Основные проблемы и понятия метрологии

Измерением называют нахождение значения физической' величины опытным путем с помощью технических средств. Измерения позволяют установить закономерности природы и являются элементом познания окружающего нас мира.

Различают измерения прямые, при которых результат получается непосредственно из измерения самой величины (например, измерение температуры тела медицинским термометром, измерение длины предмета линейкой), и косвенные, при которых искомое значение величины находят по известной зависимости между ней и непосредственно измеряемыми величинами (например, определение массы тела при взвешивании с учетом выталкивающей силы, определение вязкости жидкости по скорости падения в ней шарика). Технические средства для производства измерений (средства измерений) могут быть разных типов. Наиболее известным читателю средством измерений является измерительный прибор, в котором измерительная информация представляется в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем (например, температура представлена в термометре длиной столбика ртути, сила тока — показанием стрелки амперметра или цифровым значением). К средствам измерений относят также и меру, которая предназначена для воспроизведения физической величины заданного размера (например, гиря определенной массы).

Одно из распространенных средств измерений — измерительный преобразователь (датчик). Он предназначен для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и (или) хранения (например, температура может быть представлена электрическим сигналом).

начение физической величины, полученное при измерении, отличается от истинного. Степень приближения результатов измерения к истинному значению измеряемой величины характеризуется точностью измерений. Точность измерений является качественным показателем измерений.

Количественная оценка результата измерений дается абсолютной погрешностью — отклонением результатов измерений от истинного значения измеряемой величины. Чем меньше погрешность, тем выше точность измерений.

Погрешности объясняются несовершенством средств измерений, неопытностью персонала, влиянием посторонних факторов и др. Из этих причин можно выделить те, которые проявляются нерегулярно и при повторных измерениях оказывают случайное количественное воздействие на результат. Такие факторы приводят к случайным погрешностям. Это случайные величины, поэтому их можно обработать, проанализировать и таким образом учесть, используя соответствующий математический аппарат: теорию вероятностей и математическую статистику (см. гл. 2 и 3).

Сведения по теории погрешностей, необходимые студентам-медикам, приведены в [1].

Одним из основных метрологических понятий является единица измерения физической величины. Единицей измерения физической величины называют стандартное значение этой физической величины, принятое по соглашению в качестве основы для ее количественной оценки.

Единицы физических величин в основном группируются в системы единиц. Основной является Международная система единиц (система интернациональная, СИ). Справочный материал по единицам физических величин приведен в [2]. Не останавливаясь на этих вопросах, рассмотрим лишь относительные и логарифмические величины.

В физических измерениях достаточно широкое распространение получили относительные величины, которые являются отношением физической величины к одноименной физической величине, принимаемой за исходную. В качестве примера можно указать концентрацию раствора, диэлектрическую и магнитную проницаемости, коэффициент полезного действия, относительную деформацию, коэффициент трения, вязкость крови относительно вязкости воды и т. д.

Единицы измерения относительных величин не имеют размерности и названия. Однако в ряде случаев относительную величину традиционно выражают со стократным или тысячекратным увеличением. При этом соответствующая единица измерения будет иметь название: процент (%) или промилле (%о).

Для выражения уровня звукового давления, уровня интенсивности звука, уровня усиления электрического сигнала и т. п. удобнее использовать логарифм относительной

величины (наиболее распространен десятичный логарифм):

где а₁ и а₂ — одноименные физические величины.

Единицей логарифмической величины является бел (Б):

если а — «энергетическая» величина (мощность, интенсивность, энергия и т. п.), или

если а — «силовая» величина (сила, механическое напряжение, давление, напряженность электрического поля и т. п.).

Достаточно распространена дольная единица — децибел (дБ): 1дБ = 0,1Б.

Заметим, что 1 дБ соответствует соотношению «энергетических» величин а₂ ≈ 1,26а₁:

а для «силовых» величин а₂ ≈ 1,12а₁: