Представление результатов измерений по различ- ным измерительным шкалам

2.1 Основные положения

При определении количественной характеристики измеряемой величины измеряемый размер сравнивают с известным размером. Это сравнение может быть выполнено по различным измерительным шкалам. Установлены измерительные шкалы порядка, интервалов и отношений.

Шкала порядка (шкала рангов) представляет упорядоченный (ранжированный) ряд размеров, в котором каждый последующий размер больше предыдущего. При этом сами размеры неизвестны. По этим шкалам можно оценивать только эквивалентность. Т.е. результат измерений может иметь вид: измеряемый размер Q_i больше, меньше или равен размеру Q_j по шкале порядка:

Q_i>Q_j или Q_i <Q_j или Q_i = Q_j или Q_i » Q_j (2.1)

При сравнении размеров более одного раза результат измерений можно выразить в виде:

Q_j ≤ Q_i ≤ Q_j+1 или Q_j < Q_i < Q_j+1, (2.2)

то есть можно определить, между какими соседними размерами Q_j и Q_j+1 по шкале порядка находится измеряемый размер Q_i.

Условная шкала порядка имеет характерные (реперные) точки, которым присвоены числовые значения в условных единицах или баллах.

На шкале наименований характерным точкам шкалы присвоены названия.

Ни одна из шкал порядка не даёт информацию о значении измеряемой величины, поэтому на этих шкалах не определены никакие математические действия. Возможны только логические операции с использованием свойств транзитивности.

Шкала интервалов (шкала разностей) представляет собой упорядоченную последовательность размеров, между которыми установлены строго определённые интервалы. Сами размеры неизвестны. При измерении размера Q_i можно определить: на сколько размер Q_i отличается от размера Q_j по шкале интервалов:

Q_i - Q_j = DQ (2.3)

Нуль на шкале условный, поэтому возможны отрицательные значения размеров.

На шкалах интервалов возможны сложение и вычитание, т.е. применяются свойства аддитивности, а также транзитивности.

Шкалы отношений, также как и шкалы интервалов, разбиты на строго определённые одинаковые интервалы. Нуль на шкале отношений является абсолютным, то есть меньше нуля значений не может быть и, следовательно, невозможны отрицательные значения размеров.

Благодаря возможности определять по шкале отношений абсолютные величины размеров, на шкале отношений возможны все логические и математические действия. Можно установить: во сколько раз измеряемый размер Q_i отличается от известного размера Q_j по шкале отношений:

Q_i /Q_j=q (2.4)

Обычно за известный размер принимают единицу измерений величины: Q_j=[Q] и определяют, во сколько раз измеряемый размер Q_i отличается от соответствующей единицы измерений:

q=Q_i /[Q] (2.5)

Вопросы для самопроверки

1. Что представляет собой шкала: а) порядка; б) условная порядка (реперная); в) наименований; г) интервалов; д) отношений?

2. Приведите форму выражения результата измерений по шкале: а) порядка; б) интервалов; в) отношений.

3. Какие логические или математические действия возможны на шкале: а) порядка; б) интервалов; в) отношений?

4. В чем состоит отличие шкалы отношений от шкалы интервалов?

5. Почему на шкале интервалов могут быть отрицательные значения размеров?

6. По какой измерительной шкале можно определить абсолютное значение размера?

7. Можно ли вносить мултипликативные поправки в размеры, полученные по шкале интервалов?

2.3 Примеры решения задач

Задача 2.3.1. Определите, по каким измерительным шкалам установлены величины следующих показателей:

а) размеры одежды:

Решение.

Шкала размеров одежды по журналу «Бурда моден» представляет собой ранжированный ряд размеров. Размеры приведены в условных единицах. Следовательно, данная шкала является условной шкалой порядка. Интервалы между размерами различны, например, между размерами 42 и 44 – интервал 4 см. а между размерами 48 и 50 – 6 см, что делает невозможным отнести эту шкалу к шкале интервалов.

