Общие сведения об измерении физической величины

Чтобы иметь представление о физической величине с количественной точки зрения, необходимо выразить ее числом, т. е. измерить [13], [14], [43].

Измерение – это нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств.

Результат измерения – это значение физической величины, найденное путем ее измерения. Различают следующие виды измерений: прямое измерение, косвенное измерение, совместные измерения, совокупные измерения.

Прямое измерение – это измерение, при котором искомое значение физической величины получают непосредственно. Например, измерение длины детали микрометром, силы тока амперметром. Процесс прямого измерения состоит из наблюдения и отсчета (результата наблюдения).

Под наблюдением при измерении понимают – экспериментальную операцию, выполняемую в процессе измерения, в результате которой получают одно значение из группы значений искомой величины, подлежащих совместной обработке для получения результата измерения.

Задача наблюдения состоит в том, чтобы зафиксировать факт совершения какого-либо определенного события. События могут быть разнообразными. Например, требуется совместить две риски, получить устойчивые фигуры Лиссажу на экране осциллографа и т. д. После того, как ожидаемое событие наступило, следует отсчет – считывание результата наблюдения со шкалы лимба, цифрового табло прибора и т. д. Р езультат наблюдения – это значение величины, получаемое при отдельном наблюдении. Прямое измерение дает наиболее адекватную характеристику исследуемого объекта, остальные виды измерений представляют собой различные комбинации прямых измерений. Если измеряется не сама физическая величина, а однозначно связанная с ней другая непрерывная величина, то такие измерения называют аналоговыми. Аналоговые измерения также относятся к прямым, так как при соответствующей градуировке прибора получается значение измеряемой величины. Например, измерение силы тока при помощи амперметра является аналоговым.

Примечание: термин «прямое измерение» возник как противоположный термину «косвенное измерение». Строго говоря, измерение всегда прямое и рассматривается как сравнение величины с ее единицей (эталоном). В этом случае рекомендуется применять термин прямой метод измерения.

При прямом методе измерения могут быть проведены равноточные и неравноточные измерения.

Равноточные измерения – ряд измерений какой-либо величины, выполненных одинаковыми по точности средствами измерений в одних и тех же условиях с одинаковой тщательностью.

Неравноточное измерение – ряд измерений какой-либо величины, выполненных различающимися по точности средствами измерений и (или) в разных условиях.

Косвенное измерение – это измерение, при котором искомое значение физической величины находят на основании известной зависимости между нею и величинами, найденными в результате прямых измерений. Например, определение объема тела по его геометрическим размерам; вычисление мощности постоянного тока по силе тока и напряжению и т.д.

Примечание: вместо термина «косвенное измерение» применяется термин косвенный метод измерения.

Совместные измерения – это проводимые одновременно измерения двух или нескольких неодноименных величин для нахождения зависимости между ними. Например, измерения сопротивления проводника одновременно с измерением его температуры. Здесь важно подчеркнуть, что измерения проводятся одновременно. Совместные измерения составляют основу физических исследований.

Совокупные измерения – это проводимые одновременно измерения нескольких одноименных величин, при которых искомое значение величины определяют путем решения систем уравнений, получаемых при измерениях этих величин в разных сочетаниях. Такими измерениями пользуются, например, для того, чтобы откалибровать номиналы гирь.

Измеряемая величина не может быть определена точно, т. к. ее измерение зависит от многих факторов, например, от выбора средств измерения, от условий измерения и т. д. Поэтому всякое измерение неизбежно связано, как принято говорить, с ошибками. В обыденной речи под ошибкой понимают неверный результат. В практике вычислений неверный результат выражают словом «просчет» или «промах». Слово «погрешность» употребляется, когда речь идет о действиях над числами. Так как при обработке экспериментальных результатов рассчитывают числовое значение ошибки измерений, то в учебно-методической литературе чаще всего используется не слово «ошибка», а слово «погрешность». Поэтому в дальнейшем вместо термина «ошибка» будем пользоваться термином «погрешность».

Различают истинное и действительное значение физической величины. Истинное значение физической величины – это значение физической величины, которое идеальным образом характеризует в качественном и количественном отношении соответствующую физическую величину. Действительное значение физической величины – это значение физической величины, полученное экспериментальным путем и настолько близкое к истинному, что в поставленной задаче может быть использовано вместо него [43].

Отклонение результата измерения от истинного (действительного) значения измеряемой величины называется погрешностью измерения.