Что такое принцип измерения. Какие существуют основные методы измерений. Как правильно выбрать методику измерений. На чем основаны современные подходы к измерениям в науке и технике.
Что такое принцип измерения и почему он важен
Принцип измерения — это научная основа метода измерения, представляющая собой совокупность физических явлений, на которых основано измерение. Понимание принципа измерения критически важно для правильного выбора средств и методов измерений.
Основные принципы измерений включают:
- Сравнение измеряемой величины с эталоном
- Преобразование измеряемой величины в другую, более удобную для измерения
- Замещение измеряемой величины известной величиной
- Прямое преобразование измеряемой величины в показания прибора
Правильный выбор принципа измерения позволяет обеспечить требуемую точность и достоверность результатов. Поэтому при разработке методики измерений в первую очередь определяют оптимальный принцип измерения.
Основные методы измерений в современной науке и технике
В метрологии выделяют следующие основные методы измерений:
Метод непосредственной оценки
При этом методе значение измеряемой величины определяют непосредственно по показаниям средства измерения. Например, измерение напряжения вольтметром или массы на весах. Это самый простой и распространенный метод.
Метод сравнения с мерой
Измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой. Например, измерение массы на рычажных весах с помощью гирь. Обеспечивает высокую точность.
Нулевой метод
Разность между измеряемой величиной и известной величиной сводят к нулю. Например, измерение электрического сопротивления мостовым методом. Позволяет исключить ряд погрешностей.
Дифференциальный метод
Измеряют разность между измеряемой и близкой ей известной величиной. Например, измерение отклонения размера детали от номинального значения. Обеспечивает высокую точность.
Как выбрать оптимальную методику измерений
Выбор методики измерений — ответственный этап, от которого зависит достоверность результатов. При выборе методики учитывают следующие факторы:
- Требуемая точность измерений
- Диапазон измеряемых значений
- Условия проведения измерений
- Доступные средства измерений
- Экономическая целесообразность
Оптимальная методика должна обеспечивать необходимую точность при минимальных затратах времени и ресурсов. Важно также учитывать квалификацию персонала и возможность автоматизации измерений.
Современные подходы к измерениям в науке и промышленности
В настоящее время в метрологии активно развиваются следующие направления:
Интеллектуальные измерительные системы
Применение искусственного интеллекта и машинного обучения для анализа результатов измерений и автоматической корректировки процесса измерений.
Виртуальные средства измерений
Создание цифровых двойников измерительных приборов для моделирования и оптимизации процесса измерений.
Распределенные измерительные системы
Объединение территориально распределенных датчиков в единую измерительную сеть с централизованной обработкой данных.
Квантовые измерения
Использование квантовых эффектов для достижения предельных точностей измерений физических величин.
Особенности измерений в нанотехнологиях
Измерения в нанометровом диапазоне имеют ряд особенностей:
- Сильное влияние квантовых эффектов
- Необходимость учета межатомных взаимодействий
- Сложность создания эталонов нанометрового диапазона
- Высокие требования к чистоте эксперимента
Для наноизмерений применяют специальные методы, такие как атомно-силовая и сканирующая туннельная микроскопия. Важную роль играет компьютерное моделирование измерительного процесса.
Метрологическое обеспечение измерений
Метрологическое обеспечение — это установление и применение научных и организационных основ, технических средств, правил и норм, необходимых для достижения единства и требуемой точности измерений.Основные элементы метрологического обеспечения:
- Система единиц физических величин
- Система эталонов единиц величин
- Система передачи размеров единиц от эталонов рабочим средствам измерений
- Стандартные образцы состава и свойств веществ и материалов
- Стандартные справочные данные о физических константах и свойствах веществ и материалов
- Государственные испытания средств измерений
- Поверка и калибровка средств измерений
Метрологическое обеспечение позволяет гарантировать единство измерений и требуемую точность в масштабах страны.
Оценка погрешностей измерений
Оценка погрешностей — важнейший этап обработки результатов измерений. Различают следующие виды погрешностей:
- Случайные погрешности — вызваны случайными факторами, меняются при повторных измерениях
- Систематические погрешности — сохраняют свое значение или закономерно изменяются при повторных измерениях
- Грубые погрешности (промахи) — существенно превышают ожидаемые погрешности
Для оценки случайных погрешностей применяют методы математической статистики. Систематические погрешности выявляют путем анализа их источников и экспериментальных исследований. Грубые погрешности обнаруживают статистическими методами и исключают из результатов.
