Измерването е процесът за определянеРБЕ (измервам) на отношението на една (измервана) физична величина (например дължина или маса) към друга еднородна величина, приета за единица (например, метър или килограм), и въведена в техническо средство (средство за измерване). Измерванията са основен елемент в наблюденията, използвани от научния метод. Науката за измерването, методите и средствата му се нарича метрология. Точността на всяко измерване е свързано с определена грешка или несигурност.
Измерването на различни физични величини като температура, налягане, скорост и други представлява основна част от автоматизацията на процесите главно в промишлеността. В едно управляващо устройство регулираната величина се измерва и се използва за корекция на параметрите за регулиране чрез обратна връзка.
Видове Преки и непреки измервания Измерванията, включително и във физиката, се делят на преки и косвени (непреки). Преки измервания се наричат тези, които се извършват с прости измерителни уреди, при което се определя дадената физична величина. При това директно се отчита стойността на измерваната величина като например отчитане на линеен размер върху линия или ролетка. При косвените измервания е трудно да се измери непосредствено търсената величина, затова се измерват други, свързани с нея величини, след което се използва формула за определяне на търсената величина чрез еднозначна зависимост. Косвените измервания са характерни на ниво атоми, с други думи в микросвета или макроизмервания като в космоса. Например определяне на температурата на звездите по техния спектър на излъчване. Някои величини позволяват както пряко, така и непряко измерване.
Аналогови и цифрови измервания При аналоговото измерване измерваната стойност се определя чрез директно преобразуване на измервателния сигнал, който се преобразува, например в една междинна величина като ъгъл или отсечка и по този начин може да се отчете на една подходяща измервателна скала. Пример за това е измерване на електрическо напрежение чрез волтметър с магнитоелектрически измервателен уред и отчитане на отклонението на подвижната намотка на бобината му чрез стрелка върху скала. При цифровото измерване измерваната величина се преобразува в цифров сигнал с различни стъпки в зависимост от вида на преобразувателя. При това сигналът е преобразуван на стъпки и се отчита на цифрова скала.
История на измерването Индската цивилизация (3000 – 1500 пр.н.е.) е първата известна цивилизация, която използва надеждни мерки и теглилки и стандартизира измерването.History of measurement Оттогава датира и калибрирането на инструментите. Тази цивилизация достига голяма точност при определянето на дължина, маса и време. На слонова кост са отбелязани мерки с точност до 1,704 mm (1/16 инча). Намерените измерителни уреди ползват инчове и футове. Традиционните архитектурни форми са построени с точност до 1/16 от инча, най-доброто приближение на бронзовата ера. Намерени са пръчки за измерване, които са точно 33 инча и са разграфени на 24 еднакви участъка.
Теглилките са кратни на 0,05, 0,1, 0,2, 0,5, 1, 2, 5, 10, 20, 50, 100, 200 и 500, като единицата е приблизително 28 g, подобна на английската или римската унция. Съществуват и други системи за мерене на дължина например отделни части на тялото като естествени измерителни уреди.
Във Вавилон и Древен Египет се използват педя, аршин или лакът за дължина, а за време периодичността на Слънцето и Луната.
Системи от единици
За да могат величините от дадена категория да се сравняват помежду си, една конкретна величина, притежаваща постоянна стойност, се избира за величина за сравнение и се нарича мерна единица. Така всяка друга величина от въпросната категория може да бъде изразена като функция на тази единица чрез умножаването ѝ с едно число. Това число се нарича числена стойност на величината, изразена с тази единица. Всяка измерителна система има свои единици, които се наричат основни, те измерват фундаментални физични величини. Всички останали единици се получават на базата на тези и се наричат производни.
Метрична система
Старата метрична система включва няколко разряда единици. Международната система единици (SI) е разработена през 1960 г., по-скоро на базата на старата система метър-килограм-секунда (MKS), отколкото на конкурентната система сантиметър-грам-секунда, която е имала няколко разновидности. В самата SI дефинициите за единиците могат се променят, когато се разработи нов метод, за да бъдат по-ясно и точно предефинирани, по силата на международна конвенция, щом напредъкът на науката и технологиите позволяват извършването на по-точни измервания от времето, по което единиците са били дефинирани.
SI се използва на практика навсякъде по света, като повечето държави дори не поддържат официални дефиниции на други мерни системи. Важно изключение са САЩ, които продължават да използват имперски единици в допълнение към SI. В Обединеното кралство преминаването към SI е правителствена политика, но стари единици все още се използват. Мерните единици на държавите, използващи различна мерна система (напр. САЩ), са изразени в единици от SI.
Дефинициите на единиците от SI се разглеждат и преразглеждат на Международната конференция по мерките и теглилките, в която участват страните, подписали Конвенцията за метъра (в сила от 1875 г. и многократно изменяна), и която се организира веднъж на всеки 4 години в Париж.
Международна система от единици
Международната система от единици (съкр. SI от Bureau International des Poids et Mesures) е съвременната форма на метричната система и е най-широко използваната мерна система както в науката, така и в търговията и инженерното дело.
