Pomiar

Aby zapoznać się z czasopismem naukowym, zobacz Pomiar (czasopismo) .
Ten artykuł dotyczy miar w metrologii . Aby zapoznać się z innymi zastosowaniami miary, zobacz Miara .

Cztery urządzenia pomiarowe posiadające kalibrację metryczną

Pomiar to ilościowe określenie atrybutów obiektu lub zdarzenia, które można wykorzystać do porównania z innymi przedmiotami lub zdarzeniami. Innymi słowy, pomiar to proces określania, jak duża lub mała wielkość fizyczna w porównaniu z podstawową wielkością odniesienia tego samego rodzaju. Zakres i zastosowanie pomiaru zależą od kontekstu i dyscypliny. W naukach przyrodniczych i inżynierskich pomiarów nie stosuje się do nominalnych właściwości obiektów lub zdarzeń, co jest zgodne z wytycznymi Międzynarodowe słownictwo metrologiczne publikowane przez Międzynarodowe Biuro Miar i Wag . Jednak w innych dziedzinach, takich jak statystyka , a także nauki społeczne i behawioralne , pomiary mogą mieć wiele poziomów , które obejmują skale nominalną, porządkową, przedziałową i ilorazową.

Pomiar jest kamieniem węgielnym handlu , nauki , technologii i badań ilościowych w wielu dyscyplinach. Historycznie istniało wiele systemów pomiarowych dla różnych dziedzin ludzkiej egzystencji, aby ułatwić porównania w tych dziedzinach. Często osiągano to dzięki lokalnym porozumieniom między partnerami handlowymi lub współpracownikami. Od XVIII wieku nastąpił rozwój w kierunku ujednolicenia, powszechnie akceptowanych standardów, które zaowocowały nowoczesnym Międzynarodowym Układem Jednostek Miar (SI). System ten redukuje wszystkie pomiary fizyczne do matematycznej kombinacji siedmiu podstawowych jednostek. Nauka o pomiarze jest uprawiana w dziedzinie metrologii .

Pomiar jest definiowany jako proces porównywania nieznanej wielkości z wielkością znaną lub standardową.

Metodologia

Pomiar właściwości można sklasyfikować według następujących kryteriów: typ , wielkość , jednostka i niepewność . [ potrzebne źródło ] Umożliwiają jednoznaczne porównania między pomiarami.

  • Poziom pomiaru jest taksonomią metodologicznego charakteru porównania. Na przykład dwa stany właściwości można porównać na podstawie stosunku, różnicy lub preferencji porządkowej. Typ zwykle nie jest wyrażony wprost, ale jest ukryty w definicji procedury pomiarowej.
  • Wielkość jest wartością liczbową charakterystyki, zwykle uzyskiwaną za pomocą odpowiednio dobranego przyrządu pomiarowego .
  • Jednostka przypisuje matematyczny współczynnik wagi do wielkości, która jest wyprowadzana jako stosunek do właściwości artefaktu używanego jako standard lub naturalna wielkość fizyczna.
  • Niepewność reprezentuje przypadkowe i systemowe błędy procedury pomiarowej; wskazuje poziom ufności pomiaru. Błędy są oceniane poprzez metodyczne powtarzanie pomiarów i uwzględnianie dokładności i precyzji przyrządu pomiarowego.

Standaryzacja jednostek miary

Pomiary najczęściej wykorzystują Międzynarodowy Układ Jednostek Miar (SI) jako ramy porównawcze. System definiuje siedem podstawowych jednostek : kilogram , metr , kandela , sekunda , amper , kelwin i mol . Wszystkie te jednostki są zdefiniowane bez odniesienia do konkretnego obiektu fizycznego, który służy jako standard. Definicje wolne od artefaktów ustalają pomiary na dokładnej wartości związanej ze stałą fizyczną lub inne niezmienne zjawiska w przyrodzie, w przeciwieństwie do standardowych artefaktów, które ulegają pogorszeniu lub zniszczeniu. Zamiast tego jednostka miary może się zmieniać tylko poprzez zwiększoną dokładność określania wartości stałej, z którą jest powiązana.

Siedem podstawowych jednostek w układzie SI. Strzałki wskazują od jednostek do tych, które są od nich zależne.

