62

1. Физическая величина. Единицы физической величины. Значение физической величины.

Для количественного изучения свойств объектов, явлений и процессов в метрологии используется понятие величины. Различают идеальные и реальные величины. Идеальные величины относятся в основном к области математики. Реальные величины бывают двух видов: физические и нефизические. Физические величины изучают в рамках естественных и технических наук, они присущи свойствам материальных объектов, физических явлений и процессов.

Физическая величина – свойство, общее в качественном отношении для многих физических объектов, но в количественном отношении индивидуальное для каждого объекта. Например, все физические тела имеют массу, длину, температуру, но у каждого из них размеры этих физических величин различны.

Единица физической величины – размер физической величины, которому по определению придано значение, равное единице. (Единица физической величины – такое ее значение, которое принимают за основание для сравнения с ним физических величин того же рода при их количественной оценке.)

Значение физической величины – выражение размера физической величины в виде некоторого числа принятых для нее единиц. Значение физической величины включает числовое значение (показатель) и единицу измерения. Числовое значение размера физической величины находят при измерении, при этом оно может изменяться при применении разных единиц измерения.

2 Понятие измерения. Классификация измерений. Типы шкал.

Измерение – совокупность действий, выполняемых при помощи средств измерений с целью нахождения числового значения измеряемой величины в принятых единицах величин. Представляет собой процедуру количественной или качественной оценки того или иного свойства. Измерение становится возможным, если удается сформировать шкалу рассматриваемого свойства с учетом множества его различных проявлений. Шкала – ряд последовательных значений измеряемой величины в восходящем или нисходящем порядке, которые приняты для измерения.

5 различных типов шкал:

- шкалы наименований – качественные шкалы, которые соответствуют свойствам только с отношениями эквивалентности (обозначение цвета по атласу цветов).

- шкалы интервалов – свойствам с отношениями эквивалентности, порядка и аддитивности. Шкалы интервалов имеют условный ноль, заданные значения интервалов и единицу измерения. ( температурные шкалы Цельсия)

- шкалы отношений – соответствуют свойствам с отношениями эквивалентности, порядка и аддитивности. Имеют естественный ноль и единицы измерения, которые принимают по согласованию. (температурная шкала Кельвина)

- шкалы порядка – отношения эквивалентности и отношения порядка по возрастанию или уменьшению количественного проявления свойства, но единицы измерения ввести нельзя. Это шкалы с балльной оценкой

- абсолютные шкалы – соответствуют свойствам с отношениями эквивалентности, порядка и аддитивности, имеющие естественное однозначное определение единицы измерения. Например, шкала измерения плоских углов в радианах

Классификация измерений:

По числу выполненных наблюдений или снятых показаний измерения:

Однократные – измерение, выполненное один раз.

Многократные – измерение, результат которого получен из нескольких следующих друг за другом измерений (состоящее из ряда однократных измерений).

По способу получения результата измерения:

Прямые – измерения, в которых искомое значение находят непосредственно из опытных данных. Например, измерение длины, массы.

Косвенные – измерения, в которых искомое значение находят по результатам прямых измерений других величин, которые связаны с искомой определенной зависимостью.

Совместные – производимые одновременно измерения двух или нескольких разноименных величин для установления функциональной зависимости между ними.

Совокупные – измерения, в которых значения измеряемых величин находят решением системы уравнений, составленной по данным измерений нескольких одноименных величин. (определение масс отдельных гирь в наборе по известной массе одной из них и по результатам определения масс различных сочетаний гирь.)

По характеру зависимости измеряемой величины от времени:

Статические – измерения, при которых измеряемая величина принимается за неизменную на время проведения измерения.

Динамические – измерения, при которых измеряемая величина изменяется со скоростью, превышающей возможности средства измерений отслеживать ее изменения. В этом случае возникает дополнительная динамическая составляющая погрешности, обусловленная инерционными свойствами измерительного прибора.

По уровню точности измерения:

Измерения максимально возможной точности выполняют в метрологических центрах при создании и эксплуатации эталонов, а также в научных исследованиях по определению значений констант, стандартных справочных данных и т.д.

Контрольные измерения выполняют при поверке и калибровке средств измерений. Погрешность таких измерений не должна превышать некоторое заданное контрольное значение.

