إن فكرة الكمية الفيزيائية لا تكتمل إلا عندما يتم قياسها. نشأت الحاجة إلى قياس الطاقة الكهروضوئية في مرحلة مبكرة من معرفة الطبيعة وتزايدت مع تطور وتعقيد الإنتاج البشري والأنشطة العلمية. تتزايد باستمرار متطلبات دقة قياسات EF.
قياس كمية فيزيائية- يعني مقارنتها بكمية متجانسة مقبولة تقليديا كوحدة قياس.
هناك طريقتان لقياس كمية فيزيائية مجهولة:
أ) القياس المباشر يسمى القياس الذي يتم فيه تحديد قيمة PV مباشرة من الخبرة. تشمل القياسات المباشرة، على سبيل المثال، قياس الكتلة بمقياس، ودرجة الحرارة بمقياس الحرارة، والطول بمسطرة المقياس.
ب) القياس غير المباشر هو قياس يتم فيه العثور على القيمة الكهروضوئية المطلوبة عن طريق القياس المباشر للخلايا الكهروضوئية الأخرى بناءً على علاقة معروفة بينها. القياس غير المباشر هو، على سبيل المثال، تحديد الكثافة ρ المواد عن طريق القياسات الحجمية المباشرة الخامسوالجماهير مجثث.
يتم استدعاء تطبيقات محددة لنفس الكهروضوئية متجانس كميات. على سبيل المثال، المسافة بين تلاميذ عينيك وارتفاع برج أوستانكينو هي إدراكات محددة لنفس طول PV وبالتالي فهي كميات متجانسة. كتلة الهاتف الخلوي وكتلة كاسحة الجليد النووية هما أيضًا كميات فيزيائية متجانسة.
تختلف الخلايا الكهروضوئية المتجانسة عن بعضها البعض في الحجم. حجم الكهروضوئية هو المحتوى الكمي في كائن معين لخاصية تتوافق مع مفهوم "الكمية المادية". يمكن مقارنة أحجام الكميات الفيزيائية المتجانسة للأشياء المختلفة مع بعضها البعض.
دعونا نؤكد على الفرق الكبير بين الكميات الفيزيائية و وحدات قياسها. إذا كانت القيمة الكهروضوئية المقاسة تجيب على السؤال "كم؟"، فإن وحدة القياس تجيب على السؤال "ماذا؟" يمكن إعادة إنتاج بعض وحدات القياس في شكل بعض الأجسام أو العينات (الأوزان والمساطر وما إلى ذلك). تسمى هذه العينات مقاسات. تسمى القياسات التي يتم إجراؤها بأعلى دقة يمكن تحقيقها حاليًا المعايير.
قيمة الكمية الفيزيائية هي تقييم للكمية الفيزيائية على شكل عدد معين من الوحدات المقبولة لها. وحدات القياس الأساسية هي وحدات قياس عشوائية لعدد قليل من الكميات (مستقلة عن بعضها البعض)، والتي ترتبط بها جميع الكميات الأخرى. من الضروري التمييز حقيقي و حقيقي قيم الكمية الفيزيائية.
المعنى الحقيقي EF هي القيمة المثالية لـ EF، الموجودة بشكل موضوعي بغض النظر عن الشخص وطرق قياسه. ومع ذلك، فإن المعنى الحقيقي لـ PV، كقاعدة عامة، غير معروف لنا. ولا يمكن معرفته إلا بدقة معينة عن طريق القياس.
القيمة الحقيقية PV هي قيمة تم العثور عليها تجريبيا – عن طريق القياس. تعتمد درجة تقريب القيمة الفعلية للطاقة الكهروضوئية إلى القيمة الحقيقية على كمال أدوات القياس الفنية المستخدمة.
تعتمد قياسات EF على ظواهر فيزيائية مختلفة. على سبيل المثال، يتم استخدام التمدد الحراري للأجسام لقياس درجة الحرارة، وتستخدم ظاهرة الجاذبية لقياس كتلة الأجسام عن طريق الوزن وغيرها. تسمى مجموعة الظواهر الفيزيائية التي تعتمد عليها القياسات مبدأ القياس .
تشمل أدوات القياس المقاييس وأدوات القياس وما إلى ذلك.
جهاز قياسهي أداة قياس مصممة لتوليد إشارة لقياس المعلومات في شكل يمكن الوصول إليه للإدراك المباشر من قبل الشخص. تشمل أدوات القياس مقياس التيار الكهربائي، ومقياس الدينامومتر، والمسطرة، والمقاييس، ومقياس الضغط، وما إلى ذلك.
بالإضافة إلى الكميات الفيزيائية الأساسية في الفيزياء، هناك كميات فيزيائية مشتقة يمكن التعبير عنها من خلال الكميات الأساسية. للقيام بذلك، من الضروري تقديم مفهومين: بعد الكمية المشتقة والمعادلة المحددة. الوحدات المشتقةيتم الحصول عليها من تلك الأساسية باستخدام معادلات الارتباط بين الكميات المقابلة.
حساسية أدوات القياس – تتميز أدوات القياس بـ حساسية. حساسية جهاز القياس تساوي نسبة الحركة الخطية (Dl) أو الزاوية (Da) لمؤشر الإشارة على مقياس الجهاز إلى تغير DX للقيمة المقاسة X المسببة له، وتحدد الحساسية الحد الأدنى قياس القيمة الكهروضوئية باستخدام هذا الجهاز.
يمكن إجراء تصنيف أدوات القياس وفقًا للمعايير التالية.
1. خصائص الدقةوتنقسم القياسات إلى متساوية وغير متساوية.
قياسات متساوية الدقةالكمية الفيزيائية هي سلسلة من القياسات لكمية معينة يتم إجراؤها باستخدام أدوات القياس (MI) بنفس الدقة في ظل ظروف أولية متطابقة.
قياسات دقيقة بشكل غير متساوالكمية الفيزيائية هي سلسلة من القياسات لكمية معينة يتم إجراؤها باستخدام أدوات قياس ذات دقة مختلفة و (أو) في ظل ظروف أولية مختلفة.
2. حسب عدد القياساتوتنقسم القياسات إلى مفردة ومتعددة.
قياس واحدهو قياس كمية واحدة مصنوعة مرة واحدة. من الناحية العملية، تحتوي القياسات الفردية على خطأ كبير؛ لذلك، لتقليل الخطأ، يوصى بإجراء قياسات من هذا النوع ثلاث مرات على الأقل، وأخذ متوسطها الحسابي كنتيجة.
قياسات متعددةهو قياس كمية واحدة أو أكثر يتم إجراؤها أربع مرات أو أكثر. القياس المتعدد هو سلسلة من القياسات الفردية. الحد الأدنى لعدد القياسات التي يمكن اعتبار القياس فيها متعددًا هو أربعة. نتيجة القياسات المتعددة هي المتوسط الحسابي لنتائج جميع القياسات المأخوذة. مع القياسات المتكررة، يتم تقليل الخطأ.
3. حسب نوع التغيير في القيمةوتنقسم القياسات إلى ثابتة وديناميكية.
قياسات ثابتة- هذه قياسات لكمية فيزيائية ثابتة وغير متغيرة. مثال على هذه الكمية الفيزيائية الثابتة مع الزمن هو طول قطعة الأرض.
القياسات الديناميكية- هذه قياسات لكمية فيزيائية متغيرة وغير ثابتة.
4. حسب الغرضوتنقسم القياسات إلى التقنية والمترولوجية.
القياسات الفنية –هذه هي القياسات التي يتم إجراؤها بواسطة أدوات القياس الفنية.
القياسات المترولوجيةهي القياسات التي تتم باستخدام المعايير.
5. عن طريق عرض النتيجةوتنقسم القياسات إلى مطلقة ونسبية.
القياسات المطلقة- هذه هي القياسات التي يتم إجراؤها من خلال القياس المباشر والمباشر لكمية أساسية و (أو) تطبيق ثابت فيزيائي.