Pierwszą propozycją powiązania jednostki podstawowej SI z eksperymentalnym standardem niezależnym od fiat był Charles Sanders Peirce (1839–1914), który zaproponował zdefiniowanie miernika w kategoriach długości fali linii widmowej . To bezpośrednio wpłynęło na eksperyment Michelsona-Morleya ; Michelson i Morley cytują Peirce'a i ulepszają jego metodę.

Normy

Z wyjątkiem kilku podstawowych stałych kwantowych , jednostki miary pochodzą z uzgodnień historycznych. Nic, co jest właściwe naturze, nie nakazuje, by cal miał określoną długość, ani by mila była lepszą miarą odległości niż kilometr . Jednak w ciągu historii ludzkości, najpierw dla wygody, a potem z konieczności, standardy miar ewoluowały, tak aby społeczności miały pewne wspólne punkty odniesienia. Przepisy regulujące pomiary zostały pierwotnie opracowane w celu zapobiegania oszustwom w handlu.

Jednostki miary są ogólnie definiowane na podstawie naukowej, nadzorowane przez rządowe lub niezależne agencje i ustanowione w traktatach międzynarodowych, z których najważniejszym jest Generalna Konferencja Miar (CGPM), ustanowiona w 1875 r. Konwencją Metryczną , nadzorująca Międzynarodowy Układ Jednostek Miar (SI). Na przykład metr został ponownie zdefiniowany w 1983 r. przez CGPM pod względem prędkości światła, kilogram został ponownie zdefiniowany w 2019 r. pod względem stałej Plancka a stocznia międzynarodowa została zdefiniowana w 1960 r. przez rządy Stanów Zjednoczonych, Wielkiej Brytanii, Australii i Republiki Południowej Afryki jako dokładnie 0,9144 metra.

miary handlowe reguluje Narodowy Instytut Standardów i Technologii ( NIST ), oddział Departamentu Handlu Stanów Zjednoczonych . W Wielkiej Brytanii rolę tę pełni Narodowe Laboratorium Fizyczne (NPL), w Australii Narodowy Instytut Pomiarów , w Afryce Południowej Rada Badań Naukowych i Przemysłowych , a w Indiach Narodowe Laboratorium Fizyczne Indii .

Jednostki i systemy

Główne artykuły: Jednostka miary i System miar

jednostka jest znaną lub standardową wielkością, według której mierzy się inne wielkości fizyczne.

Butelka dla niemowląt , która mierzy w trzech systemach miar — metrycznym , imperialnym (Wielka Brytania) i zwyczajowym amerykańskim .

Systemy zwyczajowe imperialne i amerykańskie

Główny artykuł: zwyczajowe systemy miar imperialnych i amerykańskich

Zanim jednostki SI zostały powszechnie przyjęte na całym świecie, brytyjskie systemy jednostek angielskich , a później jednostki imperialne , były używane w Wielkiej Brytanii, Wspólnocie Narodów i Stanach Zjednoczonych. System stał się znany jako zwyczajowe jednostki amerykańskie w Stanach Zjednoczonych i nadal jest tam używany oraz w kilku krajach karaibskich . Te różne systemy miar były czasami nazywane stopą-funtem-sekundą systemów po jednostkach imperialnych dla długości, wagi i czasu, mimo że na przykład tony, cetnary, galony i mile morskie są różne dla jednostek amerykańskich. Wiele jednostek imperialnych nadal jest używanych w Wielkiej Brytanii, która oficjalnie przeszła na system SI - z kilkoma wyjątkami, takimi jak znaki drogowe, które nadal są wyrażone w milach. Piwo beczkowe i cydr muszą być sprzedawane przez cesarskie kufle, a mleko w butelkach zwrotnych może być sprzedawane przez cesarskie kufle. Wiele osób mierzy swój wzrost w stopach i calach, a wagę w kamieniu i funtów, by podać tylko kilka przykładów. Jednostki imperialne są używane w wielu innych miejscach, na przykład w wielu krajach Wspólnoty Narodów, które są uważane za metryczne, powierzchnia gruntów jest mierzona w akrach, a powierzchnia w stopach kwadratowych, szczególnie w transakcjach handlowych (zamiast statystyk rządowych). Podobnie benzyna jest sprzedawana na galony w wielu krajach, które są uważane za metryczne.