Методы измерений
Под методом измерения понимают совокупность приемов использования принципов и средств измерений. Для прямых измерений можно выделить несколько основных методов: непосредственной оценки, сравнения с мерой, дифференциальный, нулевой, совпадений и замещения. При косвенных измерениях широко применяют преобразование измеряемой величины в процессе измерений.
Метод непосредственной оценки дает значение измеряемой величины непосредственно по отсчетному устройству измерительного прибора прямого действия. Например, измерение давления пружинным манометром, массы на циферблатных весах, силы электрического тока амперметром и т.д. Точность измерений с помощью этого метода бывает ограниченной, но быстрота процесса измерения делает его незаменимым для практического применения. Наиболее многочисленной группой средство измерений, применяемых для измерения этим методом, являются показывающие, в том числе и стрелочные, приборы (манометры, вольтметры, расходомеры и др.
). Измерение с помощью интегрирующего измерительного прибора-счетчика также является методом непосредственной оценки. Этим же методом осуществляют измерения с помощью самопищущих приборов. Однако определение какой-либо величины путем планиметрирования площади, ограниченной записанной кривой, уже не является методом непосредственной оценки и относится к косвенным методам.
В случае выполнения особо точных измерений применяют метод сравнения с мерой, в котором измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой. Например, измерение массы на рычажных весах с уравновешиванием гирям или измерение напряжения постоянного тока на компенсаторе сравнения с ЭДС нормального элемента.
Метод сравнения с мерой, в котором измеряемая величина и величина, воспроизводимая мерой, одновременно воздействует на прибор сравнения, с помощью которого устанавливается соотношение между этими величинами, называется методом противопоставления. Например, взвешивание груза на равноплечих весах, когда измеряемая масса определяется как сумма масс гирь, ее уравновешивающих, и показания по шкале весов.
Этот метод позволяет уменьшить воздействие на результаты измерений влияющих величин, так как они более или менее равномерно искажают сигналы измерительной информации как в цепи преобразования измеряемой величины, так и в цепи преобразования величины, воспроизводимой мерой.
Дифференциальный (разностный) метод характеризуется измерением разности между значениями измеряемой и известной (воспроизводимой мерой) величин. Например, измерения путем сравнения с образцовой мерой на компараторе, выполняемые при поверке мер длины. Дифференциальный метод позволяет получать результаты с высокой точностью даже при применении относительно грубых средств для измерения разности. Но осуществлять этот метод возможно только при условии воспроизведения с большой точностью известной величины, значение которой близко к значению измеряемой. Это во многом случаях легче, чем изготовить средство измерений высокой точности.
Нулевой метод – метод сравнения с мерой, в котором результирующий эффект воздействия величин на прибор сравнения доводят до нуля.
Дифференциальные и нулевые методы нашли очень широкое применение во всех видах измерений: от производственных (в цехах) до сличений эталонов, так как используемые меры (гири, нормальные элементы, катушки и магазины сопротивлений) точнее, чем соответствующие им по стоимости и степени распространения приборы.
Метод совпадений – этот метод сравнений с мерой, в котором разность между значениями искомой и воспроизводимой мерой величин измеряют, используя совпадения отметок шкал или периодических сигналов. Например, при измерении длины с помощью штангенциркуля с нониусом наблюдают совпадение отметок на шкалах штангенциркуля и нониуса. В производственной практике метод совпадений иногда называют нониусным. Этот метод позволяет существенно увеличить точность сравнения с мерой.
Метод замещения основан на сравнении с мерой, при котором измеряемую величину замещают известной величиной, воспроизводимой мерой, сохраняя все условия неизменным.
Например: взвешивание с поочередным помещением измеряемой массы и гирь на одну и ту же чашку весов; измерение электрического сопротивления резистора путем замены его магазином сопротивлений и подбором значения его сопротивления до получения прежних показаний омметра, моста или другого прибора, обладающего достаточной чувствительностью при любой систематической погрешности, так как отчет берется по мере, а не по прибору. Погрешность измерения определяется в основном погрешностью меры и зоной нечувствительности прибора (ноль — индикатора), а потому весьма мала. Недостатком метода замещения является необходимость применения многозначных мер (магазина мер, батареи нормальных элементов, набора гирь и т.д.).