القياسات النسبية- وهي القياسات التي يتم فيها حساب نسبة الكميات المتجانسة، حيث يكون البسط هو الكمية التي تتم المقارنة بينها، والمقام هو أساس المقارنة (الوحدة). ستعتمد نتيجة القياس على القيمة التي يتم أخذها كأساس للمقارنة.
6. من خلال طرق الحصول على النتائجوتنقسم القياسات إلى مباشرة وغير مباشرة وتراكمية ومشتركة.
القياسات المباشرة– وهي قياسات يتم إجراؤها باستخدام المقاييس، أي تتم مقارنة الكمية المقاسة مباشرة مع قياسها. ومن أمثلة القياسات المباشرة قياس الزاوية (القياس – المنقلة).
قياسات غير مباشرةهي قياسات يتم فيها حساب قيمة المقاس باستخدام القيم التي تم الحصول عليها من خلال القياسات المباشرة وبعض العلاقة المعروفة بين هذه القيم والمقاس.
القياسات الإجمالية- هذه قياسات تكون نتيجتها حل نظام معين من المعادلات يتكون من معادلات تم الحصول عليها نتيجة لقياس مجموعات محتملة من الكميات المقاسة.
القياسات المشتركة –وهي قياسات يتم خلالها قياس كميتين فيزيائيتين غير متجانستين على الأقل من أجل تحديد العلاقة القائمة بينهما.
4. وحدات القياس
في عام 1960، في المؤتمر العام الحادي عشر للأوزان والمقاييس، تمت الموافقة على النظام الدولي للوحدات (SI).
يعتمد النظام الدولي للوحدات على سبع وحدات تغطي مجالات العلوم التالية: الميكانيكا والكهرباء والحرارة والبصريات والفيزياء الجزيئية والديناميكا الحرارية والكيمياء:
1) وحدة الطول (الميكانيكا) – متر؛
2) وحدة الكتلة (الميكانيكا) – كيلوغرام؛
3) وحدة الزمن (الميكانيكا) – ثانية؛
4) وحدة التيار الكهربائي (الكهرباء) – أمبير.
5) وحدة درجة الحرارة الديناميكية الحرارية (الحرارة) – كلفن.
6) وحدة شدة الإضاءة (البصريات) – كانديلا.
7) وحدة كمية المادة (الفيزياء الجزيئية والديناميكا الحرارية والكيمياء) – خلد.
هناك وحدات إضافية في النظام الدولي للوحدات:
1) وحدة قياس الزاوية المستوية – راديان.
2) وحدة قياس الزاوية الصلبة – ستراديانوهكذا، من خلال اعتماد النظام الدولي للوحدات، تم تبسيط وحدات قياس الكميات الفيزيائية في جميع مجالات العلوم والتكنولوجيا وجلبها إلى نوع واحد، حيث يتم التعبير عن جميع الوحدات الأخرى من خلال سبع وحدات أساسية ووحدتين إضافيتين في نظام الوحدات الدولي. على سبيل المثال، يتم التعبير عن كمية الكهرباء بالثواني والأمبيرات.
خصائص القياس الرئيسية
تتميز خصائص القياس الرئيسية التالية:
1) الطريقة التي يتم بها أخذ القياسات.
2) مبدأ القياس.
3) خطأ في القياس؛
4) دقة القياس.
5) صحة القياسات.
6) موثوقية القياسات.
طريقة القياس- هي طريقة أو مجموعة طرق يتم من خلالها قياس كمية معينة، أي مقارنة الكمية المقاسة بمقياسها وفقا لمبدأ القياس المقبول.
هناك عدة معايير لتصنيف طرق القياس.
1. وفقا لطرق الحصول على القيمة المطلوبة للكمية المقاسة يتم تمييز ما يلي:
1) الطريقة المباشرة (يتم تنفيذها باستخدام قياسات مباشرة ومباشرة)؛
2) الطريقة غير المباشرة.
2. وفقا لتقنيات القياس هناك:
1) طريقة قياس الاتصال؛
2) طريقة قياس عدم الاتصال. طريقة قياس الاتصاليعتمد على الاتصال المباشر لأي جزء من جهاز القياس بالجسم المقاس.
في طريقة قياس عدم الاتصاللا يتلامس جهاز القياس بشكل مباشر مع الكائن الذي يتم قياسه.
3. من طرق مقارنة الكمية بمقياسها يتم التمييز بين ما يلي:
1) طريقة التقييم المباشر.
2) طريقة المقارنة مع وحدتها.
طريقة التقييم المباشرويعتمد على استخدام جهاز قياس يوضح قيمة الكمية المقاسة.
طريقة المقارنة مع القياسعلى أساس مقارنة الشيء المقاس بمقياسه.
مبدأ القياس- هذه ظاهرة فيزيائية معينة أو مركبتها التي يقوم عليها القياس. على سبيل المثال، يعتمد قياس درجة الحرارة على ظاهرة تمدد السائل عند تسخينه (الزئبق في مقياس الحرارة).
خطأ في القياسهو الفرق بين نتيجة قياس الكمية والقيمة الحقيقية (الفعلية) لهذه الكمية. ينشأ الخطأ عادة بسبب عدم كفاية دقة أدوات وطرق القياس أو بسبب عدم القدرة على توفير شروط مماثلة للملاحظات المتكررة.
دقة القياسات- وهي خاصية تعبر عن درجة تطابق نتائج القياس مع القيمة الحقيقية للكمية المقاسة.
من الناحية الكمية، دقة القياس تساوي الخطأ النسبي مطروحًا منه القدرة الأولى المأخوذة من الوحدة النمطية.
القياس الصحيح- هذه هي الخاصية النوعية للقياس، والتي يتم تحديدها بمدى اقتراب قيمة الخطأ الثابت أو الثابت الذي يتغير أثناء القياسات المتكررة من الصفر (خطأ منهجي). تعتمد هذه الخاصية عادة على دقة أدوات القياس.
السمة الرئيسية للقياسات هي موثوقية القياسات.
موثوقية القياساتهي الخاصية التي تحدد درجة الثقة في نتائج القياس التي تم الحصول عليها. ووفقا لهذه الخاصية تنقسم القياسات إلى موثوقة وغير موثوقة. تعتمد موثوقية القياسات على ما إذا كان احتمال انحراف نتائج القياس عن القيمة الحقيقية للقيمة المقاسة معروفًا. إذا لم يتم تحديد موثوقية القياسات، فلا يتم استخدام نتائج هذه القياسات، كقاعدة عامة. موثوقية القياسات محدودة أعلاه بسبب الخطأ
قياس- إيجاد قيمة الكمية الفيزيائية تجريبياً باستخدام وسائل تقنية خاصة.
ومن مصطلح "القياس" يأتي مصطلح "القياس". ولا يجوز استخدام مصطلحات أخرى - "يقيس"، "يقيس"، "يقيس"، "يقيس". أنها لا تتناسب مع نظام المصطلحات المترولوجية.
لإجراء القياس، من الضروري أن يكون لديك: كمية فيزيائية؛ طريقة القياس؛ أدوات القياس؛ المشغل أو العامل؛ الشروط اللازمة للقياس.
الغرض من القياس هو الحصول على قيمة الكمية الفيزيائية بالشكل الأكثر ملاءمة للاستخدام.
ما المقصود بالكمية الفيزيائية التي تم العثور على قيمتها تجريبيا؟
الكمية الفيزيائية,كما هو مذكور أعلاه، هذه سمة من سمات الكائن المادي (النظام المادي أو الظاهرة أو العملية)، شائعة من الناحية النوعية للعديد من الأشياء المادية، ولكنها فردية كميًا لكل منها.
تُفهم الفردية بمعنى أن الخاصية يمكن أن تكون أكبر أو أقل لعدد معين من المرات بالنسبة لكائن واحد مقارنة بكائن آخر. تشمل أمثلة الكميات الفيزيائية الكثافة، ونقطة الانصهار، ومعامل انكسار الضوء، وغيرها الكثير.
