишь одна главная единица и набор дольных и кратных единиц, образуемых стандартным образом с помощью десятичных приставок . Тем самым устраняется неудобство от использования большого количества разных единиц (таких, например, как дюймы , футы , фадены , мили и т. д.) со сложными правилами преобразования между ними. В метрической системе преобразование сводится к умножению или делению на степень числа 10, то есть к простой перестановке запятой в десятичной дроби .

Система СГС

Система единиц измерения , которая широко использовалась до принятия Международной системы единиц ( СИ ). Другое название — абсолютная физическая система единиц . В рамках СГС существуют три независимые размерности (длина, масса и время), все остальные сводятся к ним путём умножения, деления и возведения в степень (возможно, дробную). Кроме трёх основных единиц измерения — сантиметра , грамма и секунды , в СГС существует ряд дополнительных единиц измерения, которые являются производными от основных. Некоторые физические константы получаются безразмерными. Есть несколько вариантов СГС, отличающихся выбором электрических и магнитных единиц измерения и величиной констант в различных законах электромагнетизма (СГСЭ, СГСМ, Гауссова система единиц). СГС отличается от СИ не только выбором конкретных единиц измерения. Из-за того, что в СИ были дополнительно введены основные единицы для электромагнитных физических величин, которых не было в СГС, некоторые единицы имеют другие размерности. Из-за этого некоторые физические законы в этих системах записываются по-разному (например, закон Кулона ). Отличие заключается в коэффициентах, большинство из которых — размерные. Поэтому, если в формулы, записанные в СГС, просто подставить единицы измерения СИ, то будут получены неправильные результаты. Это же относится и к разным разновидностям СГС — в СГСЭ, СГСМ и Гауссовой системе единиц одни и те же формулы могут записываться по-разному.

Английская система мер

Используется в Великобритании , США и других странах. Отдельные из этих мер в ряде стран несколько различаются по своему размеру, поэтому ниже приводятся в основном округлённые метрические эквиваленты английских мер, удобные для практических расчётов.

Средство измерений

Техническое средство, предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящее и (или) хранящее единицу физической величины , размер которой принимают неизменным (в пределах установленной погрешности ) в течение известного интервала времени. Законом РФ « » средство измерений определено как техническое средство, предназначенное для измерений. Формальное решение об отнесении технического средства к средствам измерений принимает Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии . Классификация:

• по техническому назначению
• по степени автоматизации
• по стандартизации средств измерений
• по положению в поверочной схеме
• по значимости измеряемой физической величины
• по измерительным физико-химическим параметрам

Точность

1. Точность средства измерений — степень совпадения показаний измерительного прибора с истинным значением измеряемой величины. Чем меньше разница, тем больше точность прибора. Точность эталона или меры характеризуется погрешностью или степенью воспроизводимости . Точность измерительного прибора, откалиброванного по эталону, всегда хуже или равна точности эталона.
2. Точность результата измерений — одна из характеристик качества измерения, отражающая близость к нулю погрешности результата измерения .

Погрешность измерения

отклонения измеренного значения величины от её истинного значения. Погрешность измерения является характеристикой (мерой) точности измерения. Поскольку выяснить с абсолютной точностью истинное значение любой величины невозможно, то невозможно и указать величину отклонения измеренного значения от истинного. (Это отклонение принято называть ошибкой измерения. В ряде источников, например, в Большой советской энциклопедии , термины ошибка измерения и погрешность измерения используются как синонимы, но согласно РМГ 29-99 термин ошибка измерения не рекомендуется применять как менее удачный). Возможно лишь оценить величину этого отклонения, например, при помощи статистических методов . На практике вместо истинного значения используют действительное значение величины х _д , то есть значение физической величины, полученное экспериментальным путём и настолько близкое к истинному значению, что в поставленной измерительной задаче может быть использовано вместо него . Такое значение, обычно, вычисляется как среднестатистическое значение, полученное при статистической обработке результатов серии измерений. Это полученное значение не является точным, а лишь наиболее вероятным. Поэтому в измерениях необходимо указывать, какова их точность . Для этого вместе с полученным результатом указывается погрешность измерений. Например, запись T=2,8±0,1 c. означает, что T лежит в интервале от 2,7 с. до 2,9 с. с некоторой оговорённой вероятностью (см. доверительный интервал , доверительная вероятность , стандартная ошибка ).

См. также

• Погрешность измерения
• Физическая величина
• Калибровка
• Точность
• Воспроизводимость
• Основное уравнение измерений
• Измерение в квантовой механике

Примечания

Литература и документация

Литература

• Кушнир Ф. В. Радиотехнические измерения: Учебник для техникумов связи. — М.: Связь, 1980
• Нефедов В. И., Хахин В. И., Битюков В. К. Метрология и радиоизмерения: Учебник для вузов. — 2006
• Пронкин Н. С. Основы метрологии: Практикум по метрологии и измерениям. — М.: Логос, 2007
• Воронцов Ю. И. Теория и методы макроскопических измерений. — М.: Наука, 1989. — 280 с. — ISBN 5-02-013852-5
• Пытьев Ю. П. Математические методы интерпретации эксперимента. — М.: Высшая школа, 1989. — 351 с. — ISBN 5-06-001155-0

Нормативно-техническая документация

• от 15 октября 2018 на Wayback Machine
• ГОСТ 8.207-76 ГСИ. Прямые измерения с многократными наблюдениями. Методы обработки результатов наблюдений. Основные положения
• от 21 сентября 2013 на Wayback Machine

Ссылки

• от 12 июня 2020 на Wayback Machine
• от 13 февраля 2009 на Wayback Machine
• от 3 марта 2021 на Wayback Machine
• (недоступная ссылка)
• (недоступная ссылка с 21-05-2013 [3807 дней] — ,)
• .