Словарь метрологии

Словарь метрологии

Метрология — наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и требуемой точности.

Реальная жизнь показывает, что метрология — не только наука, но и область практической деятельности общества. Что, собственно относится к любой науке — чисто теоретических наук не существует. С некоторой натяжкой можно отнести к чисто теоретическим космологию, но она уж очень сильно связана с физикой. Иногда говорят, что чисто теоретическими являются некоторые разделы математики, но было достаточно случаев, когда чисто теоретические разделы математики оказывались впору физикам. Резюме: невозможно доказать, что та или иная наука или ее часть являются чисто теоретическими, а опыт показывает, что практическими через какое-то время оказываются вещи, воспринимавшиеся как чисто теоретические. Еще раз: здесь и далее — это не определение через другие, более фундаментальные понятия, как в математике и физике, это указание на связь понятий.

Физическая величина — одно из свойств физического объекта (явления, процесса), общее в качественном отношении для многих физических объектов, но в количественном отношении индивидуальное для каждого из них.

Определение опирается на не метрологические и даже не физические, а философские термины «количественное» и «качественный», которые сами по себе являются обобщением практики (ниже мы дадим внутриметрологическое определение этих понятий). Напрашивается рассуждение на тему, что такое «химическая» или «биологическая» величина, и существуют ли таковые, не являющиеся «физическими». Например, чисто биологической величиной можно было бы назвать устойчивость вида к изменению условий обитания (время вымирания при наступлении ледникового периода). Возможно, что интуитивно ощущаемое затруднение при введении этих понятий означает проникновение физики в химию и биологию на уровне измеряемых величин. Отражает эту ситуацию и язык: выражения «химические величины» и «технические величины» употребляется каждое в 100 раз реже, чем выражение «физические величины».

Хуже другое. Если мы собираемся говорить о социологической метрологии, то нужно кое-что сказать и о «социологических величинах». Это очень скользкий вопрос, ибо выражение «социологические величины» употребляется еще в 20 раз реже. Понятие о величине и ее измерении совершенно чуждо социологии, хотя именно измерением этих величин она и занимается! И даже говорит при этом прозой. Разумеется, можно дать определение «социологической величины» по аналогии — и вот оно.

Социологическая величина — одно из свойств социологического объекта (явления, процесса), общее в качественном отношении для многих социологических объектов, но в количественном отношении индивидуальное для каждого из них.

Определение это ничуть не хуже того, с которого мы его слизали. То есть это то, что есть и у общества папуасов с Раротонги, и у общества выпускников Итона, только оно у них разное. Разница в том, что в физике есть согласованное мнение о том, что такое «физические величины», в социологии же ситуация иная. Ниже мы остановимся на ней подробно, ибо мне кажется, что не разобравшись с понятием «величины», странно говорить об из измерении. А делать это приходилось и приходится, ибо такова история социологии. Это означает, между прочим, что наука может развиваться, начиная с разных мест — может, начиная с величин, а может, начиная с чего-то другого. Например, с простейших реакций на те или иные воздействия, лишь потом собираемые в системы и возникающие на их базе — о, наконец-то, вот они, «величины». Впрочем, о том, что у физики была эта стадия, давно уже все забыли. А вот химики о своих алхимиках помнят.

Измерение — совокупность преимущественно экспериментальных операций, выполняемых с помощью технического средства, хранящего единицу величины, позволяющего сопоставить измеряемую величину с ее единицей и получить искомое значение величины. Это значение называют результатом измерения. Преимущественно экспериментальных или преимущественно теоретических — сказать трудно. На самом деле внутри любого экспериментального метода имеется много теории, а любая естественно-научная (физическая, химическая и так далее теория) базируется на результатах экспериментов. Фокус не в том, чтобы заставить оппонента публично признать, что преимущественно чего-то, а в том, чтобы понимать, как оно устроено на самом деле — и не «преимущественно», а во взаимодействии. При рассмотрении измерений физических величин понятие «технического средства» не вызывает разночтений, если же попытаться распространить это определение на социологию, его придется откорректировать. Поскольку если социологу сказать, что его анкеты и опросчики — «технические средства», он может и удивиться, хотя принципиальных различий здесь нет.

Важнее однако другое. В социологии нет понятия эталона в физическом смысле — нет материального объекта (платиновой гири или атома определенного изотопа кремния), значение конкретного параметра (массы или частоты излучения) которого мы и принимаем за эталон. Ибо у нас нет эталонного объекта — общества или малой группы, некоторый параметр которого (уровень жизни или консолидированность) мы принимаем за эталон.

Единство измерений — состояние измерений, при котором их результаты выражены в узаконенных единицах, а погрешности известны с заданной вероятностью и не выходят за установленные пределы.

Узаконенность единиц — это применять километры в регионе и ситуации, где положено применять километры, а мили — там, где и когда положено применять мили. Цель проста — чтобы люди понимали друг друга. Ситуация сложнее, когда имеются две близкие единицы с похожими названиями, а в истории метрологии это тоже бывало. Скажем, тех же «милей» было несколько, но кто, кроме историков, об этом радостном факте помнит… Добавим, что в книгах по метрологии приводятся примеры всякого рода неприятностий — включая погибшие самолеты и улетевшие не туда космические аппараты — произошедших от несогласованности единиц. Не факт, что все это было, но и одного погибшего самолета с сотней пассажиров достаточно для того, чтобы озаботиться проблемой, да? Естественно, что в социологии о единстве измерений той или иной величины можно говорить после достижения консенсуса о самой измеряемой величине.

