Постулат Постулат - утверждение, принимаемое без доказательств и служащее основой для построения какой-либо научной теории аксиома - это утверждение, в рамках теории принимаемое истинным без доказательств; аксиома - положение, принимаемое без логических доказательств в силу непосредственной убедительности» (БСЭ). Требования к постулатам (аксиомам): - Набор аксиом должен быть полным (исчерпывающим) и непротиворечивым. -Аксиомы должны быть независимыми, т.е. не выдвигаться одна из другой. -Аксиомы должны устанавливаться как однозначно понимаемый результат эмпирического опыта (наблюдение, эксперимент, исследование), т.к. теория должна быть адекватной, а ее результаты – верифицируемы. Требования к научной дисциплине как к специфической области научного знания - специфический предмет изучения. - цель, заключающаяся в описании, объяснении и предсказании процессов и явлений действительности, составляющих предмет ее изучения. - специфическая проблематика. - свой понятийный аппарат. - специфические и заимствованные из других наук методы и средства достижения цели и построения доказательств. Научная дисциплина должна также удовлетворять требованиям внутренней непротиворечивости, адекватности (описание и объяснение наблюдаемых свойств предмета изучения) и перспективности (предсказание не наблюдаемых свойств предмета изучения). О постулатах и аксиомах метрологии
ПРОБЛЕМЫ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ МЕТРОЛОГИИ -К основным проблемам теоретической метрологии относят создание и разработку: - физических основ единиц ФВ, шкал и систем единиц, необходимых для реализации измерений. - математическая обработка и представление результатов измерений. учения об основных понятиях и исходных положениях - учения об основных понятиях и исходных положениях; -основ метрологического исследования, построения метрологических цепей (метрологические характеристики, метрологическая надежность СИ); - теории точности измерений (точность средства и результата измерения, достижимая точность измерения ФВ); - теории эталонов единиц ФВ и передачи размеров единиц ФВ; - теории построения системы метрологического обеспечения. 4
Формулировка основных постулатов метрологии Первый постулат метрологии П.1 В рамках принятой модели исследования существует определенная измеряемая ФВ и ее истинное значение Сл.: Для данной ФВ существует множество измеряемых величин Существует истинное значение физической величины, которую мы измеряем. Существует истинное значение физической величины, которую мы измеряем. Из 1-го постулата следует, что истинное значение физической величины – это значение, которое идеальным образом отражает в качественном и в количественном отношениях соответствующее свойство объекта измерений; А.1 Между состояниями данной характеристики и между значениями соответствующих величин существует отношение изоморфности (т.е. эти состояния «одинаково устроены» или «эквивалентны»)
Формулировка основных постулатов метрологии Второй – основной постулат метрологии П.2 Истинное значение физической величины определить невозможно, оно существует только в рамках принятых моделей. П.2 Существует несоответствие измеряемой величины исследуемому свойству объекта Сл.1: Истинное значение величины отыскать невозможно Сл.2: Достижимая точность измерений определяется априорной информацией об объекте измерения 2-я Аксиома метрологии 2-я Аксиома метрологии Неоднозначность отображения состояния в образ состояния, реализованного с помощью измерительного средства, можно установить на основе математической модели, описывающей метрологические качества этого средства
Вывод из 2-го постулата: несовершенство средств и методов измерений, недостаточная тщательность проведения измерений и обработки их результатов, воздействие внешних дестабилизирующих факторов, дороговизна. Трудоемкость и длительность измерений не позволяют получить при измерении истинного значения физической величины. В большинстве случаев достаточно знать действительное значение измеряемой физической величины - значение, найденное экспериментальным путем и настолько приближающееся к истинному значению, что для данных целей может быть использовано вместо него. Т.О. Основным принят 2-й постулат: Измеряемая физическая величина и её истинное значение существуют только в рамках принятой теоретической модели исследования (объекта измерения).