Шкала размеров, выраженных через объём груди, см, является шкалой отношений, так как имеет чётко определённый интервал, соответствующий

1 см, и абсолютный нулевой размер.

б) температура среды, выраженная в градусах Цельсия и в градусах Кельвина.

Решение.

На международной температурной шкале Цельсия за 0 °С принята температура таяния льда, за 100 °С – температура кипения воды. Этот, интервал разбит на 100 интервалов, каждый из которых соответствует 1 °С. Возможны отрицательные значения температуры, так как в природе может быть температура, меньшая температура таяния льда. Следовательно, шкала Цельсия является шкалой интервалов.

1 К равен 1 °С, так как соответствует 0,01 температурного интервала между точками таяния льда и кипения воды. За 0 К принята температура, при которой прекращается тепловое движение молекул. В природе ниже температуры не может быть:

0 К = –273,15 °С

Эта температура является абсолютным нулём. На шкале Кельвина нет отрицательных значений. Следовательно, шкала Кельвина является шкалой отношений.

Задачи

Задача 2.4.1. Определите, по каким измерительным шкалам установлены величины следующих показателей:

а) фотовыдержка

б) чувствительность фотоплёнки:

единицы ГОСТ ASA:16;20;25;32;40;50;65;80;100;130;160;200;250;320;500

градусы DIN:13;14;15;16;17;18;19;21;22;23;24;25;26;28

условные единицы: 100; 200; 400; 800; 1600

в) календари;

г) археологические этапы развития Земли:

4500… 600 500 400 300 200 100 млн. лет до нашего времени

д) кислотность почв:

е) баллы в спорте, например, при выездке лошадей:

10 – отлично;

9 – очень хорошо;

8 – хорошо;

7 – довольно хорошо;

6 – вполне удовлетворительно;

5 – удовлетворительно;

4 – неудовлетворительно;

3 – довольно плохо;

2 – плохо;

1 – очень плохо;

0 – не выполнено;

ж) пробы драгоценных металлов:

золото: 375; 500; 583; 750; 958;

серебро: 800; 875; 916; 960.

Пробы определяются как число частей металла в 1000 частях (массовая доля) лигатурного сплава;

з) звуковая октава (формула музыкального строя, выведенная Пифагором):

Задача 2.4.2. В первом ртутном термометре, созданном в 1715 г. Фаренгейтом, в качестве реперных точек были выбраны температура таяния смеси льда с солью и нашатырем (–32 °С) и температура тела человека. Позднее Реомюр предложил шкалу, в которой градус представлял 1/80 часть температурного интервала между точкой таяния льда (0 °R) и точкой кипения воды (80 °R) при атмосферном давлении. Эта же точка на шкале Фаренгейта соответствовала 212 °F. Зная температуру в градусах Цельсия, переведите значение в температуру по шкалам Фаренгейта и Реомюра. Определите вид каждой из шкал.

Задача 2.4.3. Какие температурные точки совпадают на шкалах:

а) Цельсия и Фаренгейта;

б) Реомюра и Фаренгейта.

Задача 2.4.4. По каким шкалам измерялась длина удава в мультфильме «38 попугаев», если она была равна: двум половинкам удава, двум слоненкам, пяти мартышкам, 38 попугаям и 1 попугайскому крылышку? В чем отличие этих шкал?

Задача 2.4.5. Подгоняет или тормозит южное течение движение корабля, идущего курсом «норд»? По какой шкале определяется курс в морской навигации?

Задача 2.4.6. Выразите по шкале отношений шкалу порядка следования цветов в спектре белого цвета.

Задача 2.4.7. Определите погрешность измерения времени в годах при использовании григорианского календаря. Какие меры принимаются для уменьшения этой погрешности?

Задача 2.4.8. Как определить стороны света ночью, пользуясь часами и ориентируясь на Луну?

Задача 2.4.9. Как приближенно можно по пению лесных птиц определить время в летние ночные и утренние часы?

