Измерения физических величин. Физические величины. Точность и погрешность измерений Примеры средств измерений различных физических величин

Методы измерения определяются видом измеряемых величин, их размерами, требуемой точностью результата, требуемой быстротой процесса измерения и прочими данными.

Существует множество методов измерения, и по мере развития науки и техники число их все увеличивается.

По способу получения числового значения измеряемой величины все измерения разделены на три основных вида: прямые, косвенные и совокупные.

Прямыми называются измерения, при которых искомое значение величины находят непосредственно из опытных данных (например, измерение массы на циферблатных или равноплечных весах, температуры – термометром, длины – с помощью линейных мер).

Косвенными называются измерения, при которых искомое значение величины находят на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям (например, плотности однородного тела по его массе и геометрическим размерам; определение электрического сопротивления по результатам измерения падения напряжения и силы тока).

Совокупными называются измерения, при которых одновременно измеряют несколько одноименных величин, а искомое значение величин находят решением системы уравнений, получаемых при прямых измерениях различных сочетаний этих величин (например, измерения, при которых массы отдельных гирь набора устанавливают по известной массе одной из них и по результатам прямых сравнений масс различных сочетаний гирь).

Ранее говорилось о том, что на практике наибольшее распространение получили прямые измерения ввиду их простоты и скорости исполнения. Дадим краткую характеристику прямым измерениям.

Прямые измерения величин можно производить следующими методами:

1) Метод непосредственной оценки – значение величины определяют непосредственно по отсчетному устройству измерительного прибора (измерение давления – пружинным манометром, массы – циферблатными весами, силы электрического тока – амперметром).

2) Метод сравнения с мерой – измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой (измерение массы рычажными весами с уравновешиванием гирями).

3) Дифференциальный метод – метод сравнения с мерой, при котором на измерительный прибор действует разность измеряемой величины и известной величины, воспроизводимой мерой (измерения, выполняемые при проверке мер длины сравнением с образцовой мерой на компараторе).

4) Нулевой метод – метод сравнения с мерой, когда результирующий эффект воздействия величин на прибор сравнения доводят до нуля (измерение электрического сопротивления мостом с полным его уравновешиванием).

5) Метод совпадений – метод сравнения с мерой, при котором разность между измеряемой величиной и величиной, воспроизводимой мерой, измеряют, используя совпадения отметок шкал или периодических сигналов (измерение длины с помощью штангенциркуля с нониусом, когда наблюдают совпадение отметок на шкалах штангенциркуля и нониуса).

6) Метод замещения – метод сравнения с мерой, когда измеряемую величину замещают известной величиной, воспроизводимой мерой (взвешивание с поочередным помещением измеряемой массы и гирь на одну и ту же чашку весов).

Конец работы -

Эта тема принадлежит разделу:

Метрология

Понятие о метрологии как науке метрология наука об измерениях методах и.. основные понятия связанные с объектами измерения..

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Твитнуть

Все темы данного раздела:

Понятие о метрологии как науке
Метрология - наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности. В практической жизни человек вс

Понятие о средствах измерений
Средство измерения (СИ) - это техническое средство (или комплекс технических средств), предназначенное для измерения, имеющее нормированные метрологические характер

Метрологические характеристики средств измерений
Метрологические характеристики средств измерений – это характеристики свойств, оказывающие влияние на результаты и погрешности измерений. Информация о назначении метр

Факторы, влияющие на результаты измерений
В метрологической практике при проведении измерений необходимо учитывать ряд факторов, влияющих на результаты измерения. Это - объект и субъект измерения, метод измерения, ср

Формирование результата измерений. Погрешности измерений
Процедура измерения состоит из следующих основных этапов: 1) принятие модели объектоизмерения; 2) выбор метода измерения; 3) выбор средств измерения;

Представление результатов измерений
Существует правило: результаты измерения округляют с точностью до "погрешности". В практической метрологии выработаны правила округления результа­тов и погрешностей измерений. Ос

Причины возникновения погрешностей измерения
Имеется ряд слагаемых погрешностей, которые являются доминирующими в общей погрешности измерения. К ним относятся: 1) Погрешности, зависящиеот средств измерения. Но

Обработка многократных измерений
Предполагаем, что измерения равноточные, т.е. выполняются одним экспериментатором, в одинаковых условиях, одним прибором. Методика сводится к следующему: проводят n наблюдений (един

Распределение Стьюдента (t-критерий)
n/α 0.40 0.25 0.10 0.05 0.025 0.01 0.005 0.0005

Методики выполнения измерений
Основная потеря точности при измерениях происходит не за счёт возможной метрологической неисправности применяемых средств измерений, а в первую очередь за счёт несовершенства методо

Понятие метрологического обеспечения
Под метрологическим обеспечением (МО) понимается установ­ление и применение научных и организационных основ, техни­ческих средств, правил и норм, необ

Системный подход при разработке метрологического обеспечения
При разработке МО необходимо использовать системный под­ход, суть которого состоит в рассмотрении МО как совокупности взаимосвязанных процессов, объединен­ных одной целью - достижен

Основы метрологического обеспечения
Метрологическое обеспечение имеет четыре основы: научную, организационную, нормативную и техническую. Их содержание показано на рисунке 1. Отдельные аспекты МО рассмотрены в реко­ме

Законодательство РФ об обеспечении единства измерений
Нормативная база обеспечения единства измерений представлена на рисунке 2.

Национальная система обеспечения единства измерений
Национальная система обеспечения единства измерений (НСОЕИ) - это совокупность правил выполнения работ по обеспечению единства измерений, ее участников и правил

Основные виды метрологической деятельности по обеспечению единства измерений
Под единством измерений понимается такое состояние измерений, при котором их результаты выражены в узаконенных единицах вели­чин и погрешности (неопределенно

Оценка соответствия средств измерений
При проведении измерений, относящихся к сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений, на территории России должны применяться СИ, соответствующие требованиям

Утверждение типа средств измерений
Утверждение типа (кроме СОССВМ) осуще­ствляется на основании положительных результатов испытаний. Утвер­ждение типа СОССВМ осуществляется на основании положительных результатов атте

Аттестация методик выполнения измерений
Методика выпол­нения измерений – это совокупность операций и правил, выполнение которых обеспечивает получение результата измерений с установлен­ной погрешностью.

Поверка и калибровка средств измерений
Поверка средств измерений – это совокупность операций, выпол­няемых с целью подтверждения соответствия действительных значений метрологических характерис

Структура и функции метрологической службы предприятия, организации, учреждения, являющиеся юридическими лицами
Метрологическая служба предприятия, организации и учреждения, пользующихся правами юридического лица, независимо от форм собственности (далее - предприятия) включает отдел (службу)

Понятие взаимозаменяемости
Взаимозаменяемостью называется свойство одних и тех же деталей, узлов или агрегатов машин и т. д., позволяющее устанавливать детали (узлы, агрегаты) в процессе сборки или зам

Квалитеты, основные отклонения, посадки
Точность детали определяется точностью размеров, шероховатостью поверхностей, точностью формы поверхностей, точностью расположения и волнистостью поверхностей. Для обеспече

Обозначение полей допусков, предельных отклонений и посадок на чертежах
Предельные отклонения линейных размеров указывают на чертежах условными (буквенными) обозначениями полей допусков или числовыми значениями предельных отклонений, а также буквенными

Неуказанные предельные отклонения размеров
Предельные отклонения, не указанные непосредственно после номинальных размеров, а оговоренные общей записью в технических требованиях чертежа, называются неуказанными предельными отклонениями.

