Способи реєстрації значень фізичних величин

Способи сприйняття відомостей про об’єкти дослідження

Реєстрація фізичних величин

Основні поняття та визначення

Об’єкт довкілля пізнають за допомогою конкретних способів. Серед них як загальнонаукові виділяють:

- емпіричні;

- емпірично-теоретичні;

- теоретичні.

Порівняння, рахунок, реєстрація, вимірювання й оцінювання відомі як емпіричні.

Світ пізнається шляхом порівняння. Порівняння об’єктів довкілля є змістовним у випадку її однорідності. Порівнюючи об’єкти за однорідними ознаками, встановлюємо подібність або відмінність між ними. Більше того, з сукупності об’єктів виявляємо, що певної ознаки в одного з об’єктів «більше» або «менше», ніж у другого. Класифікуючи об’єкти за однорідними ознаками, формуємо певні сукупності об’єктів. Кількість якісно однорідних об’єктів з деякої сукупності визначаємо за допомогою рахунку. Результатом рахунку є число однорідних об’єктів.

Відомості про ознаку досліджуваного об’єкта отримуємо в процесі його взаємодії з фізичним полем (електричним, магнітним, електромагнітним та ін..). характеристики фізичного поля, які при взаємодії з досліджуваним об’єктом зазнають характерних змін, відображаються потоком енергії. Потік енергії переносить відомості від досліджуваного об’єкта до вимірювача. Носієм про ознаку об’єкта є сигнал.

При зіставленні кількох об’єктів за однорідною ознакою їх можна порівнювати з одним із них. Таким чином, виникає поняття про міру як об’єкт, якому властива ознака для порівняння з ним однорідних ознак інших об’єктів. Якщо ознаці об’єкта в процесі порівняння з мірою відповідає число, вона є фізичною величиною. Співвідношення міри й вимірюваної величини встановлює число, яке відображає відомості про ознаку об’єкта і є результатом вимірювання. Таке числове відображення характерне для побудови шкали вимірювача.

При порівнянні однорідних ознак об’єктів з мірою, рахунку співвідношення міри і значення фізичної величини ідеальним для порівняння є значення:

N = 0, при g₁ ≤ g₀ та N = ∞ при g₁ > g₀ , (1.1)

де N - число; g₁ - ознака об’єкта; g₀ - одинарна ознака, відтворювана мірою.

Число N, отримане за допомогою міри та пристрою порівняння, підтверджує дію вимірювання значення фізичної величини.

До способів сприйняття відомостей про довкілля належить реєстрація. На практиці використовують ручну й автоматичну реєстрації значень фізичних величин. Фізичні величини, які сприймаються органами зору людини, реєструють вручну позначками на певних предметах. До величин, які реєструють ручним способом, належать довжина і кут.

Автоматичну реєстрацію розрізняють аналогову та цифрову. Розглянемо зміст автоматичної реєстрації. За результатом реєстрації визначають поточне значення вимірюваної величини, характер зміни цієї величини, встановлюють функціональний зв'язок між кількома вимірюваними величинами. Для вирішення багатьох завдань вимірювання достатньо зареєструвати значення вимірюваної величини, перетвореної у зручну для сприйняття величину, наприклад, довжину. Для цього використовують реєструючі прилади: самописці, різні осцилографи, графопобудувачі. Фізичний зміст вимірювання значення фізичної величини відображаються такою послідовністю операцій:

- взаємодією досліджуваного об’єкта з вимірювальним приладом;

- вимірювальним перетворенням однієї фізичної величини в іншу;

- порівнянням значень фізичної величини з однорідною за фізичною природою, мірою;

- отриманням результату вимірювання внаслідок порівняння значення фізичної величини з мірою.

У процесі вимірювання аналогова реєстрація виконує функцію вимірювального перетворення й позначає на певному об’єкті, наприклад, діаграмному папері, відомості про значення фізичної величини чим є досліджуваний без процедури порівняння з мірою.

В цьому контексті розглянемо цифрову реєстрацію.

Наприклад: неперервна вимірювана величина за допомогою частотних перетворювачів перетворюється у пропорційну до неї частоту, яку, у свою чергу, вимірюють шляхом відліку числа імпульсів за певний заданий часовий інтервал, який є мірою. Тут цифрова реєстрація несе змістове навантаження вимірювання й означується як представлення значення вимірюваної величини числом, шляхом порівняння з мірою. Далі вимірювання - один із способів реєстрації значень фізичних величин.

Результат цифрової реєстрації (вимірювання) має цінність лише в тому випадку, коли оцінюємо точність вимірювання. Точність вимірювання значення фізичної величини характеризується похибкою. До процесу вимірювання ми не маємо відомостей про значення фізичної величини. Тому для точності оцінювання значення фізичної величини, яку вимірюємо, за результатом вимірювання використовуємо апріорні відомості про закон розподілу можливих значень фізичної величини. З теорії імовірностей відомо, що закон розподілу можна охарактеризувати числовими характеристиками (математичне сподівання, дисперсія), які використовуємо для кількісного оцінювання похибок.