ры электрических и магнитных полей, магнитные характеристики материалов).
9.Радиоэлектронные измерения (интенсивность, параметры формы и спектра сигналов, параметры трактов и антенн, измерения свойств веществ и материалов радиотехническими методами).
10.Виброакустические измерения (параметры вибрации, акустические измерения в газовой и жидкой среде и в твердых телах).
11.Оптические и оптико-физические измерения (сила света, освещенность, энергетические параметры излучения, характеристики лазерного излучения, оптические свойства и характеристики материалов).
12.Измерения параметров ионизирующих излучений и ядерных констант.
13.Биологические и биомедицинские измерения [29].
2.2. Виды средств измерения (СИ)
Средство измерений — 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.
Суть средства измерений, заключается, во-первых, в «умении» хранить (или воспроизводить) единицу физической величины и вовторых, в неизменности размера хранимой единицы. Эти важнейшие факторы и обусловливают возможность выполнения измерения (сопоставление с единицей), т. е. «делают» техническое средство средством измерений. Если размер единицы в процессе измерений изменяется более чем установлено нормами, таким средством нельзя получить результат с требуемой точностью. Это означает, что измерять можно лишь тогда, когда техническое средство, предназначенное для этой цели, может хранить единицу, достаточно неизменную по размеру во времени.
Большинство средств измерений являются конструктивно законченными техническими устройствами. Каждое средство измерений имеет нормированные метрологические характеристики, которые оказывают влияние на качество результатов измерений.
Своеобразным средством измерений является человек, который использует свои органы чувств: осязание, обоняние, зрение, слух,
вкус — при органолептических измерениях, интуицию — при эвристических измерениях, знания и навыки — при экспертных измерениях.
Средства измерений классифицируют по принципам действия, построения и виду измеряемой величины. Важное значение имеют их метрологические характеристики.
Классификация средств измерений
1.По метрологическому назначению:
образцовые СИ;
рабочие СИ.
2.По выполняемым функциям:
измерительные преобразователи (аналоговые; аналого- во-цифровые; цифро-аналоговые);
метафизические величины (однозначная; многозначная; набор мер; магазин мер);
стандартные образцы (стандартный образец свойства; стандартный образец состава);
средства сравнения;
измерительные приборы;
измерительные устройства;
измерительные цепи и др.
3.По уровню агрегатирования и автоматизации:
автоматические СИ (измерительные автоматы, измерительные роботы);
автоматизированные СИ;
измерительные установки (поверочные; эталонные; измерительные машины);
измерительные системы (информационные; контролирующие; управляющие, гибкие и др.);
измерительно-вычислительные комплексы;
4.По уровню стандартизации:
стандартизированные СИ;
узаконенные СИ (государственные эталоны; рабочие СИ);
нестандартизированные СИ;
5.По отношению к измеряемой величине:
основные СИ;
вспомогательные СИ [30].
2.3. Системы и единицы физических величин
Понятие «величина» как оценка размеров какого-либо объекта появилось еще до математики, а математическое понятие «величина» на сегодняшний день связывают с числом. В физике и математике укоренился подход, в соответствии с которым существуют «размерные» и «безразмерные» величины. При этом «величина» рассматривается как число, наименование единицы — как «размерность». В метрологии эти понятия имеют принципиально иное значение, из-за чего иногда возникают недоразумения и путаница [25, 29, 30, 37, 65].
Применяемое для количественной оценки определенного свойства в математике и часто в физике понятие «величина» идеально — это абстрактная количественная оценка величины любого вида (физической либо нефизической), определяемая числом как номинальное или абсолютно точное значение. Документом РМГ 29-99 [37] в метрологии введено понятие «физическая величина» (величина) — одно из свойств физического объекта (физической системы, явления или процесса), общее в качественном отношении для многих физических объектов, но в количественном отношении индивидуальное для каждого из них. В «Международном словаре основных и общих терминов метрологии» (VIM-93) понятие величина (измеримая) раскрывается как «характерный признак (атрибут) явления, тела или вещества, которое может выделяться качественно и определяться количественно».