تتميز الكمية الفيزيائية بالحجم والقيمة والقيمة العددية والقيم الحقيقية والحقيقية.
حجم الكمية الفيزيائية -التحديد الكمي للكمية الفيزيائية المتأصلة في كائن مادي معين أو نظام أو ظاهرة أو عملية.
قيمة الكمية الفيزيائية هيالتعبير عن حجم الكمية الفيزيائية على شكل عدد معين من الوحدات المقبولة لها.
القيمة العددية للكمية الفيزيائية- رقم مجرد متضمن في قيمة الكمية.
"الحجم" هو مفهوم متعدد الأنواع. لكن مصطلح "الكمية" غالبا ما يعبر عن حجم كمية فيزيائية محددة. من غير الصحيح أن نقول "مقدار السرعة"، "مقدار الجهد"، لأن السرعة والجهد هما كميتان.
هناك فرق بين الحجم والحجم. حجم الكمية موجود بالفعل. يمكنك التعبير عن حجم الكمية باستخدام أي من وحدات كمية معينة باستخدام قيمة عددية. تتغير القيمة العددية اعتمادًا على الوحدات المختارة، بينما يظل الحجم المادي للكمية كما هو.
وحدة الكمية المادية- كمية مادية ذات حجم ثابت، والتي يتم تعيين قيمة عددية لها بشكل مشروط تساوي 1.
تتميز الكمية الفيزيائية بوجودها المعنى الحقيقيوالذي يعكس بشكل مثالي الخاصية المقابلة للكائن من الناحية النوعية والكمية.
صالحمُسَمًّى معنى الكمية الفيزيائية، التي تم العثور عليها تجريبيًا وقريبة جدًا من القيمة الحقيقية بحيث يمكن استخدامها بدلاً من ذلك لهذا الغرض.
أنواع قياسات. بواسطة طريقة الحصول علىبناءً على القيمة العددية للكمية المقاسة، تنقسم جميع القياسات إلى أربعة أنواع رئيسية: المباشرة وغير المباشرة والتراكمية والمشتركة.
مباشرهي قياسات يتم فيها الحصول على القيمة المطلوبة للكمية الفيزيائية مباشرة من البيانات التجريبية (على سبيل المثال، قياس الكتلة على مقياس، طول الجزء بالميكرومتر).
بالمعنى الدقيق للكلمة، يكون القياس دائمًا مباشرًا ويعتبر بمثابة مقارنة الكمية بوحدتها. ومن الأفضل في هذه الحالة استخدام مصطلح “طريقة القياس المباشر”.
قياسات غير مباشرة -تحديد القيمة المرغوبة للكمية الفيزيائية بناءً على نتائج القياسات المباشرة للكميات الفيزيائية الأخرى التي ترتبط وظيفياً بالكمية المطلوبة.
يتم إجراء القياسات غير المباشرة في الحالات التي:
* من الأسهل العثور على قيمة الكمية المقاسة عن طريق القياسات غير المباشرة مقارنة بالقياسات المباشرة؛
* لا توجد قياسات مباشرة لهذه القيمة أو تلك؛
* القياسات غير المباشرة تعطي خطأ أقل من القياسات المباشرة.
معادلة القياسات غير المباشرة: y = f (x (, x 2,... x n)، حيث y هي القيمة المطلوبة، وهي دالة للوسائط x، x 2،...، x n، التي تم الحصول عليها عن طريق القياسات المباشرة .
مثال على القياسات غير المباشرة هو تحديد صلابة (HB) للمعادن عن طريق الضغط على كرة فولاذية ذات قطر معين (D) مع حمل معين (P) والحصول على عمق ثلم معين (h): HB = P/(tcD) ح).
تراكميتسمى القياسات المتزامنة لعدة كميات تحمل نفس الاسم، حيث يتم العثور على قيم الكميات المطلوبة عن طريق حل نظام المعادلات التي يتم الحصول عليها من القياسات المباشرة.
على سبيل المثال، القياسات التي يتم فيها العثور على كتل الأوزان الفردية في مجموعة من الكتلة المعروفة لأحدها ومن نتائج المقارنات المباشرة لكتل مجموعات مختلفة من الأوزان.
القياسات المشتركة -هي قياسات يتم إجراؤها في وقت واحد لكميتين أو عدة كميات من أسماء مختلفة للعثور على العلاقة الوظيفية بينهما. على سبيل المثال، تحديد اعتماد طول الجسم على درجة الحرارة، ونقاط الغليان والانصهار على الضغط، وما إلى ذلك.
يمكن تصنيف القياسات:
أ) وفقًا لخاصية الدقة - دقيقة على قدم المساواة(سلسلة من القياسات لأي كمية يتم إجراؤها بواسطة أدوات قياس متساوية الدقة وتحت نفس الظروف) و غير متكافئ(سلسلة من القياسات لأي كمية يتم إجراؤها بواسطة عدة
أدوات قياس بدقة مختلفة و (أو) في عدة ظروف مختلفة)؛
ب) بعدد القياسات في سلسلة من القياسات - مره واحدهو العديد من المضاعفات؛
ج) فيما يتعلق بالتغير في القيمة المقاسة - ثابتة(قياس كمية فيزيائية لا تتغير بمرور الوقت، على سبيل المثال قياس طول جزء عند درجة الحرارة العادية أو قياس مساحة قطعة أرض) و متحرك(قياس كمية فيزيائية تختلف في الحجم، على سبيل المثال،
قياس الجهد الكهربائي المتردد، قياس
المسافة إلى مستوى الأرض من الطائرة الهابطة)؛
د) بالتعبير عن نتيجة القياس - مطلق(قياس يعتمد على القياسات المباشرة للكميات و (أو) استخدام قيم الثوابت الفيزيائية، على سبيل المثال قياس القوة F يعتمد على قياس الكمية الأساسية للكتلة m واستخدام ثابت فيزيائي - تسارع الجاذبية ز) و نسبي(قياس نسبة الكمية إلى الكمية التي تحمل الاسم نفسه والتي تعمل كوحدة).
يمكنك قياس تركيبة المواد أو خصائصها أو قياس الكمية الفيزيائية باستخدام طريقة قياس أو أخرى.
طريقة القياس- هذه تقنية أو مجموعة من التقنيات لمقارنة التركيب أو الخاصية المقاسة لمادة ما أو الكمية الفيزيائية المقاسة بتركيبة أو خاصية معروفة لمادة ما أو مع وحدة الكمية الفيزيائية وفقًا لمبدأ القياس المطبق.
مبدأ القياس- هذه هي الظاهرة أو التأثير الكامن وراء القياسات.
دعونا نلقي نظرة على بعض المبادئ التي تكمن وراء القياسات.
إذا قمت بتسخين تقاطعات قطبين كهربائيين مصنوعين من مواد مختلفة، يحدث القوة الدافعة الكهربية. هذه الظاهرة هي أساس قياس درجة الحرارة بدقة عالية (المزدوجات الحرارية).
عند تسخين الموصلات الكهربائية وأشباه الموصلات، تتغير مقاومتها. وتتيح هذه الظاهرة الحصول على قياسات دقيقة للغاية لدرجة الحرارة، خاصة عند استخدام البلاتين. يتيح استخدام أشباه الموصلات قياس نطاقات درجات الحرارة الصغيرة ودرجة حرارة الأجسام بكميات صغيرة جدًا.
عند تمدد أو ضغط بعض المواد تتغير مقاومتها الكهربائية، وهي الأساس لقياس التشوهات الصغيرة في الأجسام، وكذلك الضغوط العالية والفائقة الارتفاع. عند واجهة المعدن وأشباه الموصلات، عند الإضاءة، يحدث emf، ما يسمى التأثير الكهروضوئي. تعتمد الخلايا الضوئية، والتي تستخدم في العديد من أدوات القياس، على استخدام التأثير الكهروضوئي.
يعتمد سطوع توهج الجسم على درجة الحرارة، والتي بدورها تعتمد على قوة تسخين الجسم الحالي. تعتمد طريقة قياس درجة الحرارة غير التلامسية (البيرومتر البصري) على هذه الظاهرة.