System metryczny

System metryczny to dziesiętny system miar oparty na jednostkach długości, metra i masy, kilogramie. Występuje w kilku wariantach, z różnymi wyborami jednostek podstawowych , choć nie wpływają one na jego codzienne użytkowanie. Od lat 60. Międzynarodowy Układ Jednostek Miar (SI) jest uznanym na całym świecie systemem metrycznym. Jednostki metryczne masy, długości i elektryczności są szeroko stosowane na całym świecie zarówno w celach codziennych, jak i naukowych.

Międzynarodowy układ jednostek

Układ Jednostek Miar (w skrócie SI od nazwy w języku francuskim Système International d'Unités ) jest współczesną wersją systemu metrycznego . Jest to najczęściej stosowany system jednostek na świecie , zarówno w codziennym handlu , jak iw nauce . SI został opracowany w 1960 roku z metr-kilogram-sekunda (MKS), a nie centymetr-gram-sekunda (CGS), który z kolei miał wiele wariantów. Jednostki SI dla siedmiu podstawowych wielkości fizycznych to:

Ilość podstawowa Jednostka podstawowa Symbol Definiowanie stałej
czas drugi S rozszczepienie nadsubtelne w cezie-133
długość metr M prędkość światła , C
masa kilogram kg stała Plancka , h
prąd elektryczny amper A ładunek elementarny , np
temperatura kelwin k stała Boltzmanna , k
ilość substancji kret mol Stała Avogadro N A
natężenie światła kandela płyta CD skuteczność świetlna źródła 540 THz K cd

W układzie SI podstawowe jednostki to proste miary czasu, długości, masy, temperatury, ilości substancji, prądu elektrycznego i natężenia światła. Jednostki pochodne są konstruowane z jednostek podstawowych, na przykład wat , czyli jednostka mocy, jest definiowana z jednostek podstawowych jako m 2 ·kg·s -3 . Inne właściwości fizyczne można mierzyć w jednostkach złożonych, takich jak gęstość materiału mierzona w kg/ m3 .

Konwersja prefiksów

SI umożliwia łatwe mnożenie podczas przełączania między jednostkami mającymi tę samą podstawę, ale różne przedrostki. Aby przeliczyć metry na centymetry, wystarczy pomnożyć liczbę metrów przez 100, ponieważ metr ma 100 centymetrów. I odwrotnie, aby przejść z centymetrów na metry, należy pomnożyć liczbę centymetrów przez 0,01 lub podzielić liczbę centymetrów przez 100.

Długość

Główny artykuł: Pomiar długości
Zobacz też: Lista urządzeń do pomiaru długości, odległości lub zasięgu
Dwumetrowa linijka stolarska

Linijka lub reguła jest narzędziem używanym na przykład w geometrii , rysunku technicznym , inżynierii i stolarstwie, do pomiaru długości lub odległości lub do rysowania linii prostych. Ściśle mówiąc, linijka jest instrumentem używanym do wyznaczania linii prostych, a skalibrowany instrument używany do określania długości nazywany jest miarą , jednak powszechne użycie nazywa oba instrumenty linijkami , a specjalna nazwa liniał jest używana do nieoznakowanej miary. Użycie słowa miara , w sensie przyrządu pomiarowego, przetrwa tylko w zdaniu miarka , przyrząd, którego można używać do mierzenia, ale nie można go używać do rysowania linii prostych. Jak widać na zdjęciach na tej stronie, dwumetrową miarkę stolarską można złożyć do długości zaledwie 20 centymetrów, aby z łatwością zmieścić się w kieszeni, a pięciometrową taśmę mierniczą można łatwo schować, aby zmieściła się w kieszeni małe mieszkanie.

Niektóre specjalne nazwy

Niektóre niesystematyczne nazwy są stosowane dla niektórych wielokrotności niektórych jednostek.