Комбинация методов замещения и дифференциального хотя несколько снижает точность, но позволяет использовать меньше наборы мер.
Принцип измерения | SHIMADZU EUROPA
Каким образом оценивают концентрацию (в мкг/мл) при измерении распределения размеров частиц методом лазерной дифракции?
Приведенный график показывает зависимость интенсивности излучения, воспринимаемого детектором от концентрации пробы.
Соотношение интенсивности излучения, воспринимаемого разными элементами детектора, остается постоянным вне зависимости от абсолютного значения интенсивности.
Само же абсолютное значение интенсивности пропорционально концентрации пробы. До настоящего момента вычисление концентрации на основе данных о распределении размеров частиц никогда не проводилось
При помощи распределения размеров частиц нормированного на 100%, невозможно обнаружить различия между образцом А и образцом B.
Количество частиц становится пропорционально концентрации при переходе к оценке интенсивности рассеянного света, но все еще не может быть оценено в каких-либо единицах измерения. Определение распределения частиц и их концентрации (eдиницы: мкг/мл) становится возможным благодаря калибровке при помощи стандартного образца с частицами Полистирольного Латекса.
Между диаметром частицы и дифракционной картиной рассеянного излучения имеется однозначная взаимосвязь
При взаимодействии частицы с лазерным лучом происходит рассеяние излучения в разных направлениях.
Это излучение называется «рассеянным». Пространственное распределение интенсивности, в зависимости от угла рассеяния, называется «дифракционной картиной» или «картиной распределения интенсивности рассеянного излучения». Если частица имеет большие геометрические размеры, рассеиваемое ею излучение будет направлено вперед (то есть в направлении лазерного пучка) и колебания интенсивности в зависимости от угла рассеяния будут слишком малы, чтобы их можно было представить в виде графика. Интенсивность излучения, распространяемого такой частицей в обратном и боковом направлениях, будет пренебрежимо мала по сравнению с интенсивностью излучения в прямом направлении.
По мере уменьшения размера частицы, расширяется дифракционная картина. И если размер частицы становится еще меньше, начинает возрастать доля излучения рассеянного в боковом и обратно направлениях. Картина распределения излучения таких частиц становится похожа на цилиндр с уширением на краях и демонстрирует, что излучение распространяется во всех направлениях.
Именно на этом базируется однозначная взаимосвязь между диаметром частицы и дифракционной картиной и размер частицы может быть рассчитан исходя из картины распределения интенсивности рассеянного света.
Использование фиолетового лазера позволяет осуществлять точные измерения частиц ультрамалого размера
Дифракционные картины, получаемые от частиц размером порядка нескольких десятков нанометров очень близки друг к другу. Это явление, вызванное пределом обнаружения метода лазерной дифракции, в значительной степени затрудняет получение правильного распределения размеров частиц. Фиолетовый лазер создает более четкую дифракционную картину по сравнению с красным лазером, поэтому он используется для получения более качественных результатов распределения размеров частиц порядка десятков нанометров.
Измерение проб
Измерение распределения размеров частиц осуществляется не на основе измерения одной единственной частицы. Оно осуществляется на пробах, состоящих из большого числа частиц.
Пробы состоят из частиц различного размера, и дифракционная картина всей пробы является суперпозицией дифракционных картин каждой отдельно взятой частицы. Распределение размеров частиц, иными словами, пропорциональное соотношение частиц различного размера, рассчитывается из регистрируемой дифракционной картины всей пробы. Это и есть основной принцип метода лазерной дифракции.
Оптическая схема Aggregates Sizer
Направленный пучок лазерного излучения (источник: полупроводниковый фиолетовый лазер) проходит через коллиматор и взаимодействует с пробой, представляющей собой группу частиц различного размера. Излучение, рассеянное пробой в прямом направлении с углом рассеяния до 60°, улавливается фокусирующей линзой. Детектор в форме «крыла», состоящий из концентрически-расположенных сенсорных элементов, располагается строго на фокусном расстоянии линзы. Боковое и обратное излучение регистрируется специальными датчиками, расположенными сбоку и сзади. Таким образом, при помощи перечисленных детекторов регистрируется полная картина рассеянного излучения.