المحاضرة 3. قياسات الكميات الفيزيائية
3.1 قياسات الكميات الفيزيائية وتصنيفها
3.2 المبادئ وطرق القياس
3.3. إجراء القياس
قياسات الكميات الفيزيائية وتصنيفها
إن موثوقية معلومات القياس هي أساس التحليل والتنبؤ والتخطيط وإدارة الإنتاج بشكل عام، وتساعد على زيادة كفاءة المحاسبة للمواد الخام والمنتجات النهائية وتكاليف الطاقة، وكذلك تحسين جودة المنتجات النهائية.
قياس- مجموعة من العمليات التي يتم إجراؤها لتحديد القيمة الكمية للكمية؛
قياس الكمية الفيزيائية –مجموعة من العمليات لاستخدام جهاز تقني يقوم بتخزين وحدة الكمية الفيزيائية، مما يضمن العثور على علاقة الكمية المقاسة بوحدتها والحصول على قيمة هذه الكمية.
كائن القياس- جسم مادي حقيقي، تتميز خصائصه بواحدة أو أكثر من الخلايا الكهروضوئية المقاسة.
تكنولوجيا القياس– مجموعة من الوسائل التقنية المستخدمة لإجراء القياسات.
المستهلك الرئيسي لمعدات القياس هو الصناعة. وهنا يعتبر قياس التكنولوجيا جزءا لا يتجزأ من العملية التكنولوجية، حيث يتم استخدامه للحصول على معلومات حول الأنظمة التكنولوجية التي تحدد مسار العمليات.
القياسات التكنولوجية– مجموعة من أجهزة القياس وطرق القياس المستخدمة في العمليات التكنولوجية.
كائن القياس– جسم (نظام فيزيائي، عملية، ظاهرة، إلخ)، يتميز بواحدة أو أكثر من الكميات الفيزيائية القابلة للقياس أو القياس.
جودة القياسهي مجموعة من الخصائص التي تحدد مدى امتثال الوسائل والطريقة والمنهجية وشروط القياس وحالة وحدة القياس لمتطلبات مهمة القياس.
يتم تصنيف القياسات وفقا للمعايير التالية:
3.1.1 حسب اعتماد القيمة المقاسة على الوقتإلى ساكنة وديناميكية ;
قياسات ثابتة –قياس كمية فيزيائية يتم قبولها، وفقًا لمهمة القياس، على أنها ثابتة طوال فترة القياس (على سبيل المثال، قياس حجم جزء ما عند درجة الحرارة العادية).
القياسات الديناميكية– قياسات الكمية الفيزيائية التي يتغير حجمها بمرور الوقت (على سبيل المثال، قياس الجزء الكتلي من الماء في المنتج أثناء عملية التجفيف).
3.1.2 عن طريق طريقة الحصول على النتائجإلى مباشر وغير مباشر وتراكمي ومشترك؛
القياس المباشر- قياس يتم فيه العثور على القيمة المطلوبة للكمية الفيزيائية مباشرة من البيانات التجريبية. في عملية القياس المباشر، يتم تفاعل كائن القياس مع أداة القياس، ووفقًا لقراءات الأخير، يتم قياس قيمة الكمية المقاسة. تتضمن أمثلة القياسات المباشرة قياس الطول باستخدام المسطرة، والكتلة بمقياس، ودرجة الحرارة باستخدام مقياس حرارة زجاجي، والحموضة النشطة باستخدام مقياس الأس الهيدروجيني، وما إلى ذلك.
تشمل القياسات المباشرة قياسات الغالبية العظمى من معلمات العملية التكنولوجية الكيميائية.
القياس غير المباشر- قياس يتم فيه إيجاد القيمة المرغوبة لكمية ما على أساس علاقة معروفة بين هذه الكمية والكميات المتحصل عليها بالقياس المباشر.
وتستخدم القياسات غير المباشرة في حالتين:
· عدم وجود أداة قياس للقياسات المباشرة.
· القياسات المباشرة ليست دقيقة بما فيه الكفاية.
عند إجراء التحليلات الكيميائية لتكوين وخصائص المواد الغذائية، يتم استخدام القياسات غير المباشرة على نطاق واسع. ومن الأمثلة على القياسات غير المباشرة قياسات كثافة الجسم المتجانس من خلال كتلته وحجمه؛ تحديد الجزء الكتلي من الماء في المنتجات السمكية عن طريق التجفيف عند درجة حرارة 105 يا C، جوهرها هو تجفيف المنتج إلى كتلة ثابتة وتحديد الجزء الكتلي من الماء وفقًا للصيغة:
حيث م 1 - وزن زجاجة الوزن مع العينة قبل التجفيف، جم؛ م 2 - وزن زجاجة الوزن مع العينة بعد التجفيف، جم؛ M هي كتلة العينة.
القياسات التراكمية –قياسات لعدة كميات متجانسة، حيث يتم العثور على القيم المطلوبة للكميات عن طريق حل نظام المعادلات التي يتم الحصول عليها عن طريق القياسات المباشرة لمجموعات مختلفة من هذه الكميات (القياسات التي يتم فيها العثور على كتلة الأوزان الفردية لمجموعة من الكتلة المعروفة لأحدها ومن نتائج المقارنات المباشرة لكتل مجموعات مختلفة من الأوزان).
القياسات المشتركة –قياسات متزامنة لكميتين مختلفتين أو أكثر لإيجاد العلاقة بينهما (على سبيل المثال، قياسات متزامنة للزيادة في طول العينة اعتمادًا على التغيرات في درجة حرارتها وتحديد معامل التمدد الخطي باستخدام الصيغة k= l/( ل دت)).
لا تختلف القياسات المشتركة عمليا عن القياسات غير المباشرة.
3.1.3. عن طريق الاتصال بالكائنفي الاتصال وعدم الاتصال , حيث يتم ملامسة العنصر الحساس للجهاز أو عدم ملامسته لكائن القياس.
3.1.4. وفقا لشروط الدقةإلى متساوين وغير متساوين.
قياسات الدقة المتساوية –سلسلة من القياسات لأي كمية يتم إجراؤها بواسطة أدوات قياس متساوية الدقة في نفس الظروف.
قياسات غير متكافئة– سلسلة من القياسات مهما كانت الكمية، يتم إجراؤها بواسطة أدوات قياس ذات دقة مختلفة وتحت ظروف مختلفة. على سبيل المثال، تم تحديد الجزء الكتلي من الماء في الأسماك المجففة بطريقتين: التجفيف عند درجة حرارة 130 يا C وعلى جهاز HF عند درجة حرارة 150 ياج، الخطأ المسموح به في الحالة الأولى هو +1%، وفي الثانية – +0.5%.
3.1.5 من خلال عدد القياسات في سلسلة من القياساتمفردة ومتعددة.
قياس واحد- القياسات التي تتم مرة واحدة (قياس وقت محدد باستخدام الساعة).
قياس متعدد– قياس كمية فيزيائية لها نفس الحجم ويتم الحصول على نتيجتها من عدة قياسات متتالية أي تتكون من سلسلة من القياسات الفردية. عادة، القياسات المتعددة هي تلك التي يتم إجراؤها أكثر من ثلاث مرات. عادة ما يتم أخذ المتوسط الحسابي للقياسات الفردية كنتيجة لقياسات متعددة.
3.1.6. وفقا للغرض المترولوجيللتقنية والمترولوجية.
البعد الفني– قياس يتم إجراؤه باستخدام أداة قياس عاملة بغرض مراقبة وإدارة التجارب العلمية، ومراقبة معلمات المنتج، وما إلى ذلك (قياس درجة الحرارة في فرن التدخين، وتحديد نسبة كتلة الدهون في الأسماك).
القياس المترولوجي- قياس يتم باستخدام أدوات القياس القياسية والمعيارية بغرض إدخال وحدة جديدة للكمية الفيزيائية أو نقل حجمها إلى أدوات القياس العاملة.