Рекомендации по применению посадок с зазором
Посадку Н5/h4 (Smin= 0 и Smax = Td +Td) назначают для пар с точным центрированием и направлением, в которых допускается проворачивание и продольное перемещение

Рекомендации по применению переходных посадок
Переходные посадки Н/js, Н/k, Н/m, Н/n используют в неподвижных разъемных соединениях для центрирования сменных деталей или деталей, которые при необходимости могут передвигаться вд

Рекомендации по применению посадок с натягом
Посадки Н/р; Р/h – "легкопрессовые" - характеризуются минимальным гарантированным натягом. Установлены в наиболее точных квалитетах (валы 4 - 6-го, отверстия 5 – 7-

Понятие о шероховатости поверхности
Шероховатостью поверхности согласно ГОСТу 25142 - 82 называют совокупность неровностей поверхности с относительно малыми шагами, выделенную с помощью базовой длины. Базова

Параметры шероховатости
Согласно ГОСТ 2789 – 73 шероховатость поверхности изделий независимо от материала и способа изготовления можно оценивать следующими параметрами (рисунок 10):

Общие термины и определения
Допуски формы и расположения поверхностей деталей машин и приборов, термины, определения, относящиеся к основным видам отклонений, стандартизованы ГОСТ 24642 – 81. В основу

Отклонения и допуски формы
К отклонениям формы относятся отклонения прямолинейности, плоскостности, круглости, профиля продольного сечения и цилиндричности. Отклонения формы плоских поверхнос

Отклонения и допуски расположения
Отклонением расположения поверхности или профиля называют отклонение реального расположения поверхности (профиля) от его номинального расположения. Количественно отклонения расположения о

Суммарные отклонения и допуски формы и расположения поверхностей
Суммарным отклонением формы и расположения называется отклонение, являющееся результатом совместного проявления отклонения формы и отклонения расположения рассматриваемого элемента (повер

Зависимый и независимый допуск формы и расположения
Допуски расположения или формы, устанавливаемые для валов или отверстий, могут быть зависимыми и независимыми. Зависимым называется допуск формы или расположения, минимальное значен

Числовые значения допусков формы и расположения поверхностей
Согласно ГОСТ 24643 - 81 для каждого вида допуска формы и расположения поверхностей установлено 16 степе­ней точности. Числовые значения допусков от одной степени к другой изменяютс

Обозначение на чертежах допусков формы и расположения
Вид допуска формы и расположения согласно ГОСТу 2.308 – 79 следует обозначать на чертеже знаками (графическими символами), приведенными в таблице 4. Знак и числовое значение допуска вписываю

Неуказанные допуски формы и расположения
Непосредственно в чертеже указывают, как правило, наиболее ответственные допуски формы и расположения поверхностей. По ГОСТ 25069 - 81 все показатели точности формы и распо

Правила определения баз
1) Если деталь имеет более двух элементов, для которых установлены одноименные неуказанные допуски расположения или биения, то эти допуски следует относить к одной и той же базе;

Правила определения определяющего допуска размера
Под определяющим допуском размера понимается: 1) При определении неуказанного допуска перпендикулярности или торцового биения - допуск размера, координирующег

Волнистость поверхности
Под волнистостью поверхности понимают совокупность периодически повторяющихся неровностей, у которых расстояния между смежными возвышенностями или впадинами превышают базовую длину l.

Допуски подшипников качения
Качество подшипников при прочих равных условиях определяется: 1) точностью присоединительных размеров и ширины колец, а для роликовых радиально-упорных подшипников е

Выбор посадок подшипников качения
Посадку подшипника качения на вал и в корпус выбирают в зависимости от типа и размера подшипника, условий его эксплуатации, значения и характера действующих на него нагрузок и вида нагружения колец

Решение
1) При вращающемся вале и постоянно действующей силе Fr внутреннее кольцо нагружено циркуляционной, а наружное – местной нагрузками. 2) Интенсивность нагрузки

Условные обозначения подшипников
Система условных обозначений шарико- и роликоподшипников установлена ГОСТ 3189 - 89. Условное обозначение подшипника дает полное представление о его габаритных размерах, конструкции, точности изгот

Допуски угловых размеров
Допуски угловых размеров назначают по ГОСТу 8908 – 81. Допуски углов AT (от англ. Angle tolerance – допуск угла) должны назначаться в зависимости от номинальной длины L1 меньшей стороны

Система допусков и посадок для конических соединений
Коническое соединение по сравнению с цилиндрическим имеет преимущества: можно регулировать величину зазора или натяга относительным смещением деталей вдоль оси; при неподвижном соед

Основные параметры метрической крепежной резьбы
Параметры цилиндрической резьбы (рисунок 36, а): средний d2 (D2); наружный d (D) и внутренний d1 (D1) диаметры на

Общие принципы взаимозаменяемости цилиндрических резьб
Системы допусков и посадок, обеспечивающих взаимозаменяемость метрической, трапецеидальной, упорной, трубной и других цилиндрических резьб, построены на едином принципе: они учитывают наличие взаим

Допуски и посадки резьб с зазором
Допуски метрических резьб с крупными и мелкими шагами для диаметров 1 - 600 мм регламентированы ГОСТ 16093 – 81. Этот стандарт устанавливает предельные отклонения диаметров резьбы в

Допуски резьб с натягом и с переходными посадками
Рассматриваемые посадки служат главным образом для соединения шпилек с корпусными деталями, если нельзя применить соединения винтовое или типа болт – гайка. Эти посадки применяют в крепежных соедин

Стандартные резьбы общего и специального назначения
В таблице 9 приведены наименования стандартных резьб общего назначения, наиболее широко распространенных в машино- и приборостроении, и даны примеры их обозначения на чертежах. К наиболее

Кинематическая точность передачи
Для обеспечения кинематической точности предусмотрены нормы, ограничивающие кинематическую погрешность передачи и кинематическую погрешность колеса. Кинематической

Плавность работы передачи
Эта характеристика передачи определяется параметрами, погрешности которых многократно (циклически) проявляются за оборот зубчатого колеса и также составляют часть кинематической пог

Контакт зубьев в передаче
Для повышения износостойкости и долговечности зубчатых передач необходимо, чтобы полнота контакта сопряженных боковых поверхностей зубьев колес была наибольшей. При неполном и нерав

Боковой зазор
Для устранения возможного заклинивания при нагреве передачи, обеспечения условий протекания смазочного материала и ограничения мертвого хода при реверсировании отсчетных и делительных реальных пере

Обозначение точности колес и передач
Точность изготовления зубчатых колес и передач задают степенью точности, а требования к боковому зазору – видом сопряжения по нормам бокового зазора. Примеры условного обозначения:

Выбор степени точности и контролируемых параметров зубчатых передач
Степень точности колес и передач устанавливают в зависимости от требований к кинематической точности, плавности, передаваемой мощности, а также окружной скорости колес. При выборе степени точности

Допуски зубчатых конических и гипоидных передач
Принципы построения системы допусков для зубчатых конических (ГОСТ 1758 - 81) и гипоидных передач (ГОСТ 9368 – 81) аналогичны принципам построения системы для цилиндрических передач

Допуски червячных цилиндрических передач
Для червячных цилиндрических передач ГОСТ 3675 – 81 устанавливает 12 степеней точности: 1, 2, . . ., 12 (в порядке убывания точности). Для червяков, червячных колес и червячных передач каж

Допуски и посадки соединений с прямобочным профилем зубьев
По ГОСТ 1139 – 80 установлены допуски для соединений с центрированием по внутреннему d и наружному D диаметрам, а также по боковым сторонам зубьев b. Поскольку вид центрирова

Допуски и посадки шлицевых соединений с эвольвентным профилем зубьев
Номинальные размеры шлицевых соединений с эвольвентным профилем (рисунок 58), номинальные размеры по роликам (рисунок 59) и длины общей нормали для отдельных измерений шлицевых валов и втулок должн

Контроль точности шлицевых соединений
Шлицевые соединения контролируют комплексными проходными калибрами (рисунок 61) и поэлементными непроходными калибрами.

