ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Физические величины и измеряемые величины из "Метрологические основы технических измерений " До сравнительно недавнего времени понятие физическая величина считалось достаточным для формулирования (постановки) и решения всех задач измерений. Однако в последние десятилетия области применения измерений существенно расширились задачи измерений усложнились требования к соответствию результатов измерений тем свойствам объектов, которые оцениваются путем измерений, значительно повысились. Это привело к тому, что понятие физическая величина перестало удовлетворять потребности в экспериментальном определении различных свойств разнообразных материальных объектов. [c.10] При планировании современных измерений, определении погрешностей измерений стало необходимым введение более конкретных понятий, определяемых задачами измерений, чем весьма общее понятие физическая величина . [c.10] Применительно к данной задаче измерений необходимо учитывать, что вал и втулка могут обладать некоторой конусностью, а их поперечные сечения могут отличаться от строгих окружностей. [c.11] Поэтому первый вопрос, который в подобных задачах измерений приходится решать, это вопрос о том, какие именно величины характеризуют свойства вала и втулки, представляющие интерес. Для рещения этого вопроса необходимо принять некоторые модели вала и втулки, отражающие те их свойства, которые должны быть определены (оценены) путем измерений. [c.11] Будем считать, что на плотность сочленения, образованного валом и втулкой, влияет некоторый средний зазор между ними. Тогда можно принять физическую модель объекта измерений (вал, втулка) в виде усеченного конуса с поперечными сечениями, незначительно отличающимися от окружностей. В качестве величин , соответствующих среднему зазору между валом и втулкой, люжно принять среднее арифметическое О диаметров каждого поперечного сечения модели, расположенных равномерно под разными полярными углами и дополнительно усредненных по разным поперечным сечениям, расположенным равномерно по длине модели (конуса). [c.11] Таким образом, в данном случае целью измерения является не физическая величина — длина — вообще, а величина (функционал параметров модели), определяемая формулой (1.1). [c.11] Моделирование объектов измерений, представляющее собой первый необходимый, в общем случае, этап планирования измерений, первую процедуру из всех, связанных с измерениями — наименее изученная и мало отраженная в метрологической литературе среди всех процедур, проводимых при измерениях и их планировании. Поэтому проблема моделирования объектов измерений заслуживает отдельного самостоятельного изучения. Задолго до постановки этой проблемы, всегда при измерениях, так или иначе, фактически моделирование объекта и выбор измеряемой величины , пусть неосознанно, проводились, и это позволяло удовлетворительно решать возникающие задачи измерений. [c.13] В общей теории моделирования оно определяется как средство изучения системы (в нащем случае — объекта измерений — М. 3.) путем ее замены более удобной для экспериментального исследования системой (моделью), сохраняющей существенные черты оригинала,. .. [4]. В подобном общем определении, конечно, не представляется возможным раскрыть содержание и смысл выражения существенные черты оригинала . Но именно здесь сосредоточен центр тяжести проблемы моделирования вообще и моделирования объектов измерений в частности. Обычно степень правильного (достаточно правильного для решения конкретной задачи) отражения, сохранения существенных черт оригинала моделью качественно выражают понятием адекватности модели объекту. Основной проблемой моделирования объектов измерений является выбор таких моделей, которые можно считать (при предполагаемых качественных свойствах объекта и при поставленной задаче измерений) адекватными объектам измерений. Здесь полезно подчеркнуть, что адекватность модели обуславливается не только теми свойствами объекта, отражаемыми ею, которые требуется определить в данной задаче измерений, но и теми свойствами объекта, которые, не представляя интереса при данной задаче измерений, могут влиять на результаты измерений принятых измеряемых величин. Естественно, что чем лучще, более полно учитываются в модели свойства объекта, тем сложнее оказывается модель. В приведенном вьше примере с валом и втулкой модель существенно усложнилась бы, если в ней учитывались бы шероховатости поверхностей вала и втулки, конечно влияющие на степень уплотнения сочленения вал-втулка . [c.13] Конечно, возможна постановка специальных предварительных экспериментов для приближенного определения исходных данных, необходимых для рещения поставленной задачи измерений. Но, рассматривая моделирование в задачах измерений, эти дополнительные данные надо (и удобно) считать исходными, известными. [c.14] адекватная модель объекта измерений может устанавливаться только на основе некоторой исходной информации о задаче и объекте измерений. Отсюда следует, что, во-первых, нужны определенные методы установления адекватных моделей объектов измерений на основе исходных данных и, во-вторых, нужны методы проверки адекватности. В отнощении и первых и вторых методов существуют лишь некоторые, в основном, качественные представления, которые строго не формализуются. Вероятно, именно это обстоятельство