3.1.7 من خلال التعبير عن نتيجة القياسإلى المطلق والنسبي.
القياس المطلق- قياس يعتمد على القياسات المباشرة لواحدة أو أكثر من الكميات الأساسية وعلى استخدام الثوابت الفيزيائية. على سبيل المثال، قياس الجاذبية يعتمد على قياس الكمية الأساسية – الكتلة (م) واستخدام الثابت الفيزيائي g: F = mg.
البعد النسبي- قياس يتم بهدف الحصول على نسبة كمية إلى كمية تحمل نفس الاسم، والتي تلعب دور الوحدة، أو قياس كمية بالنسبة إلى كمية تحمل نفس الاسم، باعتبارها الكمية الأولية. على سبيل المثال، قياس رطوبة الهواء النسبية.
3.1.8. بناءً على المجموعات الموجودة من القيم المقاسةعلى الكهرباء (التيار، الجهد، الطاقة) ، ميكانيكي (الكتلة، عدد المنتجات، الجهد)؛ ، الطاقة الحرارية(درجة الحرارة والضغط)؛ ، بدني(الكثافة، اللزوجة، التعكر)؛ المواد الكيميائية(التركيب، الخواص الكيميائية، التركيز) ، هندسة الراديوإلخ.
أتاح تحليل حالة القياسات في صناعة المواد الغذائية إمكانية تحديد التركيب النوعي والكمي لأسطول معدات القياس، والذي يتميز بالنسبة التالية (٪):
- القياسات الحرارية - 50.7؛
- القياسات الميكانيكية - 30.4؛
– الطاقة الكهربائية – 12.1;
- القياسات الفيزيائية والكيميائية - 6.2؛
- قياسات الوقت والتردد - 0,6.
مبادئ وطرق القياس
مبدأ القياس- ظاهرة فيزيائية أو تأثير القياسات الأساسية. على سبيل المثال، يعتمد قياس درجة الحرارة باستخدام مقياس حرارة السائل على زيادة حجم السائل مع زيادة درجة الحرارة.
طريقة القياسذ- تقنية أو مجموعة من التقنيات لمقارنة الكمية الفيزيائية المقاسة بوحدتها وفقًا لمبادئ القياس المطبقة.
ويرد تصنيف طرق القياس في الشكل 3.1.
الشكل 3.1. تصنيف طرق القياس
طريقة التقييم المباشر- طريقة قياس يتم فيها تحديد قيمة الكمية المقاسة مباشرة من جهاز القراءة لجهاز قياس مباشر المفعول (مع القراءة على مقياس أو على مقياس رنيه - مقياس مساعد يتم عليه كسور تقسيم المقياس الرئيسي يتم عدها). على سبيل المثال، العد بالساعة أو المسطرة.
طريقة المقارنة مع القياس- طريقة قياس تتم فيها مقارنة القيمة المقاسة بالقيمة المستنسخة بواسطة القياس.
يقيس- SI مصممة لإعادة إنتاج الطاقة الكهروضوئية بحجم معين
تحدث طريقة المقارنة صفر، التفاضلية، الاستبدال.
طريقة فارغة- نوع من الطريقة التفاضلية يتم من خلالها تحويل التأثير الناتج لتأثير الكميات على جهاز المقارنة إلى الصفر (مقاييس الكأس). وفي هذه الحالة، تكون قيمة الكمية المقاسة مساوية للقيمة التي يستنسخها القياس.
في الطريقة التفاضليةتتم مقارنة القيمة المقاسة x بشكل مباشر أو غير مباشر مع القيمة x ومقياس قابل للتكرار. يتم الحكم على قيمة x من خلال الفرق Δx = x – x m المقاس بواسطة الجهاز في القيمتين المقاستين في نفس الوقت x وxm وبالقيمة المعروفة xm المستنسخة بواسطة المقياس. ثم
س = س م + Δس
طريقة الاستبدال- طريقة يتم فيها استبدال الكمية المطلوبة بمقياس ذو قيمة معروفة.
اعتمادًا على الاتصال بالقيمة المقاسة، يتم تقسيم الطرق إلى الاتصال وعدم الاتصال ، حيث يتم ملامسة العنصر الحساس للجهاز أو عدم ملامسته لكائن القياس. مثال على قياس التلامس هو قياس درجة حرارة المنتج باستخدام مقياس الحرارة، وقياس عدم التلامس هو قياس درجة الحرارة في الفرن العالي باستخدام البيرومتر.
اعتمادًا على المبدأ الذي يقوم عليه القياس، يتم تقسيم الطرق إلى: الفيزيائية والكيميائية والفيزيائية والكيميائية والميكروبيولوجية والبيولوجية .
الطريقة الفيزيائية– تعتمد الطريقة على تسجيل إشارة تحليلية تسجل خاصية معينة نتيجة لعملية فيزيائية.
باستخدام الطريقة الفيزيائية، يتم تحديد الخصائص الفيزيائية للهيدروبيونت (الكتلة والطول واللون) والعديد من معلمات التحكم في العمليات التكنولوجية (درجة الحرارة والضغط والوقت وما إلى ذلك)، ويتم استخدام أدوات قياس مختلفة عند إجراء البحوث. هذه الطريقة هي الأكثر موضوعية وتقدمية.
المزايا - سرعة التحديد ودقة النتائج
العيوب - عدم القدرة على تحديد العديد من المؤشرات التحليلية بشكل رئيسي
الطريقة الكيميائية– يعتمد على تسجيل إشارة تحليلية تنشأ نتيجة تفاعل كيميائي، وتستخدم لتقييم تركيبة المنتج وخواصه، على سبيل المثال: قياس المعايرة (تحديد الملوحة، قياس الجاذبية – تحديد محتوى الكبريتات في ملح الطعام).
المزايا: الأكثر دقة وموضوعية.
العيوب: مدة التحليل، تتطلب تحضير الكواشف، كمية كبيرة من الأواني الزجاجية.
الطريقة الفيزيائية والكيميائية- يعتمد على تسجيل الإشارة التي تنشأ نتيجة تفاعل كيميائي، ولكن يتم تسجيلها أيضًا في شكل قياس لبعض الخصائص الفيزيائية. هو حاليا الأكثر تقدمية. تنقسم الطرق الفيزيائية والكيميائية إلى:
عن الطرق البصرية– يتم استخدام العلاقة بين الخصائص البصرية للنظام وتكوينه.
- المسعريةإذا - يعتمد على قياس امتصاص الطاقة الكهرومغناطيسية في نطاق ضيق من الأطوال الموجية للضوء (تحديد كمية الفينولات ومحتوى الفيتامينات وما إلى ذلك).
- قياس الانكسار –بناءً على قياس معامل الانكسار للمحلول (تحديد محتوى المادة الجافة في الطماطم).
- احتمالية قياس- يعتمد على تحديد جهد التوازن (قياس المجالات الكهرومغناطيسية) وإيجاد العلاقة بين قيمته وعنصر تحديد الجهد للمحلول (تحديد الرقم الهيدروجيني للمحلول)
- بولاروجرافيك– على أساس تحديد اعتماد التيار على زيادة الجهد على قطب الخلية المغمورة في المحلول (تحديد المعادن الثقيلة)
- قياس الموصلية– يعتمد على تحديد التوصيل الكهربائي للمحاليل الإلكتروليتية (تحديد المعادن الثقيلة، تركيز الأملاح السطحية في المحلول).
- طرق مجتمعة- على أساس فصل المخاليط المعقدة إلى مكونات فردية وتحديدها الكمي، هناك: كروماتوغرافي (طبقة رقيقة - تحديد تكوين الأحماض الدهنية؛ الغاز السائل - تحديد تكوين الأحماض الأمينية، المبيدات الحشرية، الامتزاز، التبادل الأيوني).
مخطط المحاضرة:
1 تصنيف القياسات
2 الكميات الفيزيائية. تصنيف الكميات الفيزيائية
3 معادلة القياس الأساسية. تحويل القياس
4 مسلمات نظرية القياس
5 الاختبار والتحكم وحدود القياس
يمكن إجراء تصنيف أدوات القياس وفقًا للمعايير التالية.