Технические (рабочие) измерения выполняют в промышленности с помощью рабочих средств измерений.

По особенностям обработки результатов:

Равноточные – измерения, выполненные одинаковыми по точности средствами измерений в одних и тех же условиях.

Неравноточные – измерения, выполненные различающимися по точности средствами измерений и/или в разных условиях.

3 Системы единиц. Система си.

Система единиц – совокупность основных (независимых) и производных единиц величин.

Основные единицы величин – единицы измерения независимых друг от друга основные физических величин.

Производные единицы величин – единицы измерения производных величин, устанавливают через основные с использованием известных физических законов и соотношений.

Международная система единиц СИ разработана по решению ГКМВ (ген конференция по мерам и весам) и первоначально (в 1960 г.) включала шесть основных единиц. Позднее была добавлена седьмая основная единица – количество вещества – моль, а затем две дополнительные единицы – радиан и стерадиан.

Основные единицы СИ:

- метр (м) – единица длины (L)

- килограмм (кг) – единица массы (М)

- секунда (с) – единица времени (Т)

- ампер (А) – единица силы электрического тока (I).

- кельвин (К) – единица термодинамической температуры (Θ – греч, тэта),

- кандела (кд) – единица силы света (J).

- моль (моль) – единица количества вещества (N).

Дополнительные единицы:

- радиан (рад) – единица измерения плоского угла, равная внутреннему углу между двумя радиусами окружности, длина дуги между которыми равна радиусу;

- стерадиан (ср) – единица измерения телесного угла. Стерадиан равен телесному углу с вершиной в центре сферы, вырезающему на поверхности этой сферы площадь, равной площади квадрата со стороной, равной радиусу.

Одновременно с принятием системы СИ ГКМВ приняла десятичные кратные и дольные приставки к единицам.

ГКМВ признало использование некоторых внесистемных единиц наравне с единицами СИ из-за их практической важности – минута (мин), час (ч), литр (л) и некоторые другие.

На практике для удобства применяются не только системные и допущенные внесистемные единицы величин. Например, значение атмосферного давления и кровяное давление человека привычно указывают в миллиметрах ртутного столба, а не в Па; мощность двигателей автомобилей – в лошадиных силах, а не в киловаттах и т.д.

4 Понятие и виды средств измерений.

Средство измерений – техническое средство, которое предназначено для измерений и имеет нормированные метрологические характеристики.

Средства измерений выполняют одну из двух функций:

- воспроизводят величину заданного размера (гири, линейки);

- вырабатывают сигнал, несущий информацию о значении измеряемой величины.

Средства измерений подразделяют на:

Мера – средство измерений, предназначенное для воспроизведения и/или хранения величины одного или нескольких размеров, значения которых выражены в установленных единицах с необходимой точностью. Например, гиря воспроизводит один размер, линейка – несколько размеров.

Измерительный преобразователь (датчик) – средство измерений, предназначенное для преобразования сигналов измерительной информации в форму, удобную для восприятия или дальнейшего преобразования. Например, температурные полоски, тензометрические датчики.

Измерительный прибор – средство измерений, предназначенное для получения значений измеряемой величины в установленном диапазоне и выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия. По форме представления измерительной информации различают:

Показывающие приборы позволяют производить отсчет или считывание показаний. Например, стрелочные или цифровые приборы.

Регистрирующие приборы записывают информацию на каком-либо носителе. Например, гигрограф записывает кривую изменения влажности воздуха на специальной бумаге в течение суток.

По форме преобразования измерительных сигналов:

Аналоговые приборы - показания в виде непрерывной функции изменения измеряемой величины (разрывные машины с маятниковым силоизмерителем).

Цифровые приборы автоматически преобразуют результаты измерения непрерывной величины в дискретные сигналы, которые отображаются в виде чисел на цифровом индикаторе (разрывные машины с цифровой индикацией, цифровые тонометры и др.)

Измерительная установка – совокупность функционально объединенных средств измерений и вспомогательных устройств, предназначенная для измерения одной или нескольких величин, расположенная в одном месте. Например, установка с эксикаторами для определения паропроницаемости.

Измерительная система - это совокупность функционально объединенных средств измерений и вспомогательных устройств, размещенных в разных точках контролируемого объекта и соединенных между собой каналами связи, предназначенная для измерения одной или нескольких величин.