Метод расчета размерных цепей, обеспечивающий полную взаимозаменяемость
Чтобы обеспечить полную взаимозаменяемость, размерные цепи рассчитывают методом максимума-минимума, при котором допуск замыкающего размера определяют арифметическим сложением допусков состав

Теоретико-вероятностный метод расчета размерных цепей
При расчете раз­мерных цепей методом максимума – минимума предполагалось, что в процессе обработки или сборки возможно одновременное сочетание наибольших увеличивающих и наименьших уменьшающих разм

Метод групповой взаимозаменяемости при селективной сборке
Сущность метода групповой взаимозаменяемости заключается в изготовлении деталей со сравнительно широкими технологически выполнимыми допусками, выбираемыми из соответствующих стандартов, сорт

Метод регулирования и пригонки
Метод регулирования. Под методом регулирования понимают расчет размерных цепей, при котором требуемая точность исходного (замыкающего) звена достигается преднамеренным изменени

Расчет плоских и пространственных размерных цепей
Плоские и пространственные размерные цепи рассчитывают теми же методами, что и линейные. Необходимо лишь привести их к виду линейных размерных цепей. Это достигается путем проектиро

Исторические основы развития стандартизации
Стандартизацией человек занимается с древнейших времен. Например, письмен­ность насчитывает, по меньшей мере, 6 тысяч лет и возникла согласно последним находкам в Шумере или Египте.

Правовые основы стандартизации
Правовые основы стандартизации в Российской федерации устанавливает Федеральный Закон «О техническом регулировании» от 27 декабря 2002 года. Он обязателен для всех государственных о

Принципы технического регулирования
В настоящее время установлены следующие принципы: 1) применения единых правил установления требований к продукции или к связанным с ними процессам проектирования (включая изыскания), произ

Цели технических регламентов
Закон о техническом регулировании устанавливает новый документ – технический регламент. Технический регламент - документ, который принят международным договором Россий

Виды технических регламентов
В Российской Федерации применяется два вида технических регламентов: - общие технические регламенты; - специальные технические регламенты. Общие технические регламенты ра

Понятие стандартизации
Содержание терминов стандартизации прошло длинный эволюционный путь. Уточнение этого термина происходило параллельно с развитием самой стандартизации и отражало достигнутый уровень ее развития на р

Цели стандартизации
Стандартизация осуществляется в целях: 1) Повышения уровня безопасности: - жизни и здоровья граждан; - имущества физических и юридических лиц; - государственного

Объект, аспект и область стандартизации. Уровни стандартизации
Объект стандартизации – конкретная продукция, услуги, производственный процесс (работа), или группы однородной продукции, услуг, процессов, для которых разрабатывают требования

Принципы и функции стандартизации
Основные принципы стандартизации в Российской Федерации, обеспечивающие достижение целей и задач ее развития, заключаются в: 1) добровольного применения документов в области стандартизации

Международная стандартизация
Международная стандартизация (МС) - это деятельность, в которой принимают участие два или более суверенных государства. МС принадлежит видная роль в углубления мировой экономической кооперации, в м

Комплекс стандартов национальной системы стандартизации
Для реализации ФЗ «О техническом регулировании» с 2005 года действует 9 национальных стандартов комплекса “Стандартизация РФ”, который заменил комплекс “Государственная система стандартизации”. Это

Структура органов и служб стандартизации
Национальным органом по стандартизации является Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии (Ростехрегулирование), оно заменило собой Госстандат. Оно подчиняется непосредственн

Нормативные документы по стандартизации
Нормативные документы по стандартизации (НД) - документы содержащие правила, общие принципы для объекта стандартизации и доступны широкому кругу пользователей. К НД относится: 1)

Категории стандартов. Обозначения стандартов
Категории стандартизации различают по тому, на каком уровне принимаются и утверждаются стандарты. Установлены четыре категории: 1) международные; 2) межго

Виды стандартов
В зависимости от объекта и аспекта стандартизации ГОСТ Р 1.0 устанавливает следующие виды стандартов: 1) стандарты основополагающие; 2) стандарты на продукцию;

Государственный контроль за соблюдением требований технических регламентов и стандартов
Государственный контроль осуществляется должностными лицами органа госконтроля РФ за соблюдением требований ТР касающихся стадии обращения продукции. Органы госконтроля обл

Стандарты организаций (СТО)
Организация и порядок разработки СТО содержится в ГОСТ Р 1.4 – 2004. Организация – группа работников и необходимых средств с распределением ответственности полномочий и вза

Необходимость предпочтительных чисел (ПЧ)
Введение ПЧ вызвано следующими соображениями. Применение ПЧ позволяет наилучшим образом осуществлять согласование параметров и размеров отдельно взятого изделия со всеми связанными с ними

Ряды на основе арифметической прогрессии
Чаще всего ряды ПЧ строятся на основе геометрической прогрессии, реже на основе арифметической прогрессии. Кроме того, есть разновидности рядов построенных на основе "золотого&

Ряды на основе геометрической прогрессии
Длительная практика стандартизации показала, что наиболее удобными являются ряды, построенные на основе геометрической прогрессии, так как при этом получается одинаковая относительная разность межд

Свойства рядов предпочтительных чисел
Ряды ПЧ обладают свойствами геометрической прогрессии. Ряды ПЧ не ограничиваются в обоих направлениях, при этом числа менее 1,0 и более 10 получают делением или умножением на 10, 100 и т.д

Ограниченные, выборочные, составные и приближенные ряды
Ограниченные ряды. При необходимости ограничения основных и дополнительных рядов в их обозначениях указываются предельные члены, которые всегда включаются в ограниченные ряды. Пример. R10(

Понятие и виды унификации
При унификации устанавливается минимально допустимое, но достаточное число типов, видов, типоразмеров, изделий, сборочных единиц и деталей, обладающих высокими показателями качества

Показатели уровня унификации
Под уровнем унификации изделий понимается насыщенность их унифицированными составными элементами; деталями, модулями, узлами. Основными количественными показателями уровня унификации издел

Определение показателя уровня унификации
Оценка уровня унификации базируется на исправлении следующей формулы:

История развития сертификации
"Сертификат" в переводе с латыни означает "сделано верно". Хотя термин "сертификация" стал известен в повседневной жизни и коммерческой практи

Термины и определения в области подтверждения соответствия
Оценка соответствия - прямое или косвенное определение соблюдения требований, предъявляемых к объекту. Типичным примером деятельности по оценке соответ

Цели, принципы и объекты подтверждения соответствия
Подтверждение соответствия осуществляется в целях: - удостоверения соответствия продукции, процессов проектирования (включая изыскания), производства, строительства, монтаж

Роль сертификации в повышении качества продукции
Коренное повышение качества продукции в современных условиях является одной из ключевых экономических и политических задач. Именно поэтому на ее решение направлена совокупность таки

Схемы сертификации продукции на соответствие требованиям технических регламентов
Схема сертификации - определенная совокупность действий, официально принимаемая в качестве доказательства соответствия про­дукции заданным требованиям.