Регистрация и обработка данных об интенсивности рассеянного излучения
В лазерном анализаторе Aggregates Sizer распределение частиц по размерам рассчитывается исходя из данных распределения интенсивности рассеянного излучения. Суммарное распределение потока излучения и схема обработки данных показаны на рисунке слева. Весь процесс, начиная с операции детектирования излучения и заканчивая выводом результатов расчёта распределения размеров частиц, выполняется автоматически в рамках единого алгоритма. До настоящего момента метод лазерной дифракции позволял получать данные о нормированном на 100 % распределении размеров частиц. Анализ размеров частиц при помощи Aggregates Sizer позволяет получить данные о концентрации (единицы: мкг/мл) при помощи оценки интенсивности рассеянного излучения после калибровки стандартным образцом полистирольного латекса.
Определение принципа измерения
Что такое принцип измерения?
Принцип измерения представляет собой теоретический метод определения минимальной цены ценных бумаг для трейдеров с целью определения точек входа и выхода.
Основные выводы
- Принцип измерения представляет собой неформальный метод определения минимальной целевой цены ценной бумаги для трейдеров.
- Принцип измерения позволяет трейдерам определять целевую цену акции путем сопоставления движений графических фигур друг с другом.
- Метод принципа измерения лучше всего работает с четко определенными и широко узнаваемыми графическими моделями.
Понимание принципа измерения
Принцип измерения использует технический анализ исторических моделей акций для определения направления движения цены. Трейдеры надеются найти признаки того, что акция готова упасть в цене до уровня, на котором ее можно будет рассматривать как возможность для покупки. Точно так же они будут использовать принцип измерения для точного определения восходящих движений и возможностей для продажи.
Никакой жесткий и быстрый математический принцип измерения доказательства в качестве точного индикатора направления не действует.
Хотя это эвристическая мера, исторически она была относительно надежной.
По сути, принцип измерения — это тип анализа, который обращается к историческим движениям цен для определения будущих тенденций. Напротив, фундаментальный анализ использует экономические и рыночные индикаторы для определения направлений. Аналитики, использующие метод принципа измерения, сравнивают и сопоставляют модели биржевых диаграмм разных временных рамок (например, дневных и недельных) и форматов (например, свечи и гистограммы) друг с другом.
Этот метод лучше всего работает с четко определенными графическими паттернами, такими как фигура «голова и плечи», фигура прямоугольника или треугольника и другими широко известными ценовыми формациями. Если цена акций отклоняется от ожидаемого направления, указанного принципом измерения, трейдер должен быть готов к быстрым действиям по покупке или продаже своих активов.
Торговля с использованием принципа измерения
Установление конкретной минимальной целевой цены для торговли акциями является основой принципа измерения.
Как уже упоминалось, трейдеры могут добиться этого с помощью анализа нескольких технических графиков. Графики показывают движение акции с течением времени, а паттерны бывают двух основных типов: продолжение и разворот.
Суть в том, что принцип измерения может определять торговое поведение. Принцип, по определению, будет направлять поведение. Кроме того, принципы поучительны и могут объясняться или не поддаваться проверке в математическом смысле этого слова. Многие трейдеры будут использовать фундаментальный и технический анализ рука об руку, чтобы проверить свою веру в движение цены целевых ценных бумаг.
И технический, и фундаментальный анализ являются методами прогнозирования движений на фондовом рынке. Технический анализ также изучает индикаторы, отличные от графических моделей, чтобы помочь им в процессе принятия решений. Другие инструменты включают анализ скользящих средних, осцилляторов, полос Боллинджера и уровней поддержки или сопротивления, и это лишь некоторые из них.
Еще одним основным принципом технического анализа является идея о том, что цены имеют направленное движение и что текущая цена будет отражать всю доступную информацию.
Пример принципа измерения
Принцип измерения используется для нахождения минимальной цели движения цены акций, что требует определения высоты движения. В качестве гипотетического примера акции компании XYZ демонстрируют фигуру вершины с пиком в 100 долларов и поддержкой на уровне 90 долларов.