  • 100 kilogramów = 1 kwintal; 1000 kilogramów = 1 tona ;
  • 10 lat = 1 dekada; 100 lat = 1 wiek; 1000 lat = 1 tysiąclecie

Handel budowlany

Australijskie branże budowlane przyjęły system metryczny w 1966 roku, a jednostkami używanymi do pomiaru długości są metry (m) i milimetry (mm). Centymetrów (cm) unika się, ponieważ powodują zamieszanie podczas czytania planów . Na przykład długość dwa i pół metra jest zwykle zapisywana jako 2500 mm lub 2,5 m; zapisanie tej długości jako 250 cm byłoby uważane za niestandardowe.

Zawód geodety

Amerykańscy geodeci używają dziesiętnego systemu miar opracowanego przez Edmunda Guntera w 1620 r. Podstawową jednostką jest łańcuch Guntera o długości 66 stóp (20 m), który jest podzielony na 4 pręty, każdy o długości 16,5 stopy lub 100 ogniw o długości 0,66 stopy. Link jest skrótem „lk”, a linki „lks” w starych aktach i pomiarach gruntów wykonanych dla rządu.

Standardowa metoda pomiaru (SMM) opublikowana przez Royal Institution of Chartered Surveyors (RICS) składała się z tabel klasyfikacyjnych i zasad pomiaru, pozwalających na stosowanie jednolitej podstawy pomiarów obiektów budowlanych. Po raz pierwszy została opublikowana w 1922 r., Zastępując szkocką standardową metodę pomiaru, która została opublikowana w 1915 r. Jej siódma edycja (SMM7) została opublikowana po raz pierwszy w 1988 r. I poprawiona w 1998 r. SMM7 została zastąpiona nowymi zasadami miar , tom 2 (NRM2), które zostały opublikowane w kwietniu 2012 r. przez RICS Quantity Surveying and Construction Professional Group i zaczęły funkcjonować 1 stycznia 2013 r. NRM2 jest w powszechnym użyciu od lipca 2013 r.

SMM7 towarzyszył Kodeks postępowania przy obmiarze robót budowlanych (Kodeks pomiarowy SMM7). Podczas gdy SMM7 mógł mieć kontraktowy w ramach projektu, na przykład w standardowym formularzu kontraktu budowlanego JCT ), kod pomiaru nie był obowiązkowy.

NRM2 to druga z trzech części pakietu NRM:

  • NRM1 - Zlecenie kosztorysowania i planowania kosztów robót budowlanych
  • NRM2 - Pomiar szczegółowy dla robót budowlanych
  • NRM3 - Zlecenie kosztorysowania i planowania kosztów robót związanych z utrzymaniem budynku.

Czas

Główny artykuł: Czas

Czas jest abstrakcyjną miarą zmian elementarnych w kontinuum nieprzestrzennym. Jest oznaczony liczbami i/lub nazwanymi okresami, takimi jak godziny , dni , tygodnie , miesiące i lata . Jest to pozornie nieodwracalna seria wydarzeń w tym nieprzestrzennym kontinuum. Jest również używany do oznaczenia odstępu między dwoma względnymi punktami na tym kontinuum.

Masa

Główny artykuł: Waga

Masa odnosi się do nieodłącznej właściwości wszystkich obiektów materialnych do przeciwstawiania się zmianom ich pędu. Z drugiej strony ciężar odnosi się do skierowanej w dół siły wytwarzanej, gdy masa znajduje się w polu grawitacyjnym. Podczas swobodnego spadania (bez sił grawitacji netto) obiekty tracą wagę, ale zachowują swoją masę. Imperialne jednostki masy obejmują uncję , funt i tonę . Jednostki metryczne gram i kilogram to jednostki masy.

Jedno urządzenie do pomiaru wagi lub masy nazywa się wagą lub często po prostu wagą . Waga sprężynowa mierzy siłę, ale nie masę, waga porównuje wagę, obie wymagają pola grawitacyjnego do działania. Niektóre z najdokładniejszych przyrządów do pomiaru ciężaru lub masy są oparte na ogniwach obciążnikowych z cyfrowym odczytem, ​​ale do działania wymagają pola grawitacyjnego i nie działałyby w stanie swobodnego spadku.

