В чем измеряется чувствительность

Чувствительность и ее измерение

Различные органы чувств, дающие нам сведения о состоянии окружающего нас внешнего мира, могут быть более или менее чувствительны к отображаемым ими явлениям, т.е. могут отображать эти явления с большей или меньшей точностью (А.В. Петровский).

Чувствительностьоргана чувств определяется минимальным раздражителем, который в данных условиях оказывается способным вызвать ощущение. Минимальная сила раздражителя, вызывающая едва заметное ощущение, называется нижним абсолютным порогом чувствительности.

Раздражители меньшей силы, так называемые подпороговые, не
вызывают возникновения ощущений, и сигналы о них не пере-
даются в кору головного мозга.

Кора в каждый отдельный момент из бесконечного количества импульсов воспринимает лишь жизненно актуальные, задерживая все остальные, в том числе импульсы от внутренних органов. Такое положение биологически целесообразно. Нельзя представить себе жизнь организма, у которого кора больших полушарий одинаково воспринимала бы все импульсы и обеспечивала на них реакции. Это привело бы организм к неминуемой гибели.

Именно кора больших полушарий стоит на страже жизненных интересов организма и, повышая порог своей возбудимости, превращает неактуальные импульсы в подпороговые, избавляя тем самым организм от ненужных реакций.

Однако подпороговые импульсы не безразличны для организма. Подтверждением этому служат многочисленные факты, полученные в клинике нервных болезней, когда именно слабые, подкорковые раздражители из внешней среды создают в коре больших полушарий доминантный очаг и способствуют возникновению галлюцинаций и «обмана чувств».

Нижний порог ощущений определяет уровень абсолютной чувствительности данного анализатора. Между абсолютной чувствительностью и величиной порога существует обратная зависимость: чем меньше величина порога, тем выше чувствительность данного анализатора.

Наши анализаторы обладают различной чувствительностью. Порог одной обонятельной клетки человека для соответствующих пахучих веществ не превышает 8 молекул. Чтобы вызвать вкусовое ощущение, требуется в 25 000 раз больше молекул, чем для создания обонятельного ощущения.

Очень высока чувствительность зрительного и слухового анализатора. Человеческий глаз способен видеть свет при попадании на сетчатку всего 2-8 квантов лучистой энергии. Это значит, что мы способны были бы видеть в полной темноте горящую свечу на расстоянии до 27 километров. В то же время для того, чтобы мы ощутили прикосновение, необходимо в 100-10 000 000 раз больше энергии, чем при зрительных или слуховых ощущениях (С.И. Вавилов).

Абсолютная чувствительность анализатора ограничивается не только нижним, но и верхним порогом ощущения.

Верхним абсолютным порогом чувствительности называется максимальная сила раздражителя, при которой еще возникает адекватное действующему раздражителю ощущение.Дальнейшее увеличение силы раздражителей, действующих на наши рецепторы, вызывает в них лишь болевое ощущение (например, сверхгромкий звук, слепящая яркость).

Величина абсолютных порогов изменяетсяв зависимости от различных условий: характера деятельности и возраста человека, функционального состояния рецептора, силы и длительности раздражения и т.п.

С помощью органов чувств мы можем не только констатировать наличие или отсутствие того или иного раздражителя, но и различать раздражители по их силе и качеству. Минимальное различие между двумя раздражителями, вызывающее едва заметное различие ощущений, называется порогом различения.

Порог различения характеризуется относительной величиной, постоянной для данного анализатора.Для зрительного анализатора это отношение составляет приблизительно 1/100, для слухового – 1/10, для тактильного – 1/30.

Метрология

Приборы для линейных и угловых измерений характеризуются следующими метрологическими показателями: ценой деления или дискретностью цифрового отсчета, диапазоном измерения по шкале, пределом измерения прибора, измерительным (контактным) усилием и погрешностью.
Для полной характеристики прибора необходимо еще знать интервал деления шкалы, передаточное отношение, предельно допустимую погрешность, повторяемость показаний, гистерезис и др.

