конспект. Вопросы И ОТВЕТЫ. Вопросы для самостоятельного изучения к экзамену по дисциплине Метрология для заочников Понятие и основные проблемы метрологии Слово метрология
 Скачать 0.8 Mb.
|
|
Совместные измерения Совместные измерения – это проводимые одновременно измерения двух или нескольких не одноименных величин для определения зависимости между ними. Целью совместных измерений является нахождение функциональной зависимости между величинами (длины тела от температуры, расхода топлива от частоты вращения вала двигателя и т. д.). Принципы, методы и методики измерений Принцип измерений - совокупность физических явлений, на которых основаны измерения. Метод измерений - прием или совокупность приемов сравнения измеряемой величины с ее единицей в соответствии с реализованным принципом измерений (обычно обусловлен устройством средств измерений). Методы измерений классифицируют по нескольким признакам. По общим приемам получения результатов измерений различают: - прямой (реализуется при прямом измерении); - косвенный (при косвенном измерении, который описан выше). По условиям измерения различают контактный и бесконтактный методы измерений. Контактный метод измерений основан на том, что чувствительный элемент прибора приводится в контакт с объектом измерения (измерение температуры тела термометром). Бесконтактный метод измерений основан на том, что чувствительный элемент прибора не приводится в контакт с объектом измерения (измерение расстояния до объекта радиолокатором, измерение температуры в доменной печи пирометром). Исходя из способа сравнения измеряемой величины с ее единицей, различают методы непосредственной оценки и метод сравнения с мерой. При методе непосредственной оценки определяют значение величины непосредственно по отсчетному устройству (термометр, вольтметр и пр.). Мера, отражающая единицу измерения, в измерении не участвует. Ее роль играет шкала, проградуированная при его производстве с помощью достаточно точных средств измерений. При методе сравнения с мерой измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой (измерение массы на рычажных весах с уравновешиванием гирями). Существует ряд разновидностей этого метода: нулевой метод, метод измерений с замещением, метод совпадений. Если измерение не удается выполнить так, чтобы исключить или компенсировать какой-либо фактор, влияющий на результат, то в последний в ряде случаев вносят поправку. Поправки могут быть аддитивными (от лат. «additivus» - прибавляемый) и мультипликативными (от лат. «multipico» - умножаю). Методика выполнения измерений - установленная совокупность операций и правил при измерении, выполнение которых обеспечивает получение результатов измерений с гарантированной точностью в соответствии с принятым методом (обычно регламентируется каким-либо нормативно-техническим документом). Основные понятия системы единиц физических величин Система единиц физических величин — совокупность основных и производных единиц физических величин, образованная в соответствии с принципами для заданной системы физических величин. Например, международная система единиц (СИ). Основная единица системы — единица основной физической величины в данной системе единиц.Основные единицы могут выбираться произвольно, поэтому для одной и той же системы величин может быть образовано несколько систем единиц. Производная единица системы — единица производной физической величины системы единиц, образованная в соответствии уравнением, связывающим ее с основными единицами или с основными и уже определенными производными. Системная и внесистемная единицы – единицы, входящие и не входящие в принятые системы единиц. Например, единицы, не входящие в СИ, разделяют на следующие группы: - допускаемые к применению наравне с единицами СИ без ограничения срока; - допускаемые к применению единицы относительных и логарифмических величин; - единицы, временно допускаемые к применению до принятия по ним соответствующих международных решений; - внесистемные единицы, применение которых в новых разработках не допускается. Когерентная производная единица – единица физической величины, связанная с другими единицами системы единиц уравнением, в котором числовой коэффициент принят равным 1. Когерентная система единиц физических величин – система единиц, состоящая из основных единиц и когерентных производных единиц. Когерентные производные единицы образуются с помощью простейших уравнений между величинами, где числовые коэффициенты равны 1. Преимущества когерентной системы единиц - простота выполнения расчетов и использования системы. Для образования единицы энергии может, например, использоваться уравнение с коэффициентом, отличным от единицы, например: В этом случае для образования когерентной единицы в правую часть подставляются величины со значениями, дающие после умножения на коэффициент числовое значение, равное единице. Когерентная единица энергии в СИ образуется из выражения: [E] = ½ (2 [m]× [v]2) = ½ (2 kg)×(1 m/s)2 = 1 kg × m/s2 × m = 1 N× m = 1J. Единицей энергии СИ является джоуль, равный ньютон-метру. В данном примере он равен кинитической энергии тела массой 2 kg, движущегося со скоростью 1m/s. Кратная и дольная единица величины - это единица, в целое число раз большая или меньшая системной единицы. Например, кратная - 1 километр, дольная - 1 см. Метрическая система мер. Метрическая система мер – это упорядоченный набор параметров. Это существенно отличает ее от используемых ранее традиционных способов определения тех или иных единиц. Для обозначения любой величины