Системата SI е разработена през 1960 г. от системата метър-килограм-секунда, като по време на разработката са представени някои нови единици, които не са били преди това част от метричната система. Оригиналната система SI има седем базови физични единици: Базова физична величина Базова единица Символ Настояща константа в SI Ново предложение Време секунда s Делене на Цезий-133 също като настоящата система SI Дължина Метър m Скорост на светлината във вакуум, c също като настоящата система SI Маса килограм kg масата на международния еталон (прототип) на килограма. Константа на Планк, h Електрически ток Ампер A Пермеабилитет във вакуум или магнитна константа Заряд на електрона, e Температура Келвин K Тройна точка на водата, Абсолютна нулаКонстанта на Болцман Количество вещество Мол mol Моларната маса на Въглерод-12 Число на Авогадро NA Интензитет на светлината Кандела cd Източник на светлина с честота 540 THz също като настоящата система SI
Особеност на тази система е въвеждането едновременно на единица за маса: килограм (kg) и единица за сила: Нютон (N). Определението на нютон е, че това е силата, придаваща импулс от 1 kg·m/s. Това означава, че ако сила от 1 нютон е постоянно приложена към тяло с маса 1 kg, то всяка секунда скоростта му ще се увеличава с 1 m/s. За нашата планета земното притегляне е около 9,81 m/s², което означава, че тяло с маса 1 kg тежи 9,81 N.
Има два вида единици SI, базови единици и производни единици. Базовите единици са за измерването на време, дължина, маса, температура, количество вещество, електрически ток и интензитета на светлината. Производните единици се получават от базовите единици, като например единицата за мощност ват, определена от базовите единици като m²·kg·s-³. Друга физична величина например е плътност на материалите, измервана в kg/m³.
В България системата се въвежда официално със стандарт БДС 3952:1965. От 2009 г. се въвежда Международният стандарт ISO 80000 или IEC 80000, който е официален и в България и включва единиците SI.
CGS
Системата CGS (сантиметър-грам-секунда) е кохерентна система единици, която през 19 век постепенно се е наложила при измерванията във физиката. Подобно на използваната днес международна система SI, и тя почива на метричните единици метър, килограм и секунда, но основните ѝ единици имат други десетични представки. В областта на механиката тя е разширена с единиците келвин, кандела и мол. Днес се прилага рядко, като е забранено да се използва заедно с единиците от международната система SI.
Производни на системата CGS са единиците дина, ерг, поаз, стокс, гаус, оерстед и максуел. Те също не трябва да се използват едновременно с единиците от SI.
През 1954 г. международна комисия препоръча системата MKS като основа за една обща единна система в областта на науката и техниката. През следващите десетина години системата CGS постепенно бива изместена от системата SI в учебниците и в практиката на специалистите. Някои физици обаче продължили да ползват системата CGS заради по-удобните в отделни случаи изчисления. Системата се поддържа от Международния съюз за чиста и приложна физика (International Union of Pure and Applied Physics, IUPAP).
Имперска система единици
Имперски единици обикновено се наричат единиците от почти излязлата от употреба британска (или английска) система от единици, основаваща се на фунт, ярд и галон. Приета е от английския парламент през 1824 г. и е използвана в цялата Британска империя. През 1963 и 1985 г. имперските единици се предефинират в единици от SI.
Официално имперските единици се използват само в 4 страни в света: Либерия, Мианмар, Обединено кралство Великобритания и Северна Ирландия и САЩ, като в Либерия и Мианмар на практика се използва метричната система.
Процедура на измерването
При извършване на измерването се изпълняват следните стъпки: Еднозначно определяне на задачата на измерването (проблем на измерването) и измерваната величина. Определят се обекта на измерването и физическата величина за измерване. Установяване на измервателната единица. Единицата по принцип трябва да бъде от SI и трябва да се определи десетичната точка във величината, като например при измерването на дължина в mm, cm, m или km. При измерване с уреди това е важно за определяне на подходящия обхват. Установяване на граничните условия като свойствата на обекта (веществото, от което е изработен обекта, качеството на повърхността на обекта) и условия на околната среда (температура, вибрации и др.). Избор на измервателен уред или измервателно съоръжение. Калибриране на измервателното съоръжение или уред. За извършването на измерването трябва да се използват калибрирани от съответна сертифицирана организация уреди. Калибрирането се извършва през определени интервали от време. Установяване на процеса на измерване. Установяване на времевата и пространствената последователност на измерването, като например последователност на отделните измервания, повторения, точки на измерване и други. Провеждане на измерването и определяне на резултата от измерването. Може да се направи едно измерване или няколко при едни и същи условия. След това се определят средната стойност и отклоненията. Обикновено се получава Гаусова крива на разпределение. Определяне на влиянието на външни фактори. Определяне на системна грешка и корекция на същата. Определяне на окончателния резултат. Резултатът се определя от стойността на измерването или средната стойност от повече измервания и отчитане на грешката от измерването.
Измервателно средство Техническото средство, което се използва за измерване и имащо нормирани технически характеристики, възпроизвеждащо и/или съхраняващо единицата на физичната величина, чийто размер се приема за постоянен (в рамките на установената погрешност на техническото измервателно средство) в течение на определен период на време. Могат да са оптично-механични, оптични, интерферационни, пневматични, електрически и други. Могат да бъдат контактни и безконтактни, едномерни и многомерни, стационарни и портативни. Класификацията им се определя и от: От техническото предназначение От степента на автоматизация могат да са неавтоматични, полуавтоматични и автоматични От стандартизацията на техническото средство От измервателните физико-химични параметри От значението на измерваната физична величина
Точност на измервателното средство