Измерение

Измере́ние — познавальный процесс, при котором происходит определение отношения измеряемой величины к другой, принятой за постоянную. Измерение вместе с наблюдением и экспериментом образует эмпирическую основу научного познания.^[1] Все свойства пространства и времени можно различить на связанные с измерениями (метрические) и топологические.^[2]

Измерение качественных признаков путем сведения качественных характеристик к количественным называется квантификация.^[3][4] В более узком смысле, при количественной оценке качества продукции, — квалиметрия.^[5]

Измерения физических величин, методы и средства обеспечения их единства и требуемой точности изучаются в рамках прикладной научной дисциплины метрологии.^[6]

Измерение физической величины опытным путём проводится с помощью различных средств измерений — мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей, систем, установок и т. д. Измерение физической величины включает в себя несколько этапов: 1) сравнение измеряемой величины с единицей; 2) преобразование в форму, удобную для использования (различные способы индикации).

• Принцип измерений — физическое явление или эффект, положенный в основу измерений.
• Метод измерений — приём или совокупность приёмов сравнения измеряемой физической величины с её единицей в соответствии с реализованным принципом измерений. Метод измерений обычно обусловлен устройством средств измерений.

Характеристикой точности измерения является его погрешность или неопределённость.

Примеры измерений:

1. В простейшем случае, прикладывая линейку с делениями к какой-либо детали, по сути сравнивают её размер с единицей, хранимой линейкой, и, произведя отсчёт, получают значение величины (длины, высоты, толщины и других параметров детали).
2. С помощью измерительного прибора сравнивают размер величины, преобразованной в перемещение указателя, с единицей, хранимой шкалой этого прибора, и проводят отсчёт.

В тех случаях, когда невозможно выполнить измерение (не выделена величина как физическая, или не определена единица измерений этой величины) практикуется оценивание таких величин по условным шкалам, например, Шкала Рихтера интенсивности землетрясений, Шкала Мооса — шкала твёрдости минералов.

Частным случаем измерения является сравнение без указания количественных характеристик.

В начале 1840 г. во Франции была введена метрическая система мер.

В 1867 г. Д. И. Менделеев выступил с призывом содействовать подготовке метрической реформы в России. По его инициативе Петербургская академия наук предложила учредить международную организацию, которая обеспечивала бы единообразие средств измерений в международном масштабе. В 1875 г. была принята Метрическая конвенция. Принятие Конвенции ознаменовало начало международной стандартизации.

В физике и технике единицы измерения (единицы физических величин, единицы величин^[7]) используются для стандартизованного представления результатов измерений. Вместо термина единица измерения в нормативных документах России используется термин «единица величины»^[8]. Метрологические издания утверждают, что «Не допускается применять термин единица измерения физической величины или единица измерения вместо стандартизированного термина единица физической величины или единица, поскольку понятие измерение определяют через понятие единица. Надо писать: ампер — единица силы тока, квадратный метр — единица площади и нельзя писать: ампер — единица измерения силы тока, квадратный метр — единица измерения площади»^[9]. Однако термин «единица измерения» широко употребляется в научной литературе^[10]. Численное значение физической величины представляется как отношение измеренного значения к некоторому стандартному значению, которое и является единицей измерения. Число с указанием единицы измерения называется именованным. Различают основные и производные единицы. Основные единицы в данной системе единиц устанавливаются для тех физических величин, которые выбраны в качестве основных в соответствующей системе физических величин. Так, Международная система единиц (СИ) основана на Международной системе величин (англ. International System of Quantities, ISQ), в которой основными являются семь величин: длина, масса, время, электрический ток, термодинамическая температура, количество вещества и сила света. Соответственно, в СИ основными единицами являются единицы указанных величин. Размеры основных единиц устанавливаются по соглашению в рамках соответствующей системы единиц и фиксируются либо с помощью эталонов (прототипов), либо путём фиксации численных значений фундаментальных физических постоянных.

Система единиц физических величин, современный вариант метрической системы. СИ является наиболее широко используемой системой единиц в мире, как в повседневной жизни, так и в науке и технике. В настоящее время СИ принята в качестве основной системы единиц большинством стран мира и почти всегда используется в области техники, даже в тех странах, в которых в повседневной жизни используются традиционные единицы. В этих немногих странах (например, в США) определения традиционных единиц были изменены таким образом, чтобы связать их фиксированными коэффициентами с соответствующими единицами СИ. Официальным международным документом по системе СИ является Брошюра СИ (фр. Brochure SI, англ. SI Brochure), издающаяся с 1970 года. С 1985 года выходит на французском и английском языках, переведена также на ряд других языков. В 2006 году вышло 8-е издание.

Общее название международной десятичной системы единиц, основанной на использовании метра и килограмма. На протяжении двух последних веков существовали различные варианты метрической системы, различающиеся выбором основных единиц. В настоящее время международно признанной является система СИ. Основное отличие метрической системы от применявшихся ранее традиционных систем заключается в использовании упорядоченного набора единиц измерения. Для любой физической величины существует лишь одна главная единица и набор дольных и кратных единиц, образуемых стандартным образом с помощью десятичных приставок. Тем самым устраняется неудобство от использования большого количества разных единиц (таких, например, как дюймы, футы, фадены, мили и т. д.) со сложными правилами преобразования между ними. В метрической системе преобразование сводится к умножению или делению на степень числа 10, то есть к простой перестановке запятой в десятичной дроби.