Формулировка основных постулатов метрологии П.3 Истинное значение физической величины постоянно. А.3 Отображение состояния данной характеристики в образ состояния неоднозначно (это – отображение точки в отдельное множество) Из этого постулата логически вытекает, что для практики достаточно знать погрешность результата измерения – алгебраическую разность между полученным при измерении и действительным значениями измеряемой величины. Третий постулат и аксиома метрологии
ОСНОВНОЕ УРАВНЕНИЯ ИЗМЕРЕНИЯ и погрешность измерений Измерительное преобразование формально описать основным уравнением измерения: Q = Nq, Х=q[Х] где Q – измеряемая величина; q – единица измеряемой величины; N – числовое значение, определяющее соотношение между Q и q. любой объект измерения характеризуется некоторым множеством физических величин: (ФВ1,..., ФВn, или Q1,..., Qn) = х – Q, где – погрешность измерения, х – результат измерения (полученное при измерении значение физической величины), Q – истинное значение физической величины. Δ ~ х – Ад Ад – действительное значение физической величины 9
Математическая формулировка основного постулата метрологии основное уравнение измерения, где q числовое значение, [Q] единица измеряемой величины. процедура сравнения, учитывающая невозможность непосредственного сравнения с мерой (например, для жидкостей при взвешивании). процедура сравнения, учитывающая необходимость увеличения при микро- и нано измерениях. математическая модель измерения по шкале отношений (без учёта мультипликативных факторов). упрощенная процедура сравнения неизвестным
Отсчет является случайным числом. На этом постулате, который легко поддается проверке и остается справедливым в любых областях и видах измерений, основана вся метрология. Отсчет в ней не может быть представлен одним числом. Его можно лишь описать словами или математическими символами, представить массивом экспериментальных данных, таблично, графически, аналитическим выражением и т.п. Пример 1. При - кратном независимом измерении одной и той же физической величины постоянного размера на световом табло цифрового измерительного прибора в случайном порядке появлялись числа, представленные в первой графе таблицы (См. следующий слайд)
Пример 2, иллюстрирующий справедливость и универсальность основного постулата метрологии При -кратном независимом измерении одной и той же физической величины постоянного размера аналоговым измерительным прибором указатель отсчетного устройства в случайной последовательности по m раз останавливался на каждом из делений шкалы (см. следующий слайд) ??? Что представляет собой отсчет при таком измерении?
Если бы была возможность увеличивать количество измерений, то в пределе (т.е., при стремлении к бесконечному числу измерений) полигон перешел бы в кривую плотности распределения вероятности отсчета, показанную на рисунке б. При подсчете сколько раз указатель отсчетного устройства останавливался левее каждой отметки шкалы, откладывая над этой отметкой вдоль оси ординат отношение числа таких отклонений к их общему числу и соединяя полученные точки отрезками прямых - ломаную линию, называемую кумулятивной кривой.
Математические модели основного постулата метрологии по шкалам интервалов и порядка Модель измерений по шкале интервала Модель измерений по шкале порядка Модель измерений по шкале порядка описывает процедуру сравнения двух размеров одной и той измеряемой величины. Результат- решение о том, какой из размеров больше, либо они равны. 1=01=2
Первый прибор Второй прибор U, BU 2, B 2 U, BU 2, B РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ РАЗЛИЧНЫМИ ВОЛЬТМЕТРАМИ
АКСИОМЫ МЕТРОЛОГИИ Рассматривают три ситуации при проведении измерений: ситуация до измерения, во время измерения, после измерения 1. Без априорной (изначальной) информации измерение невозможно. (Ситуация до измерения). Сам объект измерения является априорной информацией. 2. Измерение есть ни что иное, как сравнение: сравнения неизвестного размера Q с известным [Q]: Q/[Q] = X (Ситуация во время измерения). Теоретически отношение двух размеров должно быть вполне определенным, неслучайным числом. Но практически размеры сравниваются в условиях множества случайных и неслучайных обстоятельств, точный учет которых невозможен. Поэтому при многократном измерении одной и той же величины постоянного размера результат получается все время разным. Это положение, установленное практикой, формулируется в виде 3 аксиомы. 3. Отсчет является случайным числом. За результат измерения применяют среднее значение. (Ситуация после измерения). 22.
Слайд 22 из презентации «Метрология»Размеры: 720 х 540 пикселей, формат: .jpg. Чтобы бесплатно скачать слайд для использования на уроке, щёлкните на изображении правой кнопкой мышки и нажмите «Сохранить изображение как...». Скачать всю презентацию «Метрология.ppt» можно в zip-архиве размером 95 КБ.
Измерения
«Основные единицы СИ» - Ампер. Название единиц и их написание. Основные единицы СИ. Кандела. Метр. Секунда. Кельвин. Система интернациональная. Моль. Килограмм.
«Физические величины и их измерение» - Физические понятия. Простые измерительные приборы. Описание мензурки. О понятии «физика». Шар катится. Описание термометра. Слова и словосочетания. Начертите в тетради таблицу. Описание динамометра. Физические величины. Физическое тело.
«Измерительные приборы» - Медицинский динамометр. Измерительные приборы. Линейка прямая и имеет шкалу. Прибор – это устройство для измерения физических величин. Термометр – это стеклянный прибор для измерения температуры воздуха. Манометр работает за счёт упругости. Силомер. Приборы очень облегчают жизнь человека. Термометр.
«Погрешности результата измерений» - Погрешность из-за изменений условий измерений. Значимая систематическая погрешность. Инструментальная погрешность. Классификация систематических погрешностей. Погрешность метода измерений. Результат измерения. Погрешности измерения. Неисключенная систематическая погрешность. Составляющие систематической погрешности.