Схемы декларирования соответствия на соответствие требованиям технических регламентов
Таблица 17 - Схемы декларирования соответствия на соответствие требованиям технических регламентов Обозначение схемы Содержание схемы и ее исп

Схемы сертификации услуг
Таблица 18 - Схемы сертификации услуг № схемы Оценка качества оказания услуг Проверка (испытания) результатов услуг

Схемы подтверждения соответствия стандартам
Таблица 19 - Схемы сертификации продукции Номер схемы Испытания в аккредитованных испытательных лабораториях и другие способы доказательства

Обязательное подтверждение соответствия
Обязательное подтверждение соответствия может проводиться только в случаях, установленных техническими регламентами и исключительно на соответствие их требованиям. При этом

Декларирование соответствия
В ФЗ «О техническом регулировании» сформулированы условия, при соблюдении которых может быть принята декларация о соответст­вии. Прежде всего, эта форма подтверждения соответствия д

Обязательная сертификация
Обязательная сертификация в соответствии с ФЗ «О техническом регулировании» осуществляется аккредитованным органом по сертификации на основании договора с заявителем.

Добровольное подтверждение соответствия
Добровольное подтверждение соответ­ствия должно осуществляться только в форме добровольной сертификации. Добровольная сертификация проводится по инициативе заяви­теля на основе дого

Системы сертификации
Под системой сертификации понимается совокупность участников сертифи­кации, действующих в определенной области по определенным в сис­теме правилам. Понятие «система сертификации» в

Порядок проведения сертификации
Сертификация продукции проходит по следующим основным этапам: 1) Подача заявки на сертификацию; 2) Рассмотрение и принятие решения по заявке; 3) Отбор, ид

Органы по сертификации
Орган по сертификации - юридическое лицо или индивидуальный предприниматель, аккредитованные в установленном порядке для выполнения работ по сертификации.

Испытательные лаборатории
Испытательная лаборатория - лаборатория, которая проводит испытания (отдельные виды испытаний) определенной продукции. При проведении сер

Аккредитация органов по сертификации и испытательных лабораторий
Согласно определению, данному в ФЗ «О техническом регулировании», аккредитация - это «официальное признание органом по аккредитации компетентности физическог

Сертификация услуг
Сертификацию проводят аккредитованные органы по сертификации услуг в пределах их области аккредитации. При сертификации проверяются характеристики услуг и используются мето

Сертификация систем качества
В последние годы в мире стремительно растет число компаний, сертифицировавших свои системы качества на соответствие стандартам ИСО серии 9000. В настоящее время эти стандарты примен

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования žКузбасский государственный технический университет им. Т. Ф. Горбачева¤

Кафедра металлорежущих станков и инструментов

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН

Методические указания к выполнению лабораторной работы по дисциплинам žМетрология, стандартизация и сертификация¤, žМетрология и сертификация¤

для студентов направлений 221400, 280700, 130400.65 очной формы обучения

Составитель Д. М. Дубинкин

Утверждены на заседании кафедры Протокол № 2 от 20.10.2011

Электронная копия находится в библиотеке КузГТУ

КЕМЕРОВО 2011

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Целью лабораторной работы является изучение физических величин, принципов и методов измерения физических величин, а также получение знаний о средствах измерений.

2. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Метрология – наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности.

Метрология изучает:

– методы и средства для учета продукции по следующим показателям: длине, массе, объему, расходу и мощности;

– измерения физических величин (ФВ) и технических параметров, а также свойств и состава веществ;

– измерения для контроля и регулирования технологических процессов.

Выделяют несколько основных направлений метрологии:

– общая теория измерений;

– системы единиц ФВ;

– методы и средства измерений;

– методы определения точности измерений;

– основы обеспечения единства измерений, а также основы единообразия средств измерения;

– эталоны и образцовые средства измерений;

– методы передачи размеров единиц от образцов средств измерения и от эталонов рабочим средствам измерения.

Различают следующие объекты метрологии:

– единицы ФВ;

– средства измерений (СИ);

– методы и методики измерений.

Современная метрология включает три составляющие (рис. 1): теоретическую (фундаментальную, научную), прикладную (практическую) и законодательную метрологию.

Теоретическая метрология занимается вопросами фундаментальных исследований, созданием системы единиц измерений, физических постоянных, разработкой новых методов измерения.

Метрология

Методы, средства и способы измерений

Теория единства измерений

1. Единицы ФВ

2. Эталоны

3. Теория передач единиц ФВ

Теория точности измерений

Определение

погрешности

измерений

Рис. 1. Структурная схема метрологии

Прикладная метрология занимается вопросами практического применения в различных сферах деятельности результатов теоретических исследований в рамках метрологии и положений законодательной метрологии.

Законодательная метрология включает совокупность взаимообусловленных правил и норм, имеющих обязательную силу и находящихся под контролем государства, по применению единиц ФВ, эталонов, методов и средств измерений, направленных на обеспечение единства измерений в интересах общества.

3. ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ

Физическая величина (ФВ) – одно из свойств физического объекта (физической системы, явления или процесса), общее в ка-

чественном отношении для многих физических объектов, но в количественном отношении индивидуальное для каждого из них.

Величина – это свойство чего-либо, что может быть выделено среди других свойств и оценено тем или иным способом, в том числе для количественного описания различных свойств процессов и физических тел. Величина не существует сама по себе, она имеет место лишь постольку, поскольку существует объект со свойствами, выраженными данной величиной.

Величины можно разделить на реальные и идеальные. Идеальные величины главным образом относятся к математике и являются обобщением (моделью) конкретных реальных понятий. Реальные величины делятся, в свою очередь, на физические и нефизические. ФВ в общем случае может быть определена как величина, свойственная материальным объектам (процессам, явлениям). К нефизическим следует отнести величины, присущие общественным (нефизическим) наукам – философии, социологии, экономике и т. д.

ФВ целесообразно разделить на измеряемые и оцениваемые. Измеряемые ФВ могут быть выражены количественно в виде определенного числа установленных единиц измерения. Возможность введения и использования последних является важным отличительным признаком измеряемых ФВ. ФВ, для которых по тем или иным причинам не может быть введена единица измерения, могут быть только оценены. Величины оценивают при помощи шкал.

Нефизические величины, для которых единица измерения в принципе не может быть введена, могут быть только оценены.

Применение краткой формы термина žвеличина¤ вместо термина žФВ¤ допустимо только в том случае, когда из контекста ясно, что речь идет именно о ФВ, а не о математической.

Не следует применять термин žвеличина¤ для выражения только количественной стороны рассматриваемого свойства. Например, нельзя говорить или писать žвеличина массы¤, žвеличина площади¤, žвеличина силы тока¤ и т. д., т. к. эти характеристики (масса, площадь, сила тока) сами являются величинами. В этих случаях следует применять термины žразмер величины¤ или žзначение величины¤.