Некоторые метрологические показатели и термины определены стандартами. Другие применяются фирмами и на производстве. В обоих случаях следует знать, что они означают.
Одним из основных конструктивных элементов приборов является отсчетное устройство со шкалой или цифровым дисплеем. С помощью шкалы или цифрового дисплея передается информация об измеряемой величине в форме наиболее доступной для пользователя, называемая показания прибора.

Шкала

Шкалой называется совокупность ряда отметок (штрихов) и проставленных у некоторых из них чисел отсчета, соответствующих значениям или отклонениям измеряемой величины.

На рисунке 1 показан пример выполнения круговой шкалы. Расстояние между серединами двух соседних отметок (штрихов) шкалы или между двумя штрихами называется интервалом деления (или ценой деления) . Цена деления выражается единицей измерения, указанной на шкале.

Для большинства приборов интервал деления шкалы — постоянная величина на всей длине шкалы. Такие шкалы называются равномерными.
Неравномерные шкалы в приборах для линейных измерений в настоящее время не применяются.
Интервал деления шкалы выбирают от 0,9 до 2,5 мм. При таких интервалах делений обеспечивается наилучший результат глазомерной оценки долей деления при расположении стрелки указателя прибора между штрихами шкалы.

Значение измеряемой величины, соответствующее одному делению шкалы, называется ценой деления (с) . Цена деления, как правило, не должна быть меньше погрешности показаний прибора.

По ГОСТ 5365-83 цена деления шкалы прибора должна быть кратной цифрам 1, 2 или 5.
Ширина штрихов шкал выбирается в пределах 0,1…0,2 мм.
Разность ширин штрихов в пределах одной шкалы не должна быть больше 0,05 мм.
Длина коротких штрихов принимается равной 2-2,5 интервала деления, а длинных – 3…3,5 интервала.
Ширина конца стрелки, располагающегося над штрихами шкалы, не должна быть больше ширины штрихов. Конец стрелки должен перекрывать 0,3…0,8 длины коротких штрихов шкалы.

В настоящее время созданы электронные приборы и инструменты с непосредственным цифровым отсчетом результатов измерений. У этих приборов шкала заменена многоразрядным цифровым дисплеем, на котором цифрами отображается результат измерения. В каждом разряде обычно цифры от 0 до 9.
Наименьшая разница в младшем разряде называется дискретностью показаний .
Высота цифр у ручных инструментов и приборов (например, штангенциркуля) составляет 7,5…9 мм. У выносных электронных блоков высота цифр составляет 12…15 мм и более.

Особенность цифрового отсчета по сравнению со штриховыми шкалами состоит в том, что ее дискретность (наименьшее показание) меньше погрешности показаний прибора. Это объясняется десятичным характером цифрового отсчета. Это качество цифрового отсчета повышает точность настройки приборов при калибровке и настройке на нуль при относительных измерениях.

Диапазон измерения

Значение измеряемой величины, соответствующее всей шкале прибора с нормированной погрешностью, называют диапазоном измерения по шкале прибора. Диапазон измерения по шкале не всегда совпадает с пределом измерения прибора.

Пределом измерения прибора называется наибольшая и наименьшая величины, которые могут быть измерены прибором.
Например, микрометр с пределом измерения 50…75 мм имеет диапазон измерения по штриховой шкале 25 мм.
Для индикаторов, измерительных головок и других приборов, предназначенных для относительных измерений на стойках со столиками, пределы измерения высот определяются высотой стойки, а диаметров — вылетом кронштейна, в котором крепится индикатор. В таких случаях обычно указывают отдельно предел измерения диаметров и высот.

Чувствительность прибора

Перемещение измерительного стержня механического прибора передается стрелке через увеличивающий передаточный механизм (рычажный, зубчатый) . У индуктивных и инкрементных преобразователей отсутствует механическая передача — перемещение измерительного стержня преобразуется в электрический сигнал. В обоих случаях свойство прибора реагировать на изменения измеряемой величины называется чувствительностью или разрешением прибора.
Чувствительность прибора очень важная характеристика и оценивается наименьшим изменением значения измеряемой величины, способным вызвать малейшее заметное изменение показаний прибора, и называется порогом чувствительности или разрешающей способностью прибора.