1. خصائص الدقةوتنقسم القياسات إلى متساوية وغير متساوية.
قياسات متساوية الدقةالكمية الفيزيائية هي سلسلة من القياسات لكمية معينة يتم إجراؤها باستخدام أدوات القياس (MI) بنفس الدقة في ظل ظروف أولية متطابقة.
قياسات دقيقة بشكل غير متساوالكمية المادية علىهي سلسلة من القياسات لكمية معينة يتم إجراؤها باستخدام أدوات قياس ذات دقة مختلفة و (أو) في ظل ظروف أولية مختلفة.
2. حسب عدد القياساتوتنقسم القياسات إلى مفردة ومتعددة.
قياس واحدهو قياس كمية واحدة مصنوعة مرة واحدة. من الناحية العملية، تحتوي القياسات الفردية على خطأ كبير؛ لذلك، لتقليل الخطأ، يوصى بإجراء قياسات من هذا النوع ثلاث مرات على الأقل، وأخذ متوسطها الحسابي كنتيجة.
قياسات متعددةهو قياس كمية واحدة أو أكثر يتم إجراؤها أربع مرات أو أكثر. القياس المتعدد هو سلسلة من القياسات الفردية. الحد الأدنى لعدد القياسات التي يمكن اعتبار القياس فيها متعددًا هو أربعة. نتيجة القياسات المتعددة هي المتوسط الحسابي لنتائج جميع القياسات المأخوذة. مع القياسات المتكررة، يتم تقليل الخطأ.
3. حسب نوع التغيير في القيمةوتنقسم القياسات إلى ثابتة وديناميكية.
قياسات ثابتة- هذه قياسات لكمية فيزيائية ثابتة وغير متغيرة. مثال على هذه الكمية الفيزيائية الثابتة مع الزمن هو طول قطعة الأرض.
القياسات الديناميكية- هذه قياسات لكمية فيزيائية متغيرة وغير ثابتة.
4. حسب الغرضوتنقسم القياسات إلى التقنية والمترولوجية.
القياسات الفنية- هذه قياسات يتم إجراؤها بواسطة أدوات القياس الفنية.
القياسات المترولوجيةهي القياسات التي تتم باستخدام المعايير.
5. بواسطة طريقة العرضوتنقسم نتائج القياس إلى مطلقة ونسبية.
القياسات المطلقة- هذه هي القياسات التي يتم إجراؤها من خلال القياس المباشر والمباشر لكمية أساسية و (أو) تطبيق ثابت فيزيائي.
نسبيالقياسات هي قياسات يتم فيها حساب نسبة الكميات المتجانسة، حيث يكون البسط هو الكمية التي تتم مقارنتها، والمقام هو أساس المقارنة (الوحدة). ستعتمد نتيجة القياس على القيمة التي يتم أخذها كأساس للمقارنة.
6. بواسطةطُرق يستلموتنقسم نتائج القياس إلى نتائج مباشرة وغير مباشرة وتراكمية ومشتركة.
القياسات المباشرة- هذه قياسات يتم إجراؤها باستخدام المقاييس، أي. تتم مقارنة الكمية المقاسة مباشرة مع قياسها. ومن أمثلة القياسات المباشرة قياس الزاوية (قياس – منقلة).
قياسات غير مباشرة- وهي قياسات يتم فيها حساب قيمة القياس باستخدام القيم التي تم الحصول عليها من خلال القياسات المباشرة وبعض العلاقة المعروفة بين هذه القيم والمقياس.
القياسات الإجمالية- هذه قياسات نتيجتها حل بعض أنظمة المعادلات والتي معالمتبقية من المعادلات التي تم الحصول عليها نتيجة لقياس مجموعات محتملة من الكميات المقاسة.
القياسات المشتركة- هذه قياسات يتم خلالها قياس كميتين فيزيائيتين غير متجانستين على الأقل معبغرض إثبات الاعتماد القائم بينهما.
تتميز جميع كائنات العالم المحيط بخصائصها. الخاصية هي فئة فلسفية تعبر عن هذا الجانب من شيء ما (ظاهرة، عملية) تحدد اختلافه أو قواسمه المشتركة مع أشياء أخرى (ظواهر، عمليات) ويتم الكشف عنها في علاقاته بها. الملكية – فئة الجودة. لوصف الخصائص المختلفة للعمليات والأجسام الفيزيائية كميًا، تم تقديم مفهوم الكمية. الحجم هو خاصية لشيء يمكن تمييزه عن الخصائص الأخرى وتقييمه بطريقة أو بأخرى، بما في ذلك الكمية. لا توجد الكمية في حد ذاتها، فهي موجودة فقط بقدر وجود شيء له خصائص يتم التعبير عنها بكمية معينة. ترتبط الكميات المثالية بشكل رئيسي بالرياضيات، وهي تعميم (نموذج) لمفاهيم حقيقية محددة. يتم حسابها بطريقة أو بأخرى.
العديد من الخصائص، بالإضافة إلى علاقة التكافؤ، تتجلى أيضًا فيما يتعلق بوجود الإحداثي الكمي للخاصية - الشدة. عندما يتم تقسيم جسم ما، فإن هذه الخصائص عادة لا تتغير وتسمى الكميات المكثفة. ومن خلال مقارنة القيم المكثفة، يمكن تحديد نسبتها وترتيبها وفقًا لكثافة خاصية معينة. عند مقارنة الكميات المكثفة، يتم الكشف عن علاقة ترتيبية (أكبر أو أقل أو يساوي)، أي. يتم تحديد العلاقة بين الكميات. ومن أمثلة الكميات المكثفة صلابة المادة، والرائحة، وما إلى ذلك. ويمكن اكتشاف الكميات المكثفة، وتصنيفها حسب شدتها، وإخضاعها للتحكم، وقياسها من خلال أرقام متزايدة أو متناقصة بشكل رتيب. وانطلاقاً من مفهوم "الكمية المكثفة" يتم تقديم مفاهيم الكمية الفيزيائية وحجمها. حجم الكمية الفيزيائية هو المحتوى الكمي في كائن معين لخاصية تتوافق مع مفهوم الكمية الفيزيائية.
يتم عرض الكميات المكثفة من خلال التقييم الكمي، وبشكل رئيسي من قبل الخبراء، حيث يتم عرض الخصائص ذات الحجم الأكبر بأعداد أكبر من الخصائص ذات الحجم الأصغر. ويتم تقييم الكميات المكثفة باستخدام مقاييس الترتيب والفاصل الزمني، الموضحة أدناه.
الأشياء التي تتميز بكميات كبيرة يمكن أن تخضع للتحكم. التحكم هو إجراء لإنشاء المراسلات بين حالة الكائن والقاعدة. لتنفيذ الإجراء الخاص بأبسط تحكم أحادي المعلمة للخاصية X، هناك حاجة إلى كائنات نموذجية تميز المعلمات المساوية لـ X n السفلي وX العلوي، على التوالي، ضمن الحدود العادية، وجهاز مقارنة. يتم تحديد نتيجة التحكم Q بالمعادلة التالية: أقل من الطبيعي (X<Х н); норма (X>X ن وX<Х в); выше нормы (X>× ج).