Ekonomia

Główny artykuł: Pomiar w ekonomii

Miarami stosowanymi w ekonomii są miary fizyczne, miary wartości nominalnej ceny i miary ceny realnej . Miary te różnią się między sobą zmiennymi, które mierzą, oraz zmiennymi wyłączonymi z pomiarów.

Badania ankietowe

Główny artykuł: Metodologia badania
Stacja pomiarowa C eksperymentu EMMA zlokalizowana na głębokości 75 metrów w kopalni Pyhäsalmi .

W dziedzinie badań ankietowych pomiary są podejmowane na podstawie indywidualnych postaw, wartości i zachowań za pomocą kwestionariuszy jako narzędzia pomiarowego. Pomiar w badaniach ankietowych, jak każdy inny pomiar, jest również narażony na błąd pomiaru , tj. odejście od rzeczywistej wartości pomiaru i wartości podanej za pomocą przyrządu pomiarowego. W merytorycznych badaniach ankietowych błąd pomiaru może prowadzić do stronniczych wniosków i błędnie oszacowanych efektów. W celu uzyskania dokładnych wyników, gdy pojawią się błędy pomiaru, wyniki należy skorygować o błędy pomiaru .

Oznaczenie dokładności

Przy wyświetlaniu dokładności pomiarów ogólnie obowiązują następujące zasady:

  • Wszystkie cyfry inne niż 0 i wszelkie zera występujące między nimi są istotne dla dokładności dowolnej liczby. Na przykład liczba 12000 ma dwie cyfry znaczące i ma implikowane limity 11500 i 12500.
  • separatorze dziesiętnym można dodać dodatkowe zera, aby wskazać większą dokładność, zwiększając liczbę miejsc po przecinku. Na przykład 1 ma dorozumiane limity 0,5 i 1,5, podczas gdy 1,0 ma dorozumiane limity 0,95 i 1,05.

trudności

Ponieważ dokładny pomiar jest niezbędny w wielu dziedzinach i ponieważ wszystkie pomiary są z konieczności przybliżeniami, należy podjąć wiele wysiłku, aby pomiary były jak najbardziej dokładne. Rozważmy na przykład problem pomiaru czasu , jaki zajmuje obiektowi upadek z odległości jednego metra (około 39 cali ). Korzystając z fizyki, można wykazać, że w polu grawitacyjnym Ziemi jakikolwiek obiekt powinien spaść na jeden metr w ciągu około 0,45 sekundy. Jednak poniżej wymieniono tylko niektóre źródła pojawiających się błędów :

  • To obliczenie wykorzystało przyspieszenie grawitacyjne 9,8 metra na sekundę do kwadratu (32 stopy/s2 ) . Ale ten pomiar nie jest dokładny, ale precyzyjny tylko do dwóch cyfr znaczących.
  • Pole grawitacyjne Ziemi zmienia się nieznacznie w zależności od wysokości nad poziomem morza i innych czynników.
  • Obliczenie 0,45 sekundy obejmowało wyodrębnienie pierwiastka kwadratowego , operację matematyczną wymagającą zaokrąglenia do pewnej liczby cyfr znaczących, w tym przypadku dwóch cyfr znaczących.

Ponadto inne źródła błędów eksperymentalnych obejmują:

  • nieostrożność,
  • określenie dokładnego czasu uwolnienia obiektu i dokładnego momentu uderzenia w ziemię,
  • zarówno pomiar wysokości, jak i pomiar czasu obarczone są pewnym błędem,
  • Opór powietrza .
  • postawa ludzkich uczestników

Eksperymenty naukowe muszą być przeprowadzane z wielką ostrożnością, aby wyeliminować jak najwięcej błędów i zachować realistyczne szacunki błędów.

Definicje i teorie

Klasyczna definicja

W klasycznej definicji, która jest standardem w naukach fizycznych, pomiar to określenie lub oszacowanie stosunków wielkości. Ilość i miara są wzajemnie definiowane: atrybuty ilościowe to te, które można zmierzyć, przynajmniej w zasadzie. Klasyczna koncepcja ilości wywodzi się od Johna Wallisa i Isaaca Newtona i została zapowiedziana w Elementach Euklidesa .