Чтобы рассчитать принцип измерения, аналитик должен вычесть пик фигуры из уровня поддержки, а затем вычесть полученную цифру из уровня поддержки. Если бы они искали прорыв вверх, они добавили бы этот результат к уровню сопротивления.
Таким образом, в приведенном выше примере принцип измерения будет следующим: (100 долларов – 90 долларов = 10 долларов) и (90 долларов – 10 долларов = 80 долларов).
Поскольку принцип измерения не является логическим расчетом или математически доказанным, инвесторы должны убедиться, что рассчитанная цифра имеет смысл в контексте общей картины технического анализа акции.
Если линия тренда находится на уровне 85 долларов, то в этом случае принцип измерения имеет смысл. Дальнейшее подтверждение цены в 80 долларов может произойти, если нижняя полоса Боллинджера будет около 75 долларов.
7 простых принципов измерения чего угодно
Если вы хотите принимать более обоснованные решения, используйте данные для обоснования принимаемых решений. Организации в основном понимают эту реальность в принципе, если не всегда на практике. Но недостаточно просто собрать данные; вы должны знать, как его использовать, и, к сожалению, большинство организаций этого не делают.
К счастью, количественный анализ не должен быть таким сложным. За прошедшие десятилетия мы обнаружили, что многое из того, что мешает принятию решений на основе данных, — это путаница, непонимание и неверные представления об измерениях в целом. Как показала наша работа с ведущими государственными и частными организациями по всему миру, эти препятствия можно преодолеть.
Все можно измерить, и если вы сможете это измерить, вы сможете улучшить свои решения.
Ниже приведены семь простых принципов для более качественных измерений, которые составляют основу нашей методологии «Прикладная информационная экономика» (AIE) и, если их применять, могут быстро улучшить качество принимаемых вами решений (рис. 1).
Рисунок 1: 7 простых правил для измерения чего-либо — исследование решений Хаббарда
7 простых правил для измерения чего-либо — исследование решений Хаббарда
Правило 1: Если это имеет значение, его можно измерить
Нет ничего невозможного для измерения. Мы измерили понятия, которые люди считали неизмеримыми, такие как удовлетворенность клиентов/сотрудников, ценность бренда и качество обслуживания клиентов, риск для репутации из-за утечки данных, шансы и влияние голода и даже то, как режиссер или актер влияет на кассовые сборы. фильма. Если вы думаете, что что-то неизмеримо, это потому, что вы думаете об этом неправильно.
Проще говоря:
- Если это имеет значение, его можно наблюдать или обнаруживать.
- Если его можно обнаружить, то мы можем определить его как количество или диапазон возможных значений.
- Если его можно определить как диапазон возможных сумм, мы можем его измерить.
Если вы можете это измерить, вы можете сказать себе то, чего раньше не знали. Показательный пример: Управление военно-морских исследований и Корпус морской пехоты США хотели спрогнозировать, сколько топлива потребуется в полевых условиях. Однако было много неопределенности в отношении того, сколько потребуется, особенно с учетом того, что запасы топлива нужно было планировать за 60 дней. Метод, который они использовали для создания этих прогнозов, был основан на предыдущем опыте, обоснованных предположениях и реальности того, что, если у них не будет топлива, могут быть потеряны жизни. Таким образом, у них была привычка посылать на фронт гораздо больше горючего, чем им было нужно, а это означало больше складов с горючим, больше конвоев и больше морских пехотинцев в опасности.
После того, как мы провели первый этап измерений, мы обнаружили нечто, удивившее морских пехотинцев: самым важным фактором при прогнозировании расхода топлива было то, были ли дороги, по которым следовали конвои, асфальтированы или покрыты гравием (рис. 1).
Рисунок 1: Средние изменения в топливе
Мы также обнаружили, что морские пехотинцы измеряли переменные, которые давали на лота меньшую ценность. Подробнее об этом позже.
Правило 2: у вас больше данных, чем вы думаете
Многие люди становятся жертвами убеждения, что для принятия правильных решений вам нужно больше данных, а если у вас недостаточно данных, то вы не можете и не должен что-то измерять.