إذا ظهرت الكمية الفيزيائية في علاقات التكافؤ والنظام والجمع، فيمكن: اكتشافها وتصنيفها والتحكم فيها وقياسها. هذه الكميات، التي تسمى واسعة النطاق، عادة ما تميز المواد الفيزيائية أو خصائص الطاقة لجسم ما، على سبيل المثال، كتلة الجسم، والمقاومة الكهربائية للموصل، وما إلى ذلك. عند قياس كمية واسعة، يتم تعيين مجموعة غير معدودة من أبعادها إلى مجموعة فرعية قابلة للعد في شكل مجموعة من الأرقام Q، والتي يجب أن تحقق أيضًا علاقات التكافؤ والترتيب والجمع. أرقام Q هي نتائج القياس ويمكن استخدامها في أي عملية رياضية. يجب أن تحتوي مجموعة هذه الأرقام Q على الخصائص التالية:
لكي تظهر نفسها فيما يتعلق بالتكافؤ، يجب أن تكون مجموعة الأرقام Q التي تمثل كميات متجانسة ذات أحجام مختلفة مجموعة من الأرقام ذات الأسماء المتطابقة. هذا الاسم هو وحدة الكمية الفيزيائية أو كسرها. وحدة الكمية الفيزيائية [Q] هي كمية فيزيائية ذات حجم ثابت، والتي يتم تعيينها تقليديًا بقيمة عددية تساوي واحدًا. يتم استخدامه للتعبير الكمي عن الكميات الفيزيائية المتجانسة.
لكي يعبر عن نفسه في علاقات التكافؤ والنظام، يتم اختيار الرقم q 1، الذي يعكس القيمة الأكبر Q 1 > Q 2، أكبر من الرقم q 2، الذي يمثل القيمة الأصغر Q 2. وفي كلتا الحالتين، يتم استخدام وحدة واحدة من الكمية الفيزيائية. لتحقيق هذا الشرط، يتم اختيار مجموعة مرتبة من الأعداد الحقيقية ذات علاقة ترتيب طبيعية لتكون المجموعة المرغوبة q 1 ,…, q n.
لكي يتجلى في علاقات التكافؤ والنظام والإضافة، يجب أن يكون رقم مجرد يساوي تقدير إجمالي الكمية القابلة للقياس Q الناتجة عن إضافة مكونات الكميات المتجانسة Q i مساويًا لمجموع التقديرات العددية qi لـ هذه المكونات. يجب أن يكون مجموع الأرقام المسماة Q i التي تعكس المكونات مساوياً للرقم المسمى Q الذي يعكس القيمة الإجمالية:
إذا تم تنفيذ الشرط [Q] =، أي أن هناك مساواة في حجم وحدات جميع الأرقام المسماة التي تعكس القيمة الإجمالية Q ومكوناتها Q i، ففي هذه الحالة يتم تقديم المفاهيم التالية:
قيمة الكمية الفيزيائية Q هي تقدير لحجمها على شكل عدد معين من الوحدات المقبولة لها؛
القيمة العددية للكمية الفيزيائية، q هو رقم مجرد يعبر عن نسبة قيمة الكمية إلى الوحدة المقابلة لكمية فيزيائية معينة.
تسمى المعادلة Q = q[Q] بمعادلة القياس الأساسية. جوهر أبسط قياس هو مقارنة حجم الكمية الفيزيائية Q مع حجم كمية الإخراج للمقياس متعدد القيم القابل للتعديل q[Q]. ونتيجة للمقارنة، ثبت أن q[Q] شرط تنفيذ إجراء القياس المباشر الأولي هو إجراء العمليات التالية: استنساخ كمية فيزيائية بحجم معين q[Q]؛ مقارنة الكمية الفيزيائية المقاسة Q مع كمية القياس القابلة للتكرار q[Q]. وهكذا وبالاعتماد على استخدام المسلمات العامة للتكافؤ والترتيب والجمعية تم الحصول على مفهوم القياس المباشر والذي يمكن صياغته على النحو التالي: القياس عملية معرفية تتكون من المقارنة من خلال تجربة فيزيائية لكمية فيزيائية معينة مع كمية فيزيائية معروفة تؤخذ كوحدة قياس. مثل أي علم آخر، تم بناء نظرية القياس على أساس عدد من المسلمات الأساسية التي تصف البديهيات الأولية. تم تخصيص عدد كبير من الدراسات العلمية لبناء ودراسة هذه المسلمات البديهية. وتجدر الإشارة إلى أن أي محاولة لصياغة الأحكام الأولية (المسلمات) لنظرية القياس تواجه صعوبات أساسية. ويرجع ذلك إلى أنه من ناحية، يجب أن تمثل المسلمات بيانات موضوعية، ومن ناحية أخرى، فإن موضوع المترولوجيا هو القياسات، أي. نوع النشاط الذي يقوم به الأشخاص لتحقيق أهداف ذاتية. وبالتالي، من الضروري صياغة بيانات موضوعية من شأنها أن تكون بمثابة الأساس لنظام علمي يحتوي على عنصر ذاتي مهم. الافتراض الأول للقياس هو الافتراض أ: في إطار النموذج المقبول لموضوع الدراسة، هناك كمية مادية معينة قابلة للقياس وقيمتها الحقيقية. فإذا افترضنا مثلاً أن الجزء عبارة عن أسطوانة (النموذج عبارة عن أسطوانة)، فإن له قطرًا يمكن قياسه. إذا كان الجزء لا يمكن اعتباره أسطوانيًا، على سبيل المثال، مقطعه العرضي عبارة عن قطع ناقص، فإن قياس قطره لا معنى له، لأن القيمة المقاسة لا تحمل معلومات مفيدة عن الجزء. وبالتالي، في إطار النموذج الجديد، القطر غير موجود. الكمية المقاسة موجودة فقط في إطار النموذج المقبول، أي. يكون منطقيًا فقط طالما أن النموذج يعتبر مناسبًا للكائن. نظرًا لأنه، لأغراض بحثية مختلفة، يمكن مقارنة نماذج مختلفة بكائن معين، فمن المسلمة تتبع النتيجة الطبيعية 1: بالنسبة لكمية فيزيائية معينة للكائن الذي يتم قياسه، هناك العديد من الكميات المقاسة، وبالتالي، كمياتها الحقيقية قيم. لذلك، من المسلمة الأولى للقياس، يتبع أن الخاصية المقاسة لكائن القياس يجب أن تتوافق مع بعض معلمات نموذجه. يجب أن يسمح هذا النموذج باعتبار هذه المعلمة دون تغيير خلال الوقت المطلوب للقياس. وبخلاف ذلك، لا يمكن أخذ القياسات. يتم وصف هذه الحقيقة من خلال المسلمة ب: القيمة الحقيقية للكمية المقاسة ثابتة. بعد تحديد المعلمة الثابتة للنموذج، يمكنك المتابعة لقياس القيمة المقابلة. بالنسبة لكمية فيزيائية متغيرة، من الضروري عزل أو تحديد بعض المعلمات الثابتة وقياسها. في الحالة العامة، يتم تقديم مثل هذه المعلمة الثابتة باستخدام بعض الوظائف. مثال على هذه المعلمات الثابتة للإشارات المتغيرة بمرور الوقت التي يتم تقديمها من خلال الوظائف هي القيم المتوسطة أو جذر متوسط المربعات. وينعكس هذا الجانب في النتيجة الطبيعية ب1: لقياس كمية فيزيائية متغيرة، من الضروري تحديد معلمتها الثابتة - الكمية المقاسة. تسمى القياسات المعتمدة على استخدام الحواس البشرية (اللمس والشم والرؤية والسمع والتذوق) بالحسية. فقياس الوقت، على سبيل المثال، أو الجاذبية (من قبل رواد الفضاء) يعتمد على الأحاسيس. حتى القياسات الأقل مثالية على مقياس الطلب تعتمد على مرات الظهور. تسمى القياسات المبنية على الحدس بالاستدلال. تسمى القياسات التي يتم إجراؤها باستخدام وسائل تقنية خاصة مفيدة. وقد تشمل هذه الآليات والآلية. في القياسات الآلية، لا يتم استبعاد دور الشخص تمامًا (تلقي البيانات من جهاز الإبلاغ الخاص