Экзамен. Физические свойства и величины. Классификация величин. Свойство
 Скачать 1.39 Mb.
|
|
Погрешность средств измерений. Условия измерений. Основная и дополнительная погрешности СИ. Условия измерений – это совокупность побочных физических явлений, влияющих на средства измерений или результат измерений (например, температура и влажность, атмосферное давление окружающей среды, вибрация, внешние электрические и магнитные поля и т.п.). Например: проведение очень тонких измерений в спец. экранированной от магнитных и электрических полей комнате. Условия измерений – совокупность влияющих величин, описывающих состояние окружающей среды и средства измерений. Условия измерений оказывают существенное влияние на качество и результат измерений. Условия характеризуются комплексом влияющих величин (ВВ), т. е. величин, не измеряемых данным СИ, но оказывающих на СИ или на объект влияние таким образом, что это приводит к искажению результата измерений. Также: По причинам и условиям возникновения: Основная – это погрешность средств измерения, которое находятся в нормальных условиях эксплуатации, возникает из-за неидеальности функции преобразования и вообще неидеальности свойств средств измерений и отражает отличие действительной функции преобразования средств измерения в н.у. от номинальной нормированной документами на средства измерений (стандарты, тех. условия). Нормативными документами предусматриваются следующие н.у.: Температура окружающей среды (20±5)°С; Относительная влажность (65±15)%; напряжение питания сети (220±4,4)В; частота питания сети (50±1)Гц; отсутствие эл. и магн. полей; положение прибора горизонтальное, с отклонением ±2°. Рабочие условия измерений – это условия, при которых значения влияющих величин находятся в пределах рабочих областей, для которых нормируют дополнительную погрешность или изменение показаний СИ. Например, для конденсаторов нормируют дополнительную погрешность, связанную с отклонением температуры от нормальной; для амперметра отклонение частоты переменного тока 50 Гц. Погрешность прибора в реальных условиях его эксплуатации называется эксплуатационнойи складывается из его основной погрешности и всех дополнительных и может быть много больше его основной погрешности. Основная погрешность средства измерений – это погрешность в условиях, принятых за нормальные, т.е. при нормальных значениях всех величин, влияющих на результат измерения.  Дополнительная погрешность – составляющая погрешности средства измерений, возникающая дополнительно к основной погрешности вследствие отклонения какой-либо из влияющих величин от нормального ее значения или ее выхода за пределы нормальной области значений.Дополнительная погрешность возникает при отличии значений влияющих величин от нормальных значений.  Функции влияния влияющих факторов, как правило, нелинейные, но для простоты вычислений их приближенно считают линейными и возникающие дополнительные погрешности определяют Классы точности средств измерений. Класс точности средства измерений — это обобщенная характеристика средства измерений, выражаемая пределами его допускаемых основной и дополнительных погрешностей, а также другими характеристиками, влияющими на точность. Класс точности дает возможность судить о том, в каких пределах находится погрешность средств измерений этого класса, но не является непосредственным показателем погрешности измерений, выполняемых с помощью этих средств. Класс точности может выражаться в форме абсолютных Д, приведенных у или относительных б погрешностей в зависимости от характера изменения погрешностей в пределах диапазона измерений, а также от условий применения и назначения средств измерений определенного вида (см. ГОСТ 8.401—80 [15]):  где х — значение измеряемой величины; а, b — положительные числа, не зависящие от х; хк — верхний предел шкалы; xN— нормирующее значение, выраженное в тех же единицах, что и Д (обычно xN=xk); p,c,d— отвлеченные положительные числа, выбираемые из ряда 1 • 10"; 1,5 ? 10"; (1,6 • 10л); 2 10"; 2,5 10”; (3 10"); 4 10"; 5 10"; 6 10"; (л= 1; 0; -1; -2; -З ит.д.).класс точности устанавливает пределы допускаемой основной погрешности средства измерения. Таблица 3.1Примеры построения и обозначения классов точности  Классы точности средств измерений конкретного типа следует выбирать из ряда классов точности для средств измерений конкретного вида, регламентированного в стандартах, и устанавливать в стандартах технических требований (условий) или в технической документации, утвержденной в установленном порядке.(из ГОСТ) Системы физических величин и их единицы. Размер, значение, единица, размерность физической величины. Система физических величин – это совокупность взаимосвязанных физических величин, образованная в соответствии с принятыми принципами, когда одни величины принимаются за независимые, а другие являются функциями независимых величин. Система содержит основные физические величины, условно принятые в качестве независимых от других величин этой системы, и производные физические величины, определяемые через основные величины этой системы и образованные с помощью уравнений, связывающих их с основными величинами. Единица физической величины – физическая величина фиксированного размера, которой условно присвоено значение, равное единице, и которая применяется для количественного выражения однородных физических величин.  