Отношение линейного или углового перемещения стрелки (указателя) или изменение цифрового показания прибора к изменению размера, вызвавшему это перемещение, называется передаточным отношением прибора .
Для штриховых шкал передаточное отношение определяется отношением интервала деления a к цене деления c :

Если стрелка прибора при точных измерениях останавливается между штрихами шкалы, то отсчет производится глазомерной оценкой дробной части деления, пройденного стрелкой.

Точностью отсчета называется точность, достигаемая при отсчете по шкале прибора. Точность отсчета зависит от качества штрихов шкалы, толщины стрелки (указателя) , расстояния между шкалой и стрелкой, освещенности шкалы и квалификации контролера.
Наиболее благоприятная для точного отсчета ширина штрихов шкалы равна 0,1 интервала деления.
У цифровых шкал точность отсчета зависит от дискретности шкалы, то есть последнего разряда показаний и не имеет субъективной ошибки отсчета.

Параллакс

Параллаксом называется кажущееся смещение указателя относительно штрихов шкалы (рис. 2) при наблюдении в направлении, не перпендикулярном плоскости шкалы. Это явление связано с особенностями строения органов зрения человека и может приводить к значительным погрешностям при считывании показаний с измерительного прибора или инструмента.
Погрешности отсчета, вызываемые параллаксом, особенно ощутимо проявляются у штангенциркулей и часто превосходят величину отсчета по нониусу.
Погрешность параллакса, согласно обозначениям, принятым на рис. 2 , будет равна δ = h tg φ .

Для уменьшения погрешности от параллакса расстояние между отсчетным индексом и шкалой должно быть минимальным, а отсчет следует производить при наблюдении перпендикулярно плоскости шкалы.

Воспроизводимость или повторяемость

При многократном измерении одного размера вследствие несовершенства механизма прибора (наличия в нем зазоров, трения, и деформаций) повторные показания прибора могут не совпадать.
Наибольшая разность между показаниями прибора при многократном измерении одной и той же величины в одном направлении при неизменных внешних условиях называется вариацией показаний, воспроизводимостью или повторяемостью .

Воспроизводимость измерений может характеризоваться стандартным отклонением или средней квадратической погрешностью сравниваемых рядов измерений. Воспроизводимость несёт важную информацию для оценки погрешности измерения.
Воспроизводимость свидетельствует о правильности измерения только в том случае, если прибор не имеет систематической ошибки или если систематическая ошибка мала и ей можно пренебречь.

Погрешность показаний

Погрешность показаний прибора — это разность между показанием прибора и действительным значением измеряемой величины.
На погрешность влияют многие факторы — совершенство конструкции и техническое состояние средства измерения, способ использования прибора, человеческий фактор (острота зрения, дрожание рук, степень мастерства и профессионализма и т. п.) , а также такие факторы, как измерительное усилие, температура приборов и температура помещения, в котором производится измерение.

Измерительное усилие

Измерительным (контактным) усилием называется сила, создаваемая механизмом прибора и действующая на измеряемую поверхность в направлении линии измерения.
Измерительное усилие обычно создается пружинами, деформации и усилия которых изменяются в зависимости от перемещения измерительного стержня прибора.

Разность между наибольшим и наименьшим значениями измерительного усилия при однонаправленном изменении значений измеряемой величины называется колебанием (перепадом) измерительного усилия.

Величина измерительного усилия и его перепад оказывают большое влияние на результат измерения, так как вызывают деформации измерительной оснастки, контролируемой поверхности и других элементов, что приводит к возникновению дополнительной поверхности.
По этой причине всегда стремятся к уменьшению измерительного усилия и его перепада, но в ограниченных пределах, поскольку слишком малое измерительное усилие может привести к отрыву наконечника от контролируемой поверхности, т.е. к ненадежности измерения, особенно при динамических измерениях на больших скоростях.