Измеряемая ФВ – ФВ, подлежащая измерению, измеряемая или измеренная в соответствии с основной целью измерительной задачи.

Размер ФВ – количественная определенность ФВ, присущая конкретному материальному объекту, системе, явлению или процессу.

Значение ФВ – выражение размера ФВ в виде некоторого числа принятых для нее единиц.

Значение величины не следует смешивать с размером. Размер ФВ данного объекта существует реально и не зависимо от того, знаем мы его или нет, выражаем его в каких-либо единицах или нет. Значение же ФВ появляется только после того, как размер величины данного объекта выражен с помощью какой-либо единицы.

Числовое значение ФВ – отвлеченное число, входящее в значение величины.

Истинное значение ФВ – значение ФВ, которое идеальным образом характеризует в качественном и количественном отношении соответствующую ФВ.

Истинное значение ФВ может быть соотнесено с понятием абсолютной истины. Оно может быть получено только в результате бесконечного процесса измерений с бесконечным совершенствованием методов и средств измерений (СИ). Для каждого уровня развития измерительной техники мы можем знать только действительное значение ФВ, которое применяется вместо истинного значения ФВ. Понятие истинного значения физической величины необходимо как теоретическая основа развития теории измерений, в частности, при раскрытии понятия žпогрешность измерений¤.

Действительное значение ФВ – значение ФВ, полученное экспериментальным путем и настолько близкое к истинному значению, что в поставленной измерительной задаче может быть использовано вместо него. За действительное значение ФВ обычно принимают среднее арифметическое из ряда значений величины, полученных при равноточных измерениях, или арифметическое среднее взвешенное при неравноточных измерениях.

Физический параметр – ФВ, рассматриваемая при измерении данной ФВ как вспомогательная. При оценивании качества продукции нередко применяют выражение измеряемые параметры. Здесь под параметрами, как правило, подразумевают ФВ, обычно наилучшим образом отражающие качество изделий или процессов.

Влияющая ФВ – ФВ, оказывающая влияние на размер измеряемой величины, измерение которой не предусмотрено дан-

ным средством измерений (СИ), но оказывающая влияние на результаты измерений ФВ, для которой предназначено СИ.

Система ФВ – совокупность ФВ, образованная в соответствии с принятыми принципами, когда одни величины принимают за независимые, а другие определяют как функции независимых величин.

В названии системы величин применяют символы величин, принятых за основные. Так система величин механики, в которой

в качестве основных приняты длина (L ), масса (М ) и время (T ), называется системой LMT .

Система основных величин, соответствующая Международной системе единиц (SI), обозначается символами LMTIΘNJ , обозначающими соответственно символы основных величин – длины (L ), массы (М ), времени (T ), силы электрического тока (I ), температуры (Θ ), количества вещества (N ) и силы света (J ).

Основная ФВ – ФВ, входящая в систему и условно принятая

в качестве независимой от других величин этой системы. Производная ФВ – ФВ, входящая в систему и определяемая

через основные величины этой системы.

Размерность ФВ – выражение в форме степенного одночлена, составленного из произведений символов основных ФВ в различных степенях и отражающее связь данной ФВ с ФВ, принятыми

в данной системе величин за основные с коэффициентом пропорциональности, равным 1.

Степени символов основных величин, входящих в одночлен,

в зависимости от связи рассматриваемой ФВ с основными, могут быть целыми, дробными, положительными и отрицательными. Понятие размерность распространяется и на основные величины. Размерность основной величины в отношении самой себя равна единице, то есть формула размерности основной величины совпадает с ее символом.

В соответствии со стандартом ISO 31/0 размерность величин

следует обозначать знаком dim. Например, размерность скорости dim ν = LТ - 1 .

Показатель размерности ФВ – показатель степени, в которую возведена размерность основной ФВ, входящая в размерность производной ФВ. Показатель размерности основной ФВ в отношении самой себя равен единице.

Размерная ФВ – ФВ, в размерности которой хотя бы одна из основных ФВ возведена в степень, не равную нулю. Например, сила (F ) в системе LMTIΘNJ является размерной величиной.

Безразмерная ФВ – ФВ, в размерность, которой основные ФВ входят в степени равной нулю. ФВ в одной системе величин может быть размерной, а в другой системе безразмерной. Например, электрическая постоянная в электростатической системе является безразмерной величиной, а в системе величин СИ имеет размерность.

Уравнение связи между величинами – уравнение, отражающее связь между величинами, обусловленную законами природы, в котором под буквенными символами понимают ФВ. Уравнение связи между величинами в конкретной измерительной задаче часто называют уравнением измерений.

Род ФВ – качественная определенность ФВ. Например: длина и диаметр детали – однородные величины; длина и масса детали – неоднородные величины.

Аддитивная ФВ – ФВ, разные значения которой могут быть суммированы, умножены на числовой коэффициент, разделены друг на друга. К аддитивным величинам относятся длина, масса, сила, давление, время, скорость и др.

Неаддитивная ФВ – ФВ, для которой суммирование, умножение на числовой коэффициент или деление друг на друга ее значений не имеет физического смысла (например, термодинамическая температура, твердость материала).

4. ЕДИНИЦЫ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН

Единица измерения ФВ – ФВ фиксированного размера, которой условно присвоено числовое значение, равное 1, и применяемая для количественного выражения однородных с ней ФВ.

На практике широко применяется понятие узаконенные единицы – система единиц и (или) отдельные единицы, установленные для применения в стране в соответствии с законодательными актами.

Система единиц ФВ – совокупность основных и производных единиц, образованная в соответствии с принципами для заданной системы физических величин.

Основная единица ФВ – единица основной ФВ в данной системе единиц.

Производная единица системы единиц ФВ – единица производной ФВ системы единиц, образованная в соответствии с уравнением, связывающим ее с основными единицами или с основными и уже определенными производными. Например: 1 м / с – единица скорости, образованная из основных единиц SI – метра и секунды; 1 Н – единица силы, образованная из основных единиц SI – килограмма, метра и секунды.

ГОСТ 8.417 устанавливает семь основных ФВ (табл. 1) с помощью которых создается все многообразие производных ФВ и обеспечивается описание любых свойств физических объектов и явлений.

					Таблица 1
Важнейшие единицы международной системы (SI)
Величина
Наименование			Наименование	Обозначение
				народное
		Основные единицы
			килограмм
Сила электриче-
ского тока
Термодинамиче-
ская температура
Количество
вещества
Сила света
Некоторые производные единицы
			квадратный
			кубический
Скорость		L Т -1

Метр – длина пути, проходимого светом в вакууме за интервал времени 1/299 792 458 с.

Килограмм – единица массы, равная массе международного прототипа килограмма.

Секунда – время, равное 9 192 631 770 периодам излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133, при отсутствии возмущения со стороны внешних полей.

Ампер – сила не изменяющегося тока, который при прохождении по двум параллельным проводникам бесконечной длины и ничтожно малого поперечного сечения, расположенным в вакууме на расстоянии 1 м один от другого, вызвал бы на каждом участке проводника длиной 1 м силу взаимодействия, равную 2·10-7 Н.

Кельвин – единица термодинамической температуры, равная 1/273,16 части термодинамической температуры тройной точки воды.

Моль – количество вещества, содержащее столько же структурных элементов, сколько содержится атомов в углероде 12 массой 0,012 кг. Структурные элементы могут быть атомами, молекулами, ионами и другими частицами.