Единица длины (метр) – длина пути, проходимого светом в вакууме за 1/299792458 долю секунды. Единица массы (килограмм) – масса, равная массе международного прототипа килограмма. Единица времени (секунда) – продолжительность 9192631770 периодов излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома ЦЕЗИЯ -133. Единица силы электрического тока (ампер) – сила не изменяющегося тока, который, проходя по двум нормальным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малой площади круглого поперечного сечения, расположенным на расстоянии 1м один от другого в вакууме, вызывает между проводниками силу взаимодействия, равную 2·10-7 Н на каждый метр длины. Единица термодинамической температуры (Кельвин) – 1/273,16 термодинамической температуры тройной точки воды. Допускается использовать также шкалу Цельсия. Единица силы света (кандела) – сила света в заданном направлении источника, испускающего монохроматическое излучение частотой 540·1012 Гц, энергетическая сила света которого в этом направлении составляет 1/683 Вт/ср. Единица количества вещества (моль) – количество вещества системы, содержащей столько же структурных элементов, сколько атомов содержится в УГЛЕРОДЕ-12 массой 0,012 кг. Международная система единиц содержит также две дополнительные единицы: радиан (рад) – единица плоского угла, равная углу между двумя радиусами окружности, длина дуги между которыми равна радиусу. В градусном исчислении 1 рад = 57°17/44,8"; стерадиан (ср) – единица, равная телесному углу с вершиной в центре сферы, вырезающему на поверхности сферы площадь, равную площади квадрата со стороной, равной радиусу сферы. Телесный угол Ω измеряют косвенно - путем измерения плоского угла α при вершине конуса с последующим вычислением по формуле: Для образования кратных и дольных единиц предусмотрены множители и приставки. Международная система единиц (система СИ). Принципы построения. Международная система единиц (СИ) была утверждена XI Генеральной конференцией по мерам и весам в 1960 г. В России система СИ принята на уровне стандарта в 1981 году. В 2002 году принята новая версия стандарта: ГОСТ 8.417-2002 «ГСИ. Единицы физических величин». Стандарт устанавливает единицы физических величин, наименования, обозначения, определения и правила применения этих единиц. Стандарт не устанавливает единицы величин, оцениваемых по условным шкалам, единицы количества продукции, а также обозначения единиц физических величин для печатающих устройств с ограниченным набором знаков (ГОСТ 8.430). В СИ в качестве основных приняты семь единиц: в механике - единицы длины (метр), массы (килограмм), времени (секунда); в электричестве - единица силы электрического тока (ампер); в теплоте - единица термодинамической температуры (Кельвин); в оптике - единица силы света (кандела); в молекулярной физике, термодинамике и химии - единица количества вещества (моль). Основные физические величины отображают наиболее естественные для современного человека свойства окружающего мира. Размеры единиц физических величин выбраны такими, чтобы они комфортно воспринимались органами чувств человека. Международная система единиц (система СИ). Основные и производные единицы системы СИ Единица длины (метр) – длина пути, проходимого светом в вакууме за 1/299792458 долю секунды. Единица массы (килограмм) – масса, равная массе международного прототипа килограмма. Единица времени (секунда) – продолжительность 9192631770 периодов излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома ЦЕЗИЯ -133.
Единица силы электрического тока (ампер) – сила не изменяющегося тока, который, проходя по двум нормальным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малой площади круглого поперечного сечения, расположенным на расстоянии 1м один от другого в вакууме, вызывает между проводниками силу взаимодействия, равную 2·10-7 Н на каждый метр длины. Единица термодинамической температуры (Кельвин) – 1/273,16 термодинамической температуры тройной точки воды. Допускается использовать также шкалу Цельсия. Единица силы света (кандела) – сила света в заданном направлении источника, испускающего монохроматическое излучение частотой 540·1012 Гц, энергетическая сила света которого в этом направлении составляет 1/683 Вт/ср. Единица количества вещества (моль) – количество вещества системы, содержащей столько же структурных элементов, сколько атомов содержится в УГЛЕРОДЕ-12 массой 0,012 кг. Международная система единиц содержит также две дополнительные единицы: радиан (рад) – единица плоского угла, равная углу между двумя радиусами окружности, длина дуги между которыми равна радиусу. В градусном исчислении 1 рад = 57°17/44,8"; Международная система единиц (система СИ). Системные и внесистемные единицы физических величин. Кратные и дольные единицы физических величин. Системная единица физической величины – единица физической величины, входящая в принятую систему единиц. Примечание. Основные, производные, кратные и дольные единицы СИ являются системными. Например: 1 м; 1 м/с; 1 км; 1 нм. Внесистемная единица физической величины – единица физической величины, не входящая в принятую систему единиц. Примечание. Внесистемные единицы (по отношению к единицам СИ) разделяются на четыре группы: допускаемые наравне с единицами СИ; допускаемые к применению в специальных областях; временно допускаемые; устаревшие (недопускаемые).  Воспроизведение единиц физических величин и передача их размеров. Понятие о единстве измерений. Воспроизведение единиц физической величины – это совокупность операций с наивысшей точностью посредством государственного эталона. Передача размера единиц – это приведение размера единицы физической величины, хранимой поверяемым средством измерений, к размеру единицы, воспроизводимой или хранимой эталоном, осуществляемое при их поверке (калибровке). Единство измерений – это такое состояние измерений, при котором результаты выражаются в допущенной форме, а показатели точности измерений не выходят за установленные границы. Для того, чтобы обеспечить единство измерений, необходимо проградуировать все СИ одной и той же величины. Эталоны единиц физических величин. Основные свойства эталонов Эталон единиц физической величины – это средство измерений, предназначенное для воспроизведения и хранения единицы и передачи ее размера нижестоящим по поверочной схеме средствам измерений. Свойства эталонов: А) Неизменность – свойство эталона удерживать неизменным размер воспроизводимости единицы физической величины в течение длительного времени. Б) Воспроизводимость – возможность воспроизведения единицы физической величины с наименьшей погрешностью для достигнутого уровня развития техники измерений. Это достигается путём сличения эталона с другими более точными эталонами в целях определения систематических погрешностей и их исключения, путём введения систематических поправок. В) Сличаемость – возможность сличения с эталоном другого СИ других ниже стоящих по поверочной схеме, с наивысшей точностью для существующего уровня развития техники измерения. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||