и служит причиной слабого отражения проблемы моделирования объектов измерений в литературе и практического отсутствия материалов о моделировании в метрологических документах (кажется, единственным исключением является [2], где даны только самые общие, неконкретные рекомендации). [c.14] Установление адекватных моделей объектов измерений — это пока сложная творческая неформализуемая задача. Ее рещение требует высокой квалификации, опыта и даже, в определенной степени, инженерной интуиции. Представляется, что установление рациональных (то есть наиболее простых из возможных) адекватных моделей находится где-то на грани науки и искусства. Одновременно нужно решать две взаимно противоречивых задачи 1) модель должна адекватно отражать все свойства объекта измерений, позволяющие решить задачу измерений с требуемой точностью (то есть оценить свойства, определение которых необходимо для решения задачи измерений), и другие свойства объекта, могущие повлиять на результаты измерений 2) модель должна быть, по возможности, простой, то есть должна содержать минимум параметров как тех, которые принимаются за измеряемые величины, так и тех, которые могут оказывать нежелательное влияние на результаты измерений (напрпмер, неинформативные параметры входного сигнала средства измерений). [c.14] Любая модель — это лишь отражение реального объекта в сознании человека, интересующегося, как правило, не всеми без исключения, а только теми свойствами реального объекта, количественное определение которых составляет задачу измерений. Кроме того, если даже задача измерений состоит в определении всех свойств объекта, человек в состоянии составить лишь идеализированную картину этих свойств. Поэтому при любых измерительных задачах человек может представить лишь неточную модель объекта измерений, в большей или меньшей степени, но не абсолютно полно отражающую свойства реального объекта, в том числе и те, которые могут нежелательно влиять на результаты измерений. [c.15] Как уже отмечалось, область проблематики измерений, связанная с моделированием объектов измерений и установлением измеряемых величин , представляет наименее изученную и разработанную (вернее, вообще не разработанную) часть теории и практики измерений. Поскольку эта область связана с решением задач о близости результатов измерений целям измерений, т. е. с метрологией (см. следующий раздел), она (эта область) должна быть отнесена к метрологии. Между тем, целенаправленное развитие метрологии в течение порядка сотни лет практически не затрагивает область моделирования объектов измерений. Проблема моделирования и выбора измеряемых величин , как параметров модели, начала упоминаться и формулироваться в последние 10—15 лет. Насколько нам известно, впервые эта проблема обозначена в [5]. Но в известных работах ее изучение не вышло из стадии постановки задачи. [c.16] Вся современная метрологическая деятельность, включая теорию и практику, ограничивается проблемой близости результатов измерений истинным значениям измеряемых величин. При этом игнорируют тот факт, что вследствие рассмотренных выше причин, истинное значение измеряемой величины лишь приближенно отражает то свойство реального объекта, для количественного определения которого ставится задача измерений. В тех работах, где этот факт не выпадает из рассмотрения, результаты не доведены до такого состояния, чтобы их можно было рекомендовать для практического использования. [c.16] Если под Оа понимать истинную количественную меру того свойства, которое определяется путем измерений и за которую принимают результат измерений (например, истинное математическое олсидание случайного диаметра в примере с валом и втулкой), а под — истинное значение величины, принятой за измеряемую (например, функционал (1.1)), то разность (1.3) с обратным знаком можно было бы принять за составляющую погрешности измерений, обусловленную неадекватностью модели. Остается вопрос о том, как оценивать истинное значение количественной меры интересующего свойства объекта. [c.17] как уже отмечалось, в литературе имеются указания на принципиальные трудности выбора адекватной модели объекта, хорошо отражающей реальные свойства объекта и соответствующей задаче измерений, практически дело обстоит не так уж безнадежно. [c.18] В большинстве практических задач измерений модели объектов измерений достаточно очевидны (как в приведенных выше примерах) и не очень сложны. В других задачах установление адекватной и достаточно простой модели часто сводится к выбору предпочтительной модели из множества известных моделей [5 или из совокупности моделей, включающей в себя наиболее сложную, заведомо адекватную модель и более простые модели данного объекта. В этих случаях процесс установления модели сводится к проверке адекватности более простых моделей. [c.18] Хотя экспериментальная проверка адекватности моделей и экспериментальная оценка погрешности от неадекватности моделирования объекта измерений (1.5) вряд ли всегда возможны, однако отсутствие точных правил не мешает опытным специалистам строить удачные модели [4], достаточная адекватность которых подтверждается при изготовлении и испытаниях тех объектов, для изучения свойств которых ставятся задачи измерений (для приведенного примера с валом и втулкой — при изготовлении и испытаниях сочленений вал-втулка ). [c.18] Вернуться к основной статье