Задача 2.4.10. Определите, какому году в нашем летоисчислении соответствует дата 19 декабря 7208 г., упомянутая в летописи.

Задача 2.4.11. Какую физическую величину, и по какой шкале характеризуют надписи на метрономе: престо, виваце, аллегро, модерато?

Задача 2.4.12. Приведите примеры использования различных видов измерительных шкал в бытовых приборах: кухонной печи, утюге, холодильнике, телевизоре, музыкальном центре, медицинском термометре.

Задача 2.4.13. К каким измерительным шкалам можно отнести последовательности:

а) знаков небесных тел: Солнца, Луны, Марса, Меркурия, Юпитера, Венеры, Сатурна;

б) знаков зодиака: Водолея, Рыб, Овна, Тельца, Близнецов, Рака, Льва, Девы, Весов, Скорпиона, Стрельца, Козерога?

Задача 2.4.14. Мановакуумметр градуирован в килопаскалях, как показано на рисунке. Оцифруйте шкалу прибора в других единицах измерения давления: атм., кгс/см², мм рт. ст., бар. По какой измерительной шкале определяется давление мановакуумметром (рисунок 2.1)?

Задача 2.4.15. Песочные часы с узким горлышком, через которые сыплется мелкий песок из верхней части в нижнюю, называются склянкой. Склянке на корабле соответствует получасовой промежуток времени. Счет начинается с полудня: в 12.00 бьют 3 удара в судовой колокол, в 12.30 – 1 удар, в 13.00 -2, в 13.30 – 3, в 14.00 – 4, …, в 15.00 – 6, в 16.00 – 8;в 16.30 – 1 раз и следует новый отчет времени на 4 часа и т. д.

Определите вид измерительной шкалы. Сколько склянок должны пробить в 8.30 час., в 10.00 час., в 24.00 час., в 3.30 час.?

Задача 2.4.16. Оценить расстояние до недоступных предметов можно, используя зрение и слух. При нормальном зрении человек различает в дневное время: трубы на крышах на расстоянии в 3 км, отдельные деревья – 2 км, людей ( в виде отдельных точек) – 1,5-2 км, переплеты оконных рам – 500 м, листья на деревьях – 200 м, кисти рук – 100 м, глаза (в виде точек) – 60-70 м; в ночное время: костер виден на расстояние 6-8 км, свет карманного фонарика –

2 км, горящая спичка – 1-1,5 км, огонь сигареты – 500 м.

При нормальной влажности воздуха в тишине средняя дальность начала слышимости: шума электрички – 5-10 км, гудка автомобиля – 2-3 км, лая собаки – 1-2 км, движения автомашины по шоссе – 1-2 км, по грунтовой дороге– 0,5-1 км, стук топора – 300-500 м, разговор людей (неразборчиво) –

200 м, кашель – 50-100 м.

Определите виды этих шкал.

Задача 2.4.17. Как можно оценить твердость минерала, если:

а) минерал процарапывается углем;

б) минерал процарапывается корундом, но не повреждается топазом?

Задача 2.4.18. при дегустации пищевых продуктов каждый эксперт оценивал качество по 10-ти бальной системе. По какой шкале проводились измерения?

Задача 2.4.19. При оценке конкурса музыкантов преимущество i-го над

j-ым обозначалось 1, j-того над i-ым - -1; равноценное выступление – 0. По какой шкале проводилась оценка и как подвести итоги конкурса? Оценка выступлений приведена в таблице 2.1.

Таблица 2.1 - Оценка творческого конкурса

j i
			-1	-1		-1		-1
	-1				-1
				-1	-1	-1				-1
		-1						-1
	-1			-1
		-1		-1
	-1	-1		-1	-1	-1
			-1		-1	-1	-1
	-1	-1	-1		-1	-1	-1
	-1				-1		-1		-1

Задача 2.4.20. При измерении разности температуры в климатической камере и температуры тройной точки воды тремя термометрами с различными классами точности их показания совпали. Графически изобразите этот случай.