Кандела – сила света в заданном направлении источника, испускающего монохроматическое излучение частотой 540·1012 Гц, энергетическая сила света в этом направлении составляет 1/683 Вт/ср.

Существуют следующие производные единицы системы единиц ФВ:

– образованные из основных единиц (например, единица площади – квадратный метр);

– имеющие специальные наименования и обозначения (например, единица частоты – герц).

При построении системы ФВ подбирается такая последовательность определяющих уравнений, в которой каждое последующее уравнение содержит только одну новую производную величину, что позволяет выразить эту величину через совокупность ранее определенных величин, а, в конечном счете, через основные величины системы величин.

Чтобы найти размерность производной ФВ в некоторой системе величин, надо в правую часть определяющего уравнения этой величины вместо обозначений величин подставить их размерности (см. табл. 1). Так, например, поставив в определяющее

уравнение скорости равномерного движения ν = ds / dt вместо ds

размерность длины L и вместо dt размерность времени Т , получим: dim ν = L / T = LT -1 .

Подставив в определяющее уравнение ускорения a = dν / dt вместо dt размерность времени Т и вместо dν найденную выше размерность скорости получим: dim a = LT -1 / T = LT -2 .

Зная размерность ускорения по определяющему уравнению силы F = mа , получим: dim F = M · LT -2 =LMT -2 .

Зная размерность силы, можно найти размерность работы, затем размерность мощности и т.д.

Системная единица ФВ – единица ФВ, входящая в принятую систему единиц. Основные, производные, кратные и дольные единицы SI являются системными. Например: 1 м; 1 м/с; 1 км; 1 нм.

Внесистемная единица ФВ – единица ФВ, не входящая в принятую систему единиц (например, миллиметр ртутного столба – мм рт. ст., бар – bar). Внесистемные единицы (по отношению к единицам SI) разделяются на четыре группы:

– допускаемые наравне с единицами SI;

– допускаемые к применению в специальных областях;

– временно допускаемые;

– устаревшие (недопускаемые).

Когерентная производная единица ФВ – производная единица ФВ, связанная с другими единицами системы единиц уравнением, в котором числовой коэффициент принят равным 1.

Когерентная система единиц ФВ – система единиц ФВ, состоящая из основных единиц и когерентных производных единиц. Кратные и дольные единицы от системных единиц не входят в когерентную систему.

Кратная единица ФВ – единица ФВ, в целое число раз большая системной или внесистемной единицы. Например: единица длины 1 км = 103 м, т. е. кратная метру; единица частоты 1 МГц (мегагерц) = 106 Гц, кратная герцу; единица активности радионуклидов 1 МБк (мегабеккерель) = 106 Бк, кратная беккерелю.

Дольная единица ФВ – единица ФВ, в целое число раз меньшая системной или внесистемной единицы. Например: единица длины 1 нм (нанометр) = 10-9 м; единица времени 1 мкс = 10-6 с являются дольными соответственно от метра и секунды.

Измерение - это нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств. Измерения классифицируются по: ♦ способу получения информации; ♦ характеру изменений величины в процессе ее измерений; ♦ количеству измерительной информации; ♦ отношению к основным единицам измерения. По способу получения информации измерения подразделя­ют на прямые косвенные, совокупные и совместные. По характеру изменений измеряемой величины в процессе измерений выделяют статистические, динамические и стати­ческие измерения.

По количеству измерительной информации различают одно­кратные и многократные измерения.По отношению к основным единицам измерения выделяют абсолютные и относительные измерения.

Принцип измерений - физическое явление или эффект, по­ложенные в основу измерений (например, применение эффекта Допплера для измерения скорости - имеет место при любом волновом процессе распространения энергии; использование силы тяжести при изменении массы взвешиванием).

Метод измерений - это прием или совокупность приемов сравнения измеряемой физической величины с ее единицей в соответствии с реализованным принципом измерений (метод из­мерений обычно обусловлен устройством средств измерений)

Различают следующие методы измерений: методы непосредственной оценки измерений (значение величины определяют непосредственно по показывающему средству измерений); .♦ методы сравнения с мерой (измеряемые величины сравни­ваются с величинами, которые воспроизводят меру); ♦ нулевой метод измерений (результирующий эффект воз­действия измеряемой величины и меры на прибор сравнения доводят до нуля);♦ метод измерений замещением (измеряемую величину за­меняют мерой с известным значением величины);♦ метод измерений с дополнением (значение измеряемой величины дополняется мерой этой же величины с таким рас­четом, чтобы на прибор сравнения воздействовала их сумма, равная заранее задуманному значению);♦ дифференциальный метод измерений (измеряемая величи­на сравнивается с однородной величиной, имеющей известное значение, незначительно отличающееся от значения измеряе­мой величины, когда измеряется разность между этими двумя величинами);♦ контактный метод измерений (измерение диаметра вала из­мерительной скобой или проходным и непроходным калибром);♦ бесконтактный метод измерений (элемент средства изме­рений не приводится в контакт с объектом измерения (напри­мер, измерение температуры в печи).Методика выполнения измерений - это установленная сово­купность операций и правил при измерении.

Физические величины как объекты измерений Физическая величина - это одно из свойств физического объекта, общее в качественном отношении для многих физических объектов, но индивидуальное в количественном отно­шении для каждого из них. Измеряемая физическая величина представляет собой коли­чественную физическую величину, подлежащую измерению, измеряемую или измеренную в соответствии с основной целью измерительной задачи. Система единиц физических величин - это совокупность ос­новных и производных физических величин, образованная в со­ответствии с принятыми принципами, когда одни величины при­нимаются за независимые, а другие являются их функциями. Основной называется физическая величина, входящая в сис­тему величин и условно принятая в качестве независимой от других величин этой системы. Производной называется физическая величина, входящая в систему и определяемая через основные величины этой системы.

Основные величины независимы друг от друга, но они мо­гут служить основой для установления связей с другими фи­зическими величинами, которые называются производными от них. Например, в формулу Эйнштейна входит основная едини­ца - масса и производная единица - энергия. Основным величи­нам соответствуют основные единицы измерений, а производ­ным - производные.Каждая физическая величина имеет определенную размер­ность - выражение в форме степенного одночлена, составлен­ного из произведений символов основных физических величин в различных степенях, отражающее связь данной физической величины с физическими величинами, принятыми в данной системе величин за основные, и с коэффициентом пропорцио­нальности равным единице.

22.Средства измерения температуры. Существуют два основных способа для измерения температур -- контактные и бесконтактные. Контактные способы основаны на непосредственном контакте измерительного преобразователя температуры с исследуемым объектом, в результате чего добиваются состояния теплового равновесия преобразователя и объекта. Этому способу присущи свои недостатки. Температурное поле объекта искажается при введении в него термоприемника. Температура преобразователя всегда отличается от истинной температуры объекта. Верхний предел измерения температуры ограничен свойствами материалов, из которых изготовлены температурные датчики. Кроме того, ряд задач измерения температуры в недоступных вращающихся с большой скоростью объектах не может быть решен контактным способом.