Нормальное значение температуры

Для измерительных инструментов, приборов и деталей машин ГОСТ 9249-59 установлено нормальное значение температуры, равное 20 ˚С. Именно при этой температуре действительны все размеры, меры, метрологические характеристики измерительных приборов, результаты измерении и т.п.

Степень защиты измерительных приборов

Все измерительные средства особенно их преобразователи и механизмы защищают от попадания мелких твердых частиц, пыли и воды.
Степень защиты измерительных приборов определена и нормируется российским национальным стандартом ГОСТ 14254-96 и международным стандартом DIN EN 60 529.
Для обозначения степени защиты приборов применяются две цифры: первая цифра определяет защиту от попадания твердых частиц и пыли, вторая — от влаги.
Пример обозначения степени защиты — IP54.
Классификация приборов по степени защиты от твердых частиц и влаги приведена в таблице ниже.

Примечание: точками обозначены недостающие цифры в обозначении степени защиты от другого вредного фактора.

Чувствительность человека и особенности ее измерения

Чувствительность человека и особенности ее измерения

Чувствительность – это способность человеческого организма ощущать, различать внешние раздражители и реагировать на них.

Для того, чтобы человек ощутил какое-либо воздействие, необходимо действие раздражителя на органы чувств определенной силы. Возникает вопрос о количественной характеристике данной силы, как ее можно измерить и в каких единицах выразить.

Для измерения ощущений применяют два метода: прямой и косвенный.

Абсолютная чувствительность

Для описания минимального раздражения, которое можно почувствовать используют термин «нижний порог ощущения». Он определяет уровень абсолютной чувствительности указанного сенсора.

Под абсолютной чувствительностью понимают способность субъекта ощущать слабые по интенсивности воздействия раздражители.

Абсолютная чувствительность находится в обратно пропорциональной зависимости к величине порога ощущения. Это значит, что чем меньше величина порога ощущения, тем больше абсолютная чувствительность.

Также выделяют «верхний порог ощущения», он представляет собой максимальное раздражение, при котором воздействие либо уже не ощущается, либо приобретает новую окраску, т.е. заменяется болевым ощущением. Например, человеческое ухо не воспринимает определенные звуковые частоты, такие как ультразвук. Человек их просто не ощущает.

Измерение нижних и верхних порогов ощущений играет важную роль при диагностике симптомов снижения чувствительности, позволяет определить людей с пониженной чувствительностью определенного органа чувств и выявления патологий.

Относительная (разностная) чувствительность

Готовые работы на аналогичную тему

Относительная (разностная) чувствительность представляет собой способность субъекта ощущать минимальную разницу между двумя раздражителями.

Например, в тихой комнате субъект хорошо различает любой звук, однако, если создать в этой комнате шум, этот звук уже не будет так восприниматься.

Относительную чувствительность гораздо сложнее измерить, чем абсолютную.

Немецким ученым Э. Веберу и Г. Фехнеру удалось выразить показатель относительной чувствительности в виде математической формулы, где она представляет отношение величины исходного раздражителя к величине добавления к исходной, достаточной для появления ощущения.

Дальнейшие исследования позволили Г. Фехнеру прийти к выводу, что величина ощущения пропорциональна логарифму интенсивности определенного раздражителя. Данный закон получил название закона Фехнера.

Прямой метод измерения ощущений

При использовании прямого метода на определенный орган чувств испытуемого воздействует раздражитель сначала с низкой интенсивностью, которая постепенно возрастает. Испытуемый должен подать сигнал, когда он впервые ощутил прикладываемое раздражение.

Для измерения кожной чувствительности используется прибор эстезиометр, при этом порог ощущений измеряется в барах.

Для измерения слуховой чувствительности используют звукогенератор или аудиометр, порог чувствительности выражается в децибелах.

Для измерения вкусовой и обонятельной чувствительности используют специальные приборы, которые предлагают испытуемому минимальные концентрации определенных веществ с постепенным нарастанием вкусового и обонятельного воздействия.

Косвенный метод измерения ощущений

Косвенный метод измерения чувствительности разработан советскими учеными Гершуни Г.В., Соколовым Е.Н. и Виноградовой О.С.