Задача 2.4.21. При определении времени наработки до первого отказа изделия пользовались таймером. По какой измерительной шкале получали результаты испытаний?

Задача 2.4.22. При испытаниях двух типов полиэтиленовых мешков на прочность мешки наполняли и бросали до их разрыва. Затем подсчитывали число падений (таблица 2.2). Может ли такой показатель определять прочность? Какая измерительная шкала при этом используется? Вычислите статистические характеристики, необходимые для оценки прочности.

Таблица 2.2 - Результаты испытаний мешков – число падений до разрыва

Задача 2.4.23. Одним из показателей принадлежности произведения конкретному автору является распределение фраз по длине. По какой измерительной шкале определяется этот показатель? Рассчитайте по данным таблицы 2.3 числовые характеристики – асимметрию и эксцесс для проверки соответствия распределения фраз нормальному теоретическому закону.

Таблица 2.3 - Распределение фраз

Задача 2.4.24. Известно, что сахар слаще глюкозы, но глюкоза как составная часть джема обладает дополнительными положительными свойствами. Для оценки ее вкусовых свойств в джеме были взяты от трех производителей образцы земляничного и малинового джемов, изготовленных обычным способом и с заменой 1/4 части сахара на глюкозу. Определите, по какой измерительной шкале проведена оценка. Используя данные таблицы 2.4, ответьте на следующие вопросы:

1. Оказывает ли влияние замена части сахара глюкозой на: а) вкус джемов; б) заключение дегустаторов?

2. Одинаков ли эффект введения глюкозы в земляничный и малиновый джемы?

3. Согласуются ли эффекты на продукции разных предпринимателей?

4. Становится ли слаще джем при замене сахара глюкозой?

Таблица 2.4 - Результаты заключений дегустаторов

Задача 2.4.25. По какой измерительной шкале определяются химические свойства элементов таблицы Менделеева? На чем основано сравнение их свойств?

Задача 2.4.26. В лаборатории, изучающей воздействие окружающей среды на человека, были проведены исследования мнений 10 женщин и 10 мужчин для того, чтобы установить наиболее комфортную комнатную температуру. В таблице 2.5 приведены результаты исследования. Определите примененную измерительную шкалу. Переведите результаты в международную стоградусную шкалу Цельсия. Рассчитайте характеристики, с помощью которых можно установить, одинакова ли температура наибольшего комфорта для мужчин и женщин.

Таблица 2.5 - Результаты исследования (в ⁰F)

Задача 2.4.27. Двух экспертов попросили оценить качество поверхности десяти экспериментальных кафельных плиток, присвоив им номера в порядке увеличения качества. Результаты экспертной оценки представлены в таблице 2.6. Определите вид измерительной шкалы и среднюю сумму рангов.

Таблица 2.6 - Результаты оценки качества плиток

Задача 2.4.28. Измерены отклонения от номинального размера в двух выборках деталей (таблица 2.7). Определите вид измерительной шкалы, рассчитайте средние отклонения в каждой выборке и характеристику их разброса.

Таблица 2.7 - Результаты измерений отклонений в выборках, мкм

Подсчитайте число бракованных изделий в каждой выборке, если предельно допустимые размеры деталей 20,47; 20,52 мм, номинальный размер 20,5 мм.

Задача 2.4.29. При проведении поверки вольтметра методом непосредственного сличения получены результаты, приведенные в таблице 2.8. Определите вид измерительной шкалы для оценки погрешности средства измерений. Вычислите абсолютную погрешность в каждой поверяемой отметке шкалы и вариацию показаний.

Таблица 2.8 - Результаты поверки вольтметра

Задача 2.4.30. Оцените среднее время реакции трех групп пациентов на сделанную инъекцию (таблица 2.9). Определите вид измерительной шкалы.

Таблица 2.9 - Время реакции, мин.

Дата добавления: 2014-11-14; просмотров: 623; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!