Бесконтактный способ основан на восприятии тепловой энергии, передаваемой через лучеиспускание и воспринимаемой на некотором расстоянии от исследуемого объема. Этот способ менее чувствителен, чем контактный. Измерения температуры в большой степени зависят от воспроизведения условий градуировки при эксплуатации, а в противном случае появляются значительные погрешности. Устройство, служащее для измерения температуры путем преобразования ее значений в сигнал или показание, называется термометром (ГОСТ 13417-76),

По принципу действия все термометры делятся на следующие группы, которые используются для различных интервалов температур:1 Термометры расширения от --260 до +700 °С, основанные на изменении объемов жидкостей или твердых тел при изменении температуры. 2 Манометрические термометры от --200 до +600 °С, измеряющие температуру по зависимости давления жидкости, пара или газа в замкнутом объеме от изменения температуры.3. Термометры электрического сопротивления стандартные от --270 до +750 °С, преобразующие изменение температуры в изменение электрического сопротивления проводников или полупроводников. 4. Термоэлектрические термометры (или пирометры), стандартные от --50 до +1800 °С, в основе преобразования которых лежит зависимость значения электродвижущей силы от температуры спая разнородных проводников.

Пирометры излучения от 500 до 100000 °С, основанные на измерении температуры по значению интенсивности лучистой энергии, испускаемой нагретым телом, Термометры, основанные на электрофизических явлениях от -272 до +1000 °С (термошумовые термоэлектрические преобразователи, объемные резонансные термопреобразователи, ядерные резонансные).

Федеральный закон «Об обеспечении единства измерений» от 27.04.1993 осуществляет регулирование отношений, связанных с обеспечением единства измерений в Российской Федерации, в соответствии с Конституцией РФ.

Основные статьи Закона устанавливают:

• основные понятия, применяемые в Законе;
• организационную структуру государственного управления обеспечением единства измерений;
• нормативные документы по обеспечению единства измерений;
• единицы величин и государственные эталоны единиц величин;
• средства и методики измерений.

Закон определяет Государственную метрологическую службу и другие службы обеспечения единства измерений, метрологические службы государственных органов управления и юридических лиц, а также виды и сферы распределения государственного метрологического контроля и надзора.

Отдельные статьи Закона содержат положения по калибровке и сертификации средств измерений и устанавливают виды ответственности за нарушение Закона.

Становление рыночных отношений наложило отпечаток на статью Закона, которая определяет основы деятельности метрологических служб государственных органов управления и юридических лиц. Вопросы деятельности структурных подразделений метрологических служб на предприятиях стимулируются чисто экономическими методами.

В тех сферах, которые не контролируются государственными органами, создается Российская система калибровки , также направленная на обеспечение единства измерений. Госстандарт РФ назначил центральным органом Российской системы калибровки Управление технической политики в области метрологии.

Положение о лицензировании метрологической деятельности направлено на защиту прав потребителей и охватывает сферы, подлежащие государственному метрологическому контролю и надзору. Право выдачи лицензии предоставлено исключительно органам Государственной метрологической службы.

Закон создает условия для взаимодействия с международной и национальными системами измерений зарубежных стран. Это прежде всего необходимо для взаимного признания результатов испытаний, калибровки и сертификации, а также для использования мирового опыта и тенденций в современной метрологии.

Вопросами теории и практики обеспечения единства измерений занимается метрология. Метрология - наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности.

Метрология имеет большое значение для прогресса естественных и технических наук, так как повышение точности измерений - одно из средств совершенствования путей познания природы человеком, открытий и практического применения точных знаний.

Для обеспечения научно-технического прогресса метрология должна опережать в своем развитии другие области науки и техники, ибо для каждой из них точные измерения являются одним из основных путей их совершенствования.

Основными задачами метрологии являются:

• установление единиц физических величин, государственных эталонов и образцовых средств измерений;
• разработка теории, методов и средств измерений и контроля; обеспечение единства измерений;
• разработка методов оценки погрешностей, состояния средств измерения и контроля;
• разработка методик передачи размеров единиц от эталонов или образцовых средств измерений рабочим средствам измерений.

Измерением называется совокупность операций по применению технического средства, хранящего единицу физической величины, обеспечивающих нахождение соотношения измеряемой величины с ее единицей (сравнение) и получение значения этой величины. Измерения должны выполняться в общепринятых единицах.

Метрологическое обеспечение (МО) - установление и применение научных и организационных основ, технических средств, правил и норм, необходимых для достижения единства и требуемой точности измерений.

В перечень основных задач метрологического обеспечения в технике входят:

• определение путей наиболее эффективного использования научных и технических достижений в области метрологии;
• стандартизация основных правил, положений, требований и норм метрологического обеспечения;
• согласование приборов и методов измерения, проведение совместных измерений с помощью отечественной и зарубежной аппаратуры (интеркалибрация);
• определение рациональной номенклатуры измеряемых параметров, установление оптимальных норм точности измерений, порядка выбора и назначений средств измерений;
• организация и проведение метрологической экспертизы на стадиях разработки, производства и испытаний изделий;
• разработка и применение прогрессивных методов измерений, методик и средств измерений;
• автоматизация сбора, хранения и обработки измерительной информации;
• осуществление ведомственного контроля за состоянием и применением на предприятиях отрасли образцовых, рабочих и нестандартизованных средств измерений;
• проведение обязательных государственной или ведомственной поверок средств измерений, их ремонта;
• обеспечение постоянной готовности к проведению измерений;
• развитие метрологической службы отрасли и др.

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

Единица измерения должна быть установлена для каждой из физических величин, при этом необходимо учитывать, что многие физические величины связаны между собой определенными зависимостями. Поэтому лишь часть физических величин и их единиц может определяться независимо от других. Такие величины называют основными. Производная физическая величина - физическая величина, входящая в систему физических величин и определяемая через основные физические величины этой системы.

Совокупность физических величин, образованная в соответствии с принятыми принципами, когда одни величины принимают за независимые, а другие определяют как функции независимых величин, называется системой единиц физических величин. Единица основной физической величины является основной единицей системы. Международная система единиц (система СИ; SI - от франц. Systeme International - The International System of Units) была принята XI Генеральной конференцией по мерам и весам в 1960 г.

В основу системы СИ положены семь основных и две дополнительные физические единицы. Основные единицы: метр, килограмм, секунда, ампер, кельвин, моль и кандела (табл. 1.1).

Метр - длина пути, проходимого светом в вакууме за интервал времени 1/299 792 458 секунды.

Килограмм - единица массы, определяемая как масса международного прототипа килограмма, представляющего собой цилиндр из сплава платины и иридия.

Секунда равна 9 192 631 770 периодам излучения, соответствующего энергетическому переходу между двумя уровнями сверхтонкой структуры основного состояния атома цезия-133.

Ампер - сила неизменяющегося тока, который, проходя по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малой площади кругового сечения, расположенным на расстоянии 1 м один от другого в вакууме, вызывал бы силу взаимодействия, равную 2 10“ 7 Н (ньютон) на каждом участке проводника длиной 1 м.

Таблица 1.1. Единицы Международной системы СИ

Величина
Наименование	Размерность	Наименование	Обозначение
			международное
Основные единицы
		килограмм
Сила электрического тока
Температура
Количество вещества
Сила света
Дополнительные единицы
Плоский угол
Телесный угол		стерадиан

Кельвин - единица термодинамической температуры, равная 1/273,16 части термодинамической температуры тройной точки воды, т. е. температуры, при которой три фазы воды - парообразная, жидкая и твердая - находятся в динамическом равновесии.