«Мера массы» - Г.Галилей. Цели урока: Меры длины. На аршин борода, да ума на пядь - о взрослом, но глупом человеке. Первые единицы измерения. Вселенная ведь бесконечна. Надо, наконец, знать и ширину своих пальцев. Единицы измерения. С конца XVI в. золотник служит единицей массы драгоценных металлов и камней. Пуд - единица веса (массы), применявшаяся в России, Белоруссии и на Украине.
Как и любая другая наука, теория измерений (метрология) строится на основе ряда основополагающих постулатов, описывающих ее исходные аксиомы.
Первым постулатом теории измерений является постулат А: в рамках принятой модели объекта исследования существует определенная физическая величина и ее истинное значение .
Если считать, что деталь представляет собой цилиндр (модель - цилиндр), то она имеет диаметр, который может быть измерен. Если же деталь нельзя считать цилиндрической, например, ее сечение представляет собой эллипс, то измерять ее диаметр бессмысленно, поскольку измеренное значение не несет полезной информации о детали. И, следовательно, в рамках новой модели диаметр не существует. Измеряемая величина существует лишь в рамках принятой модели, то есть имеет смысл только до тех пор, пока модель признается адекватной объекту. Так как при различных целях исследований данному объекту могут быть сопоставлены различные модели, то из постулата А вытекает
следствие А1 : для данной физической величины объекта измерения существует множество измеряемых величин (и соответственно их истинных значений).
Из первого постулата теории измерений следует , что измеряемому свойству объекта измерений должен соответствовать некоторый параметр его модели. Данная модель в течение времени, необходимого для измерения, должна позволять считать этот параметр неизменным. В противном случае измерения не могут быть проведены.
Указанный факт описывается постулатом В: истинное значение измеряемой величины постоянно.
Выделив постоянный параметр модели, можно перейти к измерению соответствующей величины. Для переменной физической величины необходимо выделить или выбрать некоторый постоянный параметр и измерить его. В общем случае такой постоянный параметр вводится с помощью некоторого функционала. Примером таких постоянных параметров переменных во времени сигналов, вводимых посредством функционалов, являются средневыпрямленные или среднеквадратические значения. Данный аспект отражается в
следствии В1: для измерения переменной физической величины необходимо определить ее постоянный параметр - измеряемую величину.
При построении математической модели объекта измерения неизбежно приходится идеализировать те или иные его свойства.
Модель никогда не может полностью описывать все свойства объекта измерений. Она отражает с определенной степенью приближения некоторые из них, имеющие существенное значение для решения данной измерительной задачи. Модель строится до измерения на основе априорной информации об объекте и с учетом цели измерения.
Измеряемая величина определяется как параметр принятой модели, а его значение, которое можно было бы получить в результате абсолютно точного измерения, принимается в качестве истинного значения данной измеряемой величины. Эта неизбежная идеализация, принятая при построении модели объекта измерения, обусловливает
неизбежное несоответствие между параметром модели и реальным свойством объекта, которое называется пороговым.
Принципиальный характер понятия «пороговое несоответствие» устанавливается постулатом С: существует несоответствие измеряемой величины исследуемому свойству объекта (пороговое несоответствие измеряемой величины) .
Пороговое несоответствие принципиально ограничивает достижимую точность измерений при принятом определении измеряемой физической величины.
Изменения и уточнения цели измерения, в том числе и такие, которые требуют повышения точности измерений, приводят к необходимости изменять или уточнять модель объекта измерений и переопределять понятие измеряемой величины. Основной причиной переопределения является то, что пороговое несоответствие ранее принятого определения не позволяет повысить точность измерения до уровня требуемой. Вновь введенный измеряемый параметр модели также может быть измерен лишь с погрешностью, которая в лучшем
случае равна погрешности, обусловленной пороговым несоответствием. Поскольку принципиально невозможно построить абсолютно адекватную модель объекта измерения, то нельзя
устранить пороговое несоответствие между измеряемой физической величиной и описывающим ее параметром модели объекта измерений.
Отсюда вытекает важное следствие С1: истинное значение измеряемой величины отыскать невозможно.
Модель можно построить только при наличии априорной информации об объекте измерения. При этом, чем больше информации, тем более адекватной будет модель и соответственно точнее и правильнее будет выбран ее параметр, описывающий измеряемую физическую величину. Следовательно, увеличение априорной информации уменьшает пороговое несоответствие.
Данная ситуация отражается в следствии С 2: достижимая точность измерения определяется априорной информацией об объекте измерения.
Из этого следствия вытекает, что при отсутствии априорной информации измерение принципиально невозможно. В то же время максимально возможная априорная информация заключается в известной оценке измеряемой величины, точность которой равна требуемой. В этом случае необходимости в измерении нет.
Выше, при рассмотрении количественной характеристики измеряемых величин, было упомянуто уравнение измерения, в котором отражена процедура сравнения неизвестного размера 0_ с известным [£)] : ОЛШ = X. В качестве единицы измерения }