Teoria reprezentacji

W teorii reprezentacji pomiar definiuje się jako „korelację liczb z bytami, które nie są liczbami”. Najbardziej dopracowana technicznie forma teorii reprezentacji jest również znana jako addytywny pomiar połączony . W tej formie teorii reprezentacji liczby są przypisywane na podstawie zgodności lub podobieństw między strukturą systemów liczbowych a strukturą systemów jakościowych. Właściwość jest ilościowa, jeśli można ustalić takie podobieństwa strukturalne. W słabszych formach teorii reprezentacji, takich jak ta zawarta w pracach Stanleya Smitha Stevensa , numery muszą być przypisane tylko zgodnie z regułą.

Pojęcie pomiaru jest często błędnie rozumiane jako zwykłe przypisanie wartości, ale możliwe jest przypisanie wartości w sposób, który nie jest pomiarem pod względem wymagań addytywnego pomiaru połączonego. Wzrostowi można przypisać wartość, ale jeśli nie można ustalić, że istnieje korelacja między pomiarami wzrostu a relacjami empirycznymi, nie jest to pomiar według addytywnej teorii pomiaru połączonego. Podobnie obliczanie i przypisywanie dowolnych wartości, takich jak „wartość księgowa” składnika aktywów w rachunkowości, nie jest pomiarem, ponieważ nie spełnia niezbędnych kryteriów.

Trzy typy teorii reprezentacji

1) Relacja empiryczna

W nauce związek empiryczny to związek lub korelacja oparta wyłącznie na obserwacji , a nie na teorii. Zależność empiryczna wymaga jedynie danych potwierdzających, niezależnie od podstaw teoretycznych

2) Zasada mapowania

Świat rzeczywisty to domena mapowania, a świat matematyczny to zasięg. kiedy odwzorowujemy atrybut na system matematyczny, mamy wiele możliwości mapowania i zakresu

3) Warunek reprezentacji pomiaru

Teoria informacji

Teoria informacji uznaje, że wszystkie dane są niedokładne i mają charakter statystyczny. Zatem definicja pomiaru jest następująca: „Zbiór obserwacji zmniejszających niepewność, w których wynik jest wyrażony jako wielkość”. Ta definicja implikuje to, co naukowcy faktycznie robią, kiedy coś mierzą i podają zarówno średnią, jak i statystyki pomiarów. W praktyce zaczyna się od wstępnego odgadnięcia oczekiwanej wartości wielkości, a następnie za pomocą różnych metod i przyrządów zmniejsza się niepewność tej wartości. Należy zauważyć, że w tym ujęciu, w przeciwieństwie do pozytywistów W teorii reprezentacji wszystkie pomiary są niepewne, więc zamiast przypisywać jedną wartość, do pomiaru przypisuje się zakres wartości. Oznacza to również, że nie ma jasnego ani dokładnego rozróżnienia między oszacowaniem a pomiarem.

Mechanika kwantowa

W mechanice kwantowej pomiar jest działaniem, które określa określoną właściwość (położenie, pęd, energię itp.) układu kwantowego. Przed dokonaniem pomiaru układ kwantowy jest jednocześnie opisywany wszystkimi wartościami z zakresu możliwych wartości, przy czym prawdopodobieństwo pomiaru każdej wartości jest określone przez funkcję falową układu . Kiedy wykonywany jest pomiar, funkcja falowa układu kwantowego „ zapada się ” do jednej, określonej wartości. Jednoznaczne znaczenie problemu pomiaru jest nierozwiązanym fundamentalnym problemem w mechanika kwantowa . [ potrzebne źródło ]

Biologia

W biologii generalnie nie ma dobrze ugruntowanej teorii pomiaru. Podkreśla się jednak znaczenie kontekstu teoretycznego. Co więcej, kontekst teoretyczny wywodzący się z teorii ewolucji prowadzi do wyartykułowania teorii miary i historyczności jako pojęć fundamentalnych. Do najbardziej rozwiniętych dziedzin pomiaru w biologii należą pomiary różnorodności genetycznej i różnorodności gatunkowej.

Zobacz też

Linki zewnętrzne


Zasoby biblioteczne o zasobach pomiarowych
Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Measurement&oldid=1137073728 ”