Моль - количество вещества, содержащее столько же структурных элементов, сколько содержится в образце углерода-12 массой 0,012 кг.

Кандела - сила света в заданном направлении источника, испускающего монохроматическое излучение частотой 540 10 12 Гц, чья энергетическая сила излучения в этом направлении составляет "/ 683 Вт/ср (ср - стерадиан).

Дополнительные единицы системы СИ предназначены и используются для образования единиц угловой скорости, углового ускорения. К дополнительным физическим величинам системы СИ относят плоский и телесный углы.

Радиан {рад) - угол между двумя радиусами окружности, длина дуги которой равна этому радиусу. В практических случаях часто используют такие единицы измерения угловых величин:

градус - 1° = 2л/360 рад = 0,017453 рад;

минута - 1" = 1°/60 = 2,9088 10 4 рад;

секунда - 1" = Г/60 = 1°/3600 = 4,8481 10“ 6 рад;

радиан - 1 рад = 57°17"45" = 57,2961° = (3,4378 10 3)" = (2,0627 10 5)".

Стерадиан {ср) - телесный угол с вершиной в центре сферы, вырезающий на ее поверхности площадь, равную площади квадрата со стороной, равной радиусу сферы.

Производные единицы системы СИ образуют из основных и дополнительных единиц. Производные единицы бывают когерентными и некогерентными. Когерентной называют производную единицу величины, связанную с другими единицами системы уравнением, в котором числовой множитель - единица (например, скорость и равномерного прямолинейного движения связана с длиной пути / и временем t соотношением и = //г). Остальные производные единицы - некогерентные. В табл. 1.2 приведены основные производные единицы.

Размерность физической величины - одна из важнейших ее характеристик, которую можно определить как буквенное выражение, отражающее связь данной величины с величинами, принятыми за основные в рассматриваемой системе величин. В табл. 1.2 для величин приняты следующие размерности: для длины - Ь, массы - М, времени - Т, силы электрического тока - I. Размерности записывают прописными буквами и печатают прямым шрифтом.

Среди получивших широкое распространение внесистемных единиц отметим киловатт-час, ампер-час, градус Цельсия и т. д.

Сокращенные обозначения единиц, как международных, так и русских, названных в честь великих ученых, пишутся с заглавных букв; например ампер - А; ом - Ом; вольт - В; фарад - Ф. Для сравнения: метр - м, секунда - с, килограмм - кг.

Применение целых единиц не всегда удобно, так как в результате измерений получаются слишком большие или малые их значения. Поэтому в системе СИ установлены десятичные кратные и дольные единицы, которые образуются с помощью множителей. Десятичным множителям соответствуют приставки

Таблица 1.2. Производные единицы СИ

Величина
Наименование	Размерность	Наименование	Обозначение
			международное
Энергия, работа, количество теплоты
Сила, вес
Мощность, поток энергии
Количество электричества
Электрическое напряжение, электродвижущая сила (ЭДС), потенциал
Электрическая емкость	Ь- 2 М >Т 4 1 2
Электрическое сопротивление	Ь 2 МТ- 3 1-2
Электрическая проводимость	Ь- 2 м-1Т 3 1 2
Магнитная индукция
Поток магнитной индукции	Ц 2 МТ- 2 1-1
Индуктивность, взаимная индуктивность	Ь 2 МТ- 2 1-2

(табл. 1.3), которые пишутся слитно с наименованием основной или производной единицы, например: километр (км), милливольт (мВ), мегагерц (МГц), наносекунда (нс).

Если физическая единица в целое число раз больше системной, она называется кратной единицей, например килогерц (10 3 Гц). Дольная единица физической величины - единица, меньшая системной в целое число раз, например, микрогенри (КГ 6 Гн).

Мерой физической величины или просто мерой называют средство измерений, предназначенное для воспроизведения и (или) хранения физической величины одного или нескольких заданных размеров, значения которых выражены в установленных

Таблица 1.3. Множители и приставки для образования десятичных кратных и дольных единиц СИ

Множитель	Приставка	Обозначение приставки
		международное

единицах и известны с необходимой точностью. Различают следующие разновидности мер:

• однозначная мера - мера, воспроизводящая физическую величину одного размера (например, гиря 1 кг);
• многозначная мера - мера, воспроизводящая физическую величину разных размеров (например, штриховая мера длины);
• набор мер - комплект мер одной и той же физической величины, но разного размера, предназначенных для применения на практике, как в отдельности, так и в различных сочетаниях (например, набор концевых мер длины);
• магазин мер - набор мер, конструктивно объединенных в единое устройство, в котором имеются приспособления для их соединения в различных комбинациях (например, магазин электрических сопротивлений).

Электроизмерительными приборами называют средства электрических измерений, предназначенные для выработки информации о значениях измеряемой величины, в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем, например амперметр, вольтметр, ваттметр, фазометр.

Измерительными преобразователями называют средства электрических измерений, предназначенные для выработки измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки или хранения, но не поддающейся непосредственному восприятию наблюдателем. Измерительные преобразователи можно разделить на два вида:

• преобразователи электрических величин в электрические, например шунты, делители или усилители напряжения, трансформаторы;
• преобразователи неэлектрических величин в электрические, например термоэлектрические термометры, терморезисторы, тензорезисторы, индуктивные и емкостные преобразователи.

Электроизмерительная установка состоит из ряда средств измерений (мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей) и вспомогательных устройств, расположенных в одном месте. При помощи таких установок можно в ряде случаев производить более сложные и более точные измерения, чем при помощи отдельных измерительных приборов. Электроизмерительные установки широко используются, например, для поверки и градуировки электроизмерительных приборов и испытаний различных материалов, используемых в электротехнических конструкциях.

Измерительные информационные системы представляют собой совокупность средств измерений и вспомогательных устройств, соединенных между собой каналами связи. Они предназначены для автоматического получения, передачи и обработки измерительной информации от многих источников.

В зависимости от способа получения результата измерения делятся на прямые и косвенные.

Прямыми называются измерения, результат которых получается непосредственно из опытных данных. Примеры прямых измерений: измерение тока амперметром, длины детали микрометром, массы на весах.

Косвенными называются измерения, при которых искомая величина непосредственно не измеряется, а ее значение находится на основании результатов прямых измерений других физических величин, функционально связанных с искомой величиной. Например, мощность Р в цепях постоянного тока вычисляют по формуле Р= Ш, напряжение и в этом случае измеряют вольтметром, а ток / - амперметром.

В зависимости от совокупности приемов измерений все методы делятся на методы непосредственной оценки и методы сравнения.

Под методом непосредственной оценки понимают метод, по которому измеряемая величина определяется непосредственно по отсчетному устройству измерительного прибора прямого действия, т. е. прибора, осуществляющего преобразование измерительного сигнала в одном направлении (без применения обратной связи), например измерение тока амперметром. Метод непосредственной оценки прост, но отличается относительно низкой точностью.

Методом сравнения называют метод, по которому измеряемая величина сравнивается с величиной, воспроизводимой мерой. Отличительной чертой метода сравнения является непосредственное участие меры в процессе измерения, например измерение сопротивления путем сравнения его с мерой сопротивления - образцовой катушкой сопротивления, измерение массы на рычажных весах с уравновешиванием гирями. Методы сравнения обеспечивают большую точность измерения, чем методы непосредственной оценки, но это достигается за счет усложнения процесса измерения.