Система единиц измерения, которая широко использовалась до принятия Международной системы единиц (СИ). Другое название — абсолютная^[12] физическая система единиц. В рамках СГС существуют три независимые размерности (длина, масса и время), все остальные сводятся к ним путём умножения, деления и возведения в степень (возможно, дробную). Кроме трёх основных единиц измерения — сантиметра, грамма и секунды, в СГС существует ряд дополнительных единиц измерения, которые являются производными от основных. Некоторые физические константы получаются безразмерными. Есть несколько вариантов СГС, отличающихся выбором электрических и магнитных единиц измерения и величиной констант в различных законах электромагнетизма (СГСЭ, СГСМ, Гауссова система единиц). СГС отличается от СИ не только выбором конкретных единиц измерения. Из-за того, что в СИ были дополнительно введены основные единицы для электромагнитных физических величин, которых не было в СГС, некоторые единицы имеют другие размерности. Из-за этого некоторые физические законы в этих системах записываются по-разному (например, закон Кулона). Отличие заключается в коэффициентах, большинство из которых — размерные. Поэтому, если в формулы, записанные в СГС, просто подставить единицы измерения СИ, то будут получены неправильные результаты. Это же относится и к разным разновидностям СГС — в СГСЭ, СГСМ и Гауссовой системе единиц одни и те же формулы могут записываться по-разному.

Используется в Великобритании, США и других странах. Отдельные из этих мер в ряде стран несколько различаются по своему размеру, поэтому ниже приводятся в основном округлённые метрические эквиваленты английских мер, удобные для практических расчётов.

Техническое средство, предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящее и (или) хранящее единицу физической величины, размер которой принимают неизменным (в пределах установленной погрешности) в течение известного интервала времени. Законом РФ «Об обеспечении единства измерений» средство измерений определено как техническое средство, предназначенное для измерений. Формальное решение об отнесении технического средства к средствам измерений принимает Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии. Классификация:

• по техническому назначению
• по степени автоматизации
• по стандартизации средств измерений
• по положению в поверочной схеме
• по значимости измеряемой физической величины
• по измерительным физико-химическим параметрам

• Точность средства измерений — степень совпадения показаний измерительного прибора с истинным значением измеряемой величины. Чем меньше разница, тем больше точность прибора. Точность эталона или меры характеризуется погрешностью или степенью воспроизводимости. Точность измерительного прибора, откалиброванного по эталону, всегда хуже или равна точности эталона.
• Точность результата измерений — одна из характеристик качества измерения, отражающая близость к нулю погрешности результата измерения.

Оценка отклонения измеренного значения величины от её истинного значения. Погрешность измерения является характеристикой (мерой) точности измерения. Поскольку выяснить с абсолютной точностью истинное значение любой величины невозможно, то невозможно и указать величину отклонения измеренного значения от истинного. (Это отклонение принято называть ошибкой измерения. В ряде источников, например, в Большой советской энциклопедии, термины ошибка измерения и погрешность измерения используются как синонимы, но согласно РМГ 29-99^[13] термин ошибка измерения не рекомендуется применять как менее удачный). Возможно лишь оценить величину этого отклонения, например, при помощи статистических методов. На практике вместо истинного значения используют действительное значение величины х_д, то есть значение физической величины, полученное экспериментальным путём и настолько близкое к истинному значению, что в поставленной измерительной задаче может быть использовано вместо него^[13]. Такое значение, обычно, вычисляется как среднестатистическое значение, полученное при статистической обработке результатов серии измерений. Это полученное значение не является точным, а лишь наиболее вероятным. Поэтому в измерениях необходимо указывать, какова их точность. Для этого вместе с полученным результатом указывается погрешность измерений. Например, запись T=2,8±0,1 c. означает, что истинное значение величины T лежит в интервале от 2,7 с. до 2,9 с. с некоторой оговорённой вероятностью (см. доверительный интервал, доверительная вероятность, стандартная ошибка).

• Погрешность измерения
• Физическая величина
• Калибровка
• Точность
• Воспроизводимость
• Основное уравнение измерений
• Измерение в квантовой механике

• Кушнир Ф. В. Радиотехнические измерения: Учебник для техникумов связи. — М.: Связь, 1980
• Нефедов В. И., Хахин В. И., Битюков В. К. Метрология и радиоизмерения: Учебник для вузов. — 2006
• Пронкин Н. С. Основы метрологии: Практикум по метрологии и измерениям. — М.: Логос, 2007
• Воронцов Ю. И. Теория и методы макроскопических измерений. — М.: Наука, 1989. — 280 с. — ISBN 5-02-013852-5
• Пытьев Ю. П. Математические методы интерпретации эксперимента. — М.: Высшая школа, 1989. — 351 с. — ISBN 5-06-001155-0
• Schlaudt, Oliver 2020: "measurement". In: Kirchhoff, Thomas (ed.): Online Encyclopedia Philosophy of Nature. Heidelberg: Universitätsbibliothek Heidelberg, measurement.
• Tal, Era 2020: "Measurement in Science". In: Zalta, Edward N. (ed.): The Stanford Encyclopedia of Philosophy (Fall 2020 ed.), Measurement in Science.
• A Dictionary of Units of Measurement Архивировано 6 октября 2018 года.
• 'Metrology – in short' 3rd ed., July 2008 ISBN 978-87-988154-5-7

• РМГ 29-2013 ГСИ. Метрология. Основные термины и определения Архивная копия от 15 октября 2018 на Wayback Machine
• ГОСТ 8.207-76 ГСИ. Прямые измерения с многократными наблюдениями. Методы обработки результатов наблюдений. Основные положения
• МИ 2427-97 Оценка состояния измерений в испытательных и измерительных лабораториях Архивная копия от 21 сентября 2013 на Wayback Machine