Но на самом деле у вас больше данных, чем вы думаете. Все, что вы измеряете, вероятно, измерялось раньше. И у вас есть исторические данные, которые могут быть полезны, даже если вам кажется, что этого недостаточно.
Все дело в том, чтобы задавать правильные вопросы, такие как;
- Что трафик электронной почты может рассказать нам о командной работе?
- Что поведение на сайте может рассказать нам о вовлеченности?
- Что общедоступные данные о других компаниях могут рассказать нам о наших собственных?
Аналогично…
Правило 3. Вам нужно меньше данных, чем вы думаете
Несмотря на то, во что вас может убедить эра больших данных, вам не нужны огромные массивы данных, чтобы уменьшить неопределенность и улучшить ваше решение . Даже небольшие объемы данных могут быть полезны. Помните, если вы почти ничего не знаете, почти все что угодно вам что-то скажет.
Правило 4: Мы измеряем, чтобы уменьшить неопределенность
Одним из основных препятствий на пути к более качественному количественному анализу является глубокое заблуждение относительно измерения. В этом мы можем обвинить науку или, по крайней мере, то, как наука представлена широкой публике. Для большинства людей результатом измерения должно быть точное значение, например точное количество жидкости в мензурке или определенное количество того, того или другого.
В действительности измерения не обязательно должны быть такими точными, чтобы быть полезными. Основной целью измерения является снижение неопределенности. Даже незначительное снижение неопределенности может быть невероятно ценным.
Правило 5: То, что вы измеряете больше всего, может иметь наименьшее значение
Что делать, если вы уже делаете измерения? Допустим, вы собираете данные и у вас есть какая-то система — даже эмпирический, основанный на статистике количественный метод — для проведения измерений. Ваша эффективность может быть серьезно снижена из-за измерения вещей, которые, в конце концов, не имеют большого значения.
Под «на самом деле не имеет значения» мы подразумеваем, что ценность этих измерений — понимание, которое они дают, — невелика, потому что переменная не очень важна или не стоит времени и усилий, затраченных на ее измерение. .
То, что мы обнаружили, немного тревожит специалистов по обработке и анализу данных: некоторые из вещей, которые в настоящее время измеряют организации, в значительной степени не имеют значения или совершенно бесполезны — и даже могут вводить в заблуждение. Этот принцип представляет собой явление, называемое «инверсией измерений» (рис. 2):
Рисунок 2: Инверсия измерения – Исследование решений Хаббарда
К сожалению, это очень распространенное явление. Корпус морской пехоты стал жертвой этого со своими прогнозами топлива. Они считали, что одним из основных предикторов использования топлива для боевых машин, таких как танки и легкие бронированные машины (LAV), была вероятность того, что они вступят в контакт с противником. Это имеет смысл; танки сжигают больше топлива в бою, потому что они намного больше перемещаются, и их расход топлива ужасен. На самом деле, однако, эта переменная не так сильно повлияла на ход дела.
На самом деле, более ценным прогностическим фактором был , находилась ли боевая машина в определенном районе до . Выяснилось, что командиры машин при маневрировании в неизвестной местности (т.е. ориентиры, маршруты и условия в той местности, с которыми они никогда раньше не сталкивались) склонны оставлять двигатели включенными по разным причинам. Который сжигает топливо.
(Мы также обнаружили, что расход топлива боевых машин был не таким важным фактором, как машины сопровождения, такие как бензовозы, потому что в анализируемом подразделении было менее 60 танков. Было более 2300 небоевых машин.)
Правило 6: То, что вы измеряете меньше всего, может иметь наибольшее значение
Большая часть ценности, которую мы создали для наших клиентов, была получена за счет измерения переменных, которые клиент считал либо несущественными, либо слишком сложными для измерения. Но часто эти переменные представляют гораздо большую ценность, чем кто-либо думал!
К счастью, вы можете научиться измерять самое важное. На приведенной ниже диаграмме показан некоторый опыт борьбы с этим явлением у наших клиентов (рис. 3):
Рисунок 3: Реальные примеры инверсии измерений — исследование решений Хаббарда
Это не означает, что переменные, которые вы сейчас измеряете, «плохие». Мы говорим о том, что неопределенность в отношении того, насколько «хорошей» или «плохой» является переменная (т.