метрическая система мер использует лишь один основной показатель, величина которого может изменяться в кратных долях (достигается применением десятичных приставных элементов). Главное преимущество при таком подходе заключается в более простом использовании. При этом устраняется огромное количество разных ненужных единиц (футы, мили, дюймы и другие). Международная десятичная система измерений, в основу которой положено использование таких единиц, как килограмм и метр, называется метрической. Разнообразные варианты метрической системы разрабатывались и использовались в течение последних двухсот лет, а различия между ними состояли в основном в выборе основных, базовых единиц. На данный момент практически повсеместно применяется так называемая Международная система единиц ( СИ ). Те элементы, которые в ней используются, идентичны во всем мире, хотя в отдельных деталях и есть различия. Международная система единиц очень широко и активно используется во всем мире, причем как в повседневной жизни, так и в научных исследованиях. На данный момент Метрическая система мер используется в большинстве стран мира. Есть, однако, несколько крупных государств, в которых по сей день применяется основанная на таких единицах, как фунт, фут и секунда – английская система мер. К ним относятся Великобритания, США и Канада. Однако эти страны также уже приняли несколько законодательных мер, направленных на переход к Метрической системе мер. Сама она зародилась в средине XVIII столетия во Франции. Именно тогда учеными было принято решение о том, что следует создать систему мер, основу которой будут составлять взятые из природы единицы. Суть такого подхода состояла в том, что таковые постоянно остаются неизменными, и поэтому стабильной будет и вся система в целом. Меры длины 1 километр (км) = 1000 метрам (м) 1 метр (м) = 10 дециметрам (дм) = 100 сантиметрам (см) 1 дециметр (дм) = 10 сантиметрам (см) 1 сантиметр (см) = 10 миллиметрам (мм) Меры площади 1 кв. километр (км2) = 1 000 000 кв. метрам (м2) 1 кв. метр (м2) = 100 кв. дециметрам (дм2) = 10 000 кв. сантиметрам (см2) 1 гектар (га) = 100 арам (а) = 10 000 кв. метрам (м2) 1 ар (а) =100 кв. метрам (м2) Меры объёма 1 куб. метр (м3) = 1000 куб. дециметрам (дм3) = 1 000 000 куб. сантиметрам (см3) 1 куб. дециметр (дм3) = 1000 куб. сантиметрам (см3) 1 литр (л) = 1 куб. дециметру (дм3) 1 гектолитр (гл) = 100 литрам (л) Меры веса 1 тонна (т) = 1000 килограммам (кг) 1 центнер (ц) = 100 килограммам (кг) 1 килограмм (кг) = 1000 граммам (г) 1 грамм (г) = 1000 миллиграммам (мг) Метрическая конвенция. Метрическая конвенция (фр. Convention du Mètre) — международный договор, служащий для обеспечения единства метрологических стандартов в разных странах. Договор был подписан в 1875 году в Париже семнадцатью странами, в том числе Россией. В 1921 году в договор были внесены небольшие изменения. В настоящее время к конвенции присоединились 62 государства в качестве полноправных членов и 40 государств и организаций на правах ассоциированных членов. Членами конвенции являются все промышленно развитые страны. В соответствии с метрической конвенцией учреждены Международное бюро мер и весов (фр. Bureau International des Poids et Mesures, BIPM) и Международный комитет мер и весов (фр. Comité International des Poids et Mesures, CIPM), и созываются Генеральные конференции по мерам и весам (фр. Conférence Générale des Poids et Mesures, CGPM). Эти международные организации призваны решать вопросы стандартизации в области метрологии. Системы единиц физических величин Система единиц — это совокупность основных и производных единиц, относящихся к некоторой системе величин, построенная в соответствии с принятыми принципами. Исторически первой системой единиц физических величин была принятая в 1791 г. Национальным собранием Франции метрическая система мер. Она не являлась еще системой единиц в современном понимании, а включала в себя единицы длин, площадей, объемов, вместимостей и веса, в основу которых были положены две единицы: метр и килограмм. В 1832 г. немецкий математик К.Гаусс предложил методику построения системы единиц как совокупности основных и производных. За основу были приняты три независимые друг от друга единицы: миллиметр — единица длины; миллиграмм — единица массы; секунда — единица времени. Все остальные единицы можно было определить с помощью этих трех. Такую систему единиц, связанных определенным образом с тремя основными единицами длины, массы и времени, Гаусс назвал абсолютной системой. В дальнейшем с развитием науки и техники появился ряд систем единиц физических величин, построенных по принципу, предложенному Гауссом, базирующихся на метрической системе мер, но отличающихся друг от друга основными единицами. Система СГС. Система единиц физических величин СГС, в которой основными единицами являются с антиметр как единица длины, грамм как единица массы и секунда как единица времени, была принята в 1881 г. Первым международным конгрессом электриков. Конгресс основывался на принципах, предложенных Гауссом, и ввел наименование для двух важнейших производных единиц: дина — для измерения силы и эрг — работы. Для измерения мощности в системе СГС применяется эрг в секунду, кинетической вязкости — стокс, динамической — пуаз. Давление в системе СГС измеряют в динах на квадратный сантиметр. Эта единица в прошлом называлась бар, однако в связи с переименованием в бар единицы давления, равной 105 Н/м2, для единиц давления СГС иногда применяют наименование барий и одновременно микробар (так как она равна одной миллионной нового бара). Относительные и логарифмические величины и единицы Относительные и логарифмические величины широко распространены в науке и технике, т.