Он основан на том, что любой раздражитель при воздействии на орган чувств вызывает рефлекторные изменения организма, такие как сосудистые, электрофизиологические и мышечные реакции.

При воздействии на орган чувств раздражений меньше нижнего порога, рефлекторно возникающий процессов не возникает, однако, при появлении едва различимых ощущений, данные процессы могут быть уже ярко выражены.

Таким образом, преимуществом данного метода в том, что он не основан на субъективном восприятии испытуемого, а позволяет объективно оценивать показатели появления чувствительности. Также данный метод позволяет провести исследования в ситуациях, когда обратная связь от испытуемых не может быть получена путем словесного опроса. Например, у маленьких детей, душевнобольных и т.д.

Исследования советского ученого Г.В. Гершуни показали, что объективные показатели порогов ощущений, полученные косвенным методом, полностью соответствуют субъективным, полученным прямым методом.

Изменчивость чувствительности

Величина чувствительности не является постоянной, она может изменяться под влиянием внешних условий среды и состояния организма, поэтому выделяют две формы изменения чувствительности:

1. Адаптация. Является важным свойством анализаторов и представляет собой снижение чувствительности при сильной интенсивности раздражителя в течение длительного промежутка времени и увеличение чувствительности при слабой интенсивности раздражителя. Наиболее простым примером является факт, что при выходе из темной комнаты на яркое освещение человек испытывает неприятные ощущения в глазах и резь. Через определенный промежуток времени эти ощущения проходят, и человек приспосабливается к имеющемуся освещению. Также когда человек заходит в темную комнату из ярко освещенной, первое время он плохо там ориентируется, однако, спустя 20 минут зрение обостряется.
2. Сенсибилизация. Она зависит от физиологического и психологического состояния организма и действует только в сторону обострения чувствительности.

На длительные и постоянные изменения чувствительности оказывают влияние:

• Возраст. Чувствительность анализаторов возрастает к 20-30 годам, далее снижается;
• Тип нервной системы. Люди со слабой нервной системой более чувствительны;
• Эндокринный баланс. Примером может служить обострение обоняния у беременных женщин;
• Утомление. Может вызывать на первом этапе обострение чувствительности с последующим ее снижением.

Кратковременные изменения чувствительности могут вызывать фармакологические вещества, такие как адреналин.

ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО ПРИБОРА

Примечание. Для приборов с нелинейной калибровочной кривой чувствительность в любой данной точке является функцией значения измеряемой величины.

[ГОСТ IEC 60050-300-2015. Международный электротехнический словарь. Электрические и электронные измерения и измерительные приборы. Часть 311. Общие термины, относящиеся к измерениям]

Чувствительность измерительного прибора — под этим термином подразумевают отношение линейного углового перемещения указателя к изменению измеряемой величины, вызвавшей это перемещение. Чувствительность характеризует способность измерительного прибора измерять малые сигналы.

[Словарь терминов по автоматизации. (Электронный ресурс). Режим доступа: http:// Avrora-IT.ru›content/glossary_lims/a_glossary/, свободный.]

[meter sensitivity] — характеристика измерительного прибора, выражающая отношение линейного (Δl) или углового (Δα) перемещения указателя по шкале прибора (сигнала на выходе прибора) к вызвавшему его изменение измеряемой величины. Различают абсолютную чувствительность измерительного прибора S = Δl/Δx или S = Δα/Δx , где Δx — изменение измеряемой величины х, выраженной в ее единицах, и относительную чувствительность измерительного прибора S_o = Δl/(Δx/x) или Δα/(Δx/x).
Смотри также:
— Чувствительность
— чувствительность системы автоматического управления

ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО ПРИБОРА, отношение перемещения указателя прибора относительно шкалы (выраженного в линейных или угловых единицах) к изменению значения измеряемой величины, вызвавшей это перемещение.

ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО ПРИБОРА — отношение перемещения указателя прибора относительно шкалы (выраженного в линейных или угловых единицах) к изменению значения измеряемой величины, вызвавшей это перемещение.