Истинное значение — то значение измеряемой величины, которое она имеет и которое мы хотим определить.

Тут трудно что-либо добавить кроме того, что это истинное значение должно существовать. И метролог, и физик, и социолог верят, что оно существует, или хорошо притворяются. Производя измерение, мы всегда придерживаемся какой-то локально апперцептивной — но исходящей из предшествующего опыта — гипотезы. В частности, мы считаем, что величина существует. Далее, мы считаем, что в процессе измерения она не изменяется, а если мы увидим, что изменяется, у нас возникнет дилемма — приписать наблюдаемые изменения влиянию самого процесса измерений или отказаться от гипотезы неизменности. Решение этого вопроса возможно только с какой-то надежностью, причем решение будет опираться на уже имеющийся опыт измерений. То есть на информацию о том, какие вообще бывают величины, как они себя ведут, и как могут влиять процесс измерений.

Действительное значение — значение, которое мы определяем в ходе измерения и которое, как мы предполагаем, близко к истинному значению.

Собственно, назначением процедуры измерений и является приближение действительного значения к истинному. Не метролог с трудом понимает разницу понятий истинное и действительное. А метролог с трудом сдерживает смешок, встречая в СМИ выражение «действующий президент». Да и не только метролог.

Погрешность измерений — отклонение результата измерений от истинного (действительного) значения измеряемой величины.

Здесь имеется в виду, что «истинное (действительное) значение», как это указано выше, существует. «Отклонение» можно понимать по-разному, можно желать уменьшить среднее отклонение, можно — максимальное отклонение, можно — систематическое или случайное. Все зависит от того, для чего нам нужны эти измерения и какие именно отклонения и в какой мере нам опасны. Кроме того, обратите внимание на неоднозначность определения — «отклонение от действительного» и «отклонение от истинного». Реально мы видим отклонение от действительного, а хотим видеть (верим, что видим) отклонение от истинного.

Измерительное преобразование — преобразование, которое мы выполняем в ходе процедуры измерений; в процессе измерений может осуществляться последовательно несколько таких преобразований, причем устройство, осуществляющее первое преобразование, причем как правило преобразование неэлектрической величины в электрическую, обычно называют датчиком.

От измерительного преобразования мы хотим стабильности, высокого значения производной d(выход)/d(вход) и низких шумов, а механизм преобразования сам по себе значения не имеет. Бывают апокрифические примеры, например, измерение температуры доменной печи опытным цеховым мастером по времени высыхания плевка с табаком на ее стенке (описано в литературе), степени застывания бетона по глубине отпечатка сапога прораба, измеренного линейкой (частное сообщение Д.Б.) или энергии атомного взрыва по расстоянию, на которое ударная волна относит выпущенную из руки бумажку.

Нестабильность, деленная на значение производной, ограничивают точность. Точность определения результата преобразования деленная на значение производной, также ограничивает точность. Правда, чем выше значение производной («крутизна характеристики», уж простите за каламбур), тем более узок диапазон измерений. Этот когнитивный диссонанс раньше преодолевался многопредельностью, а сейчас — автоматической многопредельностью.

Любому преобразователю свойственны шумы — то есть наличие сигнала на выходе при его отсутствии на входе. Шумы — это не дрейф, хотя низкочастотные шумы могут восприниматься как дрейф характеристики. В радиофизике и электронике существует теория шумов, которая различает несколько их видов по физической природе, все со своими закономерностями. В древности была еще важна линейность преобразования, облегчающая калибровку. При компьютерной обработке сигнала она не столь важна.

Косвенное измерение — это измерение, при котором есть хотя бы одно измерительное преобразование.

На самом деле прямых измерений вообще не бывает, ибо измерительная цепочка всегда кончается человеком, а непосредственно человек «измеряет» только громкость музыки в соседней квартире, яркость шмотки на даме в метро, температуру жюльена там, куда он эту даму привел, да остроту гвоздей, на которые она его в итоге бросила. Метрологи по традиции не считают человека прибором, а называют непосредственным измерением такое, когда для измерений используется одна «коробка», один прибор, стрелочка на котором и показывает его вольты или даже амперы. Прямых измерений не бывает и еще по одной причине — в самом что ни на есть прямопоказывающем приборе происходит несколько преобразований. Магнитоэлектрический стрелочный вольтметр преобразует напряжение в ток, ток в силу, силу в момент, момент опять в силу, ее — в деформацию, а перемещение стрелки — в поток видимого излучения, во как! А вы все — прямое измерение, прямое измерение…

Результатом измерения, так сказать полезным выходом практического применения метрологии являются величины (220 вольт, 100 грамм, 90-60-90 сами понимаете чего), которые имеют свою структуру и устройство, связанные с исследуемым объектом и той его характеристикой, которую мы собираемся характеризовать. Величину можно характеризовать типом и шкалой, которые связаны. О типах величин и о шкалах мы поговорим чуть ниже. А пока…