к. они характеризуют состав и свойства материалов, отношение энергетических величин, например, относительную плотность, относительную диэлектрическую проницаемость, усиление и ослабление мощности. Относительная величина – это безразмерное отношение физической величины к одноименной физической величине, принимаемой за исходную. Например, атомные и молекулярные массы химических элементов по отношению к 1/12 массы атома углерода-12. Относительные величины могут выражаться в безразмерных единицах, в процентах, промиле (отношение равно 10-3), в миллионных долях. Логарифмическая величина представляет собой логарифм безразмерного отношения двух одноименных физических величин. Они применяются, например, для выражения уровня звукового давления, усиления, ослабления и т.п. +Единицей логарифмической величины является бел (Б): 1 Б = lg (P2 / P1) при Р2 = 10Р1, где Р2 и Р1 – одноименные величины мощности, энергии и т.п. Для отношения двух одноименных величин, связанных с силой (напряжения, давления и т.п.) бел определяется по формуле: 1Б = 2 lg (F2/F1) при F2 = 100,5 F1. Дольной единицей от бела является децибел, равный 0,1 Б. Международная система единиц (СИ) Развитие науки и техники все настойчивее требовало унификации единиц измерений. Требовалась единая система единиц, удобная для практического применения и охватывающая различные области измерений. Кроме того, она должна была быть когерентной. Так как метрическая система мер широко использовалась в Европе с начала 19 века, то она была взята за основу при переходе к единой международной системе единиц. В 1960 г. ХI Генеральная конференция по мерам и весам утвердила Международную систему единиц физических величин (русское обозначение СИ, международное SI) на основе шести основных единиц. Было принято решение: - присвоить системе, основанной на шести основных единицах, наименование «Международная система единиц»; - установить международное сокращение для наименования системы SI; - ввести таблицу приставок для образования кратных и дольных единиц; - образовать 27 производных единиц, указав, что иогут быть добавлены и другие производные единицы. В 1971 к СИ была добавлена седьмая основная единица количества вещества (моль). При построении СИ исходили из следующих основных принципов: - система базируется на основных единицах, которые являются независимыми друг от друга; - производные единицы образуются по простейшим уравнениям связи и для величины каждого вида устанавливается только одна единица СИ; - система является когерентной; - допускаются наряду с единицами СИ широко используемые на практике внесистемные единицы; - в систему входят десятичные кратные и дольные единицы. Преимущества СИ: - универсальность, т.к. она охватывает все области измерений; - унификация единиц для всех видов измерений – применение одной единицы для данной физической величины, например, для давления, работы, энергии; - единицы СИ по своему размеру удобны для практического применения; - переход на нее повышает уровень точности измерений, т.к. основные единицы этой системы могут быть воспроизведены более точно, чем единицы других систем; - это единая международная система и ее единицы распространены. В СССР Международная система (СИ) была введена в действие ГОСТ 8.417-81. По мере дальнейшего развития СИ из нее был исключен класс дополнительных единиц, введено новое определение метра и введен ряд других изменений. В настоящее время в РФ действует межгосударственный стандарт ГОСТ 8.417-2002, который устанавливает единицы физических величин, применяемых в стране. В стандарте указано, что подлежат обязательному применению единицы СИ, а также десятичные кратные и дольные этих единиц. Обозначения единиц Правила написания обозначений единиц измерений при производстве книжной и журнальной полиграфической продукции определены ГОСТ 8.417-2002 «Государственная система обеспечения единства измерений». Для написания значений величин в полиграфии следует применять обозначения единиц буквами или специальными знаками (…°,… ' ,… "), причем устанавливаются два вида буквенных обозначений: международные (с использованием букв латинского или греческого алфавита) и русские (с использованием букв русского алфавита). Международные и русские обозначения относительных и логарифмических единиц следующие: процент (%), промилле (‰), миллионная доля (ррm, млн.-1), бел (B, Б), децибел (dB, дБ), октава (-, окт), декада (-, дек), фон (phon, фон). В печатных изданиях допускается применять либо международные, либо русские обозначения единиц. Одновременно применение обоих видов обозначений в одном и том же издании не допускается, за исключением публикаций по единицам физических величин. В нормативно-технической конструкторской, технологической и другой технической документации на различные виды изделий и продукции, используемые только в Российской Федерации, применяют предпочтительно русские обозначения единиц. При этом независимо от того, какие обозначения единиц использованы в документации на средства измерений при указании единиц физических величин на табличках, шкалах и щитках этих средств измерений применяют международные обозначения единиц. Буквенные обозначения единиц должны печататься прямым шрифтом. В обозначениях единиц точка как знак сокращения не ставится. Между последней цифрой числа и обозначением единицы следует оставлять пробел.
|