Понятие «физическая величина» (сюда же включаются и «химические» либо иные величины) настолько фундаментально, что дать ему корректное определение практически невозможно. Понятно, что физическая величина — свойство, присущее реальным объектам, которое на множестве свойств объектов может быть индивидуальным в количественном отношении, то есть иметь разные уровни интенсивности. Если уровни свойств доступны количественной оценке аппаратурными методами, их изучением занимается метрология.
Необходимость оценивания уровней интенсивности таких свойств привела к появлению в РМГ 29-99 ряда базовых терминов и определений:
Размер физической величины (размер величины) — количе-
ственная определенность физической величины, присущая конкретному материальному объекту, системе, явлению или процессу;
Значение физической величины — выражение размера физиче-
ской величины в виде некоторого числа принятых для нее единиц;
Числовое значение физической величины — отвлеченное чис-
ло, входящее в значение величины;
Истинное значение физической величины — значение физиче-
ской величины, которое идеальным образом характеризует в качественном и количественном отношении соответствующую физическую величину.
Вообще, истинное значение физической величины может быть соотнесено с понятием абсолютной истины. Оно может быть получено только в результате бесконечного процесса измерений с бесконечным совершенствованием методов и средств измерений.
Для количественной оценки значений физических величин применяют единицы соответствующих физических величин. Поскольку существуют объективные связи между физическими величинами, очевидно, что единицы физических величин не могут назначаться произвольно. Логика требует объединения единиц физических величин в достаточно строгую систему.
Система (от древнегреческого σύστημα — соединенное в одно целое из многих частей) — множество закономерно соединенных между собой элементов, образующих определенную целостность, единство.
В определении следует обратить внимание на три важных момента: наличие элементов, их закономерное объединение и вновь образованное благодаря этому качество соединения — его целостность. Элементами системы могут выступать предметы, явления, процессы, принципы, теории; связями — объективно существующие или искусственно созданные закономерности.
Поскольку физические величины существуют как объективные свойства, а числовые значения единиц назначают, единицы вторичны по отношению к физическим величинам. В соответствии с данным положением для получения системы единиц физических величин теоретически правильным представляется предварительное создание системы физических величин.
Система физических величин — совокупность физических ве-
личин, образованная в соответствии с принятыми принципами, когда одни величины принимают за независимые, а другие определяют как функции независимых величин. В этих системах выбранные незави-
симые величины называют основными, а прочие, получаемые с их использованием, — производными.
На базе системы физических величин создают систему единиц физических величин. Главной характеристикой системы единиц физических величин является наличие системно связанных значений каждой из величин, принятых за единицу. Единицы независимых величин устанавливают конвенционально (по договоренности), это основные единицы системы. Остальные единицы системы — производные — получают из физических формул (количественных уравнений связи между величинами) [37].
До начала глубокого исследования этой проблемы метрологами системы физических величин в явном виде не рассматривались, а проявлялись как побочный продукт эмпирически создаваемых систем единиц. Системы единиц предназначались для обслуживания конкретных областей физики, например, системы МТС (метр-тонна- секунда) или СГС (сантиметр-грамм-секунда) для механики, а для обеспечения механических и электрических измерений использовалась система МКСА (метр-килограмм-секунда-ампер).
Наличие множества разнообразных единиц для измерений одной физической величины, например, работы и энергии (эрг, джоуль, калория), приводит к необходимости пересчета числовых значений при переходе от одной системы к другой. Такие преобразования не только требовали выполнения лишней работы, но и приводили к частому появлению механических ошибок. Кооперация научно-техни- ческих областей, в которых применяли разные единицы, привела пользователей к выводу о необходимости создания универсальной системы единиц, которая позволяет избавиться от перерасчетов. Такая система требует соответствующей основы — универсальной системы физических величин.
Универсальная система физических величин должна охватывать максимум величин, с которыми имеют дело большинство потребителей в своей научной и производственной деятельности. Они и будут использовать единицы универсальной системы, образованной на базе соответствующей системы величин. Наряду с этим не отрицается возможность создания специальных систем единиц для конкретных узких областей.
В системах величин как в любых системах присутствуют элементы (физические величины) и связи между ними (уравнения связи между величинами). Уравнениями связи называют соотношения