بجهاز القياس أو العرض الرقمي). يتم إجراء القياسات التلقائية دون تدخل بشري. يتم تقديم نتائجهم في شكل وثيقة وهي موضوعية تمامًا. المؤشرات هي أجهزة تقنية مصممة للكشف عن الخصائص الفيزيائية. أدوات القياس هي جميع الوسائل التقنية المستخدمة في القياسات ولها خصائص مترولوجية موحدة. تم تصميم المقاييس الحقيقية لإعادة إنتاج كمية فيزيائية بحجم معين، والتي تتميز بما يسمى بالحجم الاسمي. محولات الطاقة هي أدوات قياس تنتج إشارات لقياس المعلومات في شكل مناسب لمزيد من التحويل والنقل والتخزين والمعالجة، ولكن كقاعدة عامة، لا يمكن الوصول إليها للإدراك المباشر من قبل المراقب. تُفهم وحدة القياسات على أنها الحالة التي يتم فيها التعبير عن النتائج بوحدات قانونية، ويتم توثيق دقة القياسات. الخصائص المترولوجية لأدوات القياس هي تلك الخصائص التقنية التي تؤثر على نتائج القياسات ودقتها. مقياس قياس الخاصية الكمية هو مقياس لكمية فيزيائية. مقياس الكمية الفيزيائية هو تسلسل مرتب لقيم الكمية الفيزيائية، يتم اعتماده بالاتفاق بناءً على نتائج القياسات الدقيقة. وفقا للهيكل المنطقي لمظاهر الخصائص، يتم تمييز خمسة أنواع رئيسية من مقاييس القياس. مقياس التسمية (مقياس التصنيف). وتستخدم هذه المقاييس لتصنيف الأشياء التجريبية التي تظهر خصائصها فقط فيما يتعلق بالتكافؤ، ولا يمكن اعتبار هذه الخصائص كميات فيزيائية، وبالتالي فإن المقاييس من هذا النوع ليست مقاييس للكميات الفيزيائية. هذا هو أبسط نوع من المقاييس، يعتمد على تعيين أرقام للخصائص النوعية للأشياء، ولعب دور الأسماء. ومن الأمثلة على مقاييس التسمية الأطالس الملونة المستخدمة على نطاق واسع والمصممة لتحديد الألوان. مقياس الترتيب (مقياس الرتبة). إذا كانت خاصية كائن تجريبي معين تتجلى فيما يتعلق بالتكافؤ والنظام في زيادة أو تقليل المظهر الكمي للخاصية، فيمكن بناء مقياس ترتيب له. إنه يزيد أو يتناقص بشكل رتيب ويسمح لك بإنشاء نسبة أكبر/أقل بين الكميات التي تميز الخاصية المحددة. في المقاييس الترتيبية، يوجد الصفر أو لا يوجد، ولكن من المستحيل من حيث المبدأ إدخال وحدات القياس، حيث لم يتم إنشاء علاقة تناسب لها، وبالتالي، لا توجد طريقة للحكم على عدد المرات الأكثر أو الأقل تحديدًا من مظاهر الملكية هي . أصبحت مقاييس الطلب مع النقاط المرجعية المميزة عليها منتشرة على نطاق واسع. تتضمن هذه المقاييس، على سبيل المثال، مقياس موس لتحديد صلابة المعادن، والذي يحتوي على 10 معادن مرجعية (مرجعية) بأرقام صلابة مختلفة: التلك - 1؛ الجبس - 2؛ الكالسيوم - 3؛ فلوريت - 4؛ الأباتيت - 5؛ أورثوكلاز - 6؛ الكوارتز - 7؛ توباز - 8؛ اكسيد الالمونيوم - 9 ؛ الماس - 10. يتم تخصيص المعدن لتدرج معين من الصلابة على أساس تجربة تتكون من خدش مادة الاختبار بمادة داعمة. إذا بقي أثر عليه بعد خدش معدن الاختبار بالكوارتز (7)، وبعد أورثوكلاز (6) لم يكن هناك أي أثر، فإن صلابة مادة الاختبار تكون أكثر من 6، ولكن أقل من 7. يتم التقييم على مقاييس الطلب غامضة ومشروطة للغاية، كما يتضح من المثال المدروس. مقياس الفاصل (مقياس الفرق). تعد هذه المقاييس بمثابة تطوير إضافي لمقاييس الترتيب وتستخدم للأشياء التي تلبي خصائصها علاقات التكافؤ والنظام والإضافة. يتكون مقياس الفترات من فواصل زمنية متطابقة، وله وحدة قياس وبداية تم اختيارها بشكل تعسفي - نقطة الصفر. تتضمن هذه المقاييس التسلسل الزمني وفقًا للتقويمات المختلفة، حيث يتم اعتبار خلق العالم أو ميلاد المسيح وما إلى ذلك كنقطة انطلاق. تعتبر مقاييس درجة الحرارة مئوية وفهرنهايت وريومور أيضًا مقاييس فاصلة. هناك عملياً طريقتان لضبط المقياس. في أولهما، يتم تحديد قيمتين Q 0 و Q 1، والتي يتم تنفيذها بشكل بسيط نسبيًا فعليًا. وتسمى هذه القيم بالنقاط المرجعية، أو النقاط المرجعية الرئيسية، ويسمى الفاصل الزمني بالفاصل الرئيسي (Q 1 -Q 0). مقياس العلاقة. تصف هذه المقاييس خصائص الأشياء التجريبية التي تحقق علاقات التكافؤ والنظام والإضافة (مقاييس النوع الثاني مضافة)، وفي بعض الحالات التناسب (مقاييس النوع الأول متناسبة). ومن الأمثلة على ذلك مقياس الكتلة (النوع الثاني)، ودرجة الحرارة الديناميكية الحرارية (النوع الأول). في مقاييس النسب، يوجد معيار طبيعي لا لبس فيه للظهور الكمي الصفري للخاصية ووحدة القياس التي يتم تحديدها بالاتفاق. من وجهة نظر رسمية، مقياس النسبة هو مقياس فاصل ذو أصل طبيعي. تنطبق جميع العمليات الحسابية على القيم التي تم الحصول عليها على هذا المقياس، وهو أمر مهم عند قياس كمية فيزيائية. مقاييس العلاقات هي الأكثر تقدما. المقاييس المطلقة. يستخدم بعض المؤلفين مفهوم المقاييس المطلقة، ويقصدون بها المقاييس التي تتمتع بجميع خصائص المقاييس النسبية، ولكنها بالإضافة إلى ذلك لها تعريف طبيعي لا لبس فيه لوحدة القياس، ولا تعتمد على نظام وحدات القياس المعتمد. تتوافق هذه المقاييس مع القيم النسبية: الكسب، والتوهين، وما إلى ذلك. ولتكوين العديد من الوحدات المشتقة في نظام SI، يتم استخدام وحدات العد بدون أبعاد والمقاييس المطلقة. لاحظ أن مقاييس الأسماء والترتيب تسمى غير مترية (مفهومية)، ومقاييس الفترات والنسب تسمى مترية (مادية). تنتمي المقاييس المطلقة والمترية إلى فئة الخطية. يتم التنفيذ العملي لمقاييس القياس من خلال توحيد كل من المقاييس ووحدات القياس نفسها، وإذا لزم الأمر، طرق وشروط إعادة إنتاجها بشكل لا لبس فيه. أسئلة التحكم: 1 تعريف الكمية الفيزيائية. أعط أمثلة على الكميات التي تنتمي إلى مجموعات مختلفة من العمليات الفيزيائية. 2 ما هي الكميات الفيزيائية الواسعة والمكثفة؟ ما هي أوجه التشابه والاختلاف بينهما؟ أعط أمثلة على الكميات الفيزيائية لكل نوع. 3 ما هو مقياس الكميات الفيزيائية؟ أعط أمثلة على مقاييس مختلفة للكميات الفيزيائية. 4 قم بتسمية العمليات الرئيسية لإجراء القياس. أخبرنا كيف يتم تنفيذها عند قياس حجم الجزء باستخدام الفرجار. 5 أعط أمثلة على محولات الطاقة والمقاييس متعددة القيم وأجهزة المقارنة المستخدمة في أدوات القياس المعروفة لديك. 6 ما هو جهاز القياس؟ أعط أمثلة على أدوات قياس الكميات الفيزيائية المختلفة.
