Что является качественной характеристикой физической величины является
Тесты по Метрологии, стандартизации и сертификации
Онлайн-конференция
«Современная профориентация педагогов
и родителей, перспективы рынка труда
и особенности личности подростка»
Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику
а) теория передачи размеров единиц физических величин;
б) теория исходных средств измерений (эталонов);
в) наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности;
2. Физическая величина – это …
а) объект измерения;
б) величина, подлежащая измерению, измеряемая или измеренная в соответствии с основной целью измерительной задачи;
в) одно из свойств физического объекта, общее в качественном отношении для многих физических объектов, но в количественном отношении индивидуальное для каждого из них.
3 . Количественная характеристика физической величины называется…
в) объектом измерения.
4 . Качественная характеристика физической величины называется …
в) количественными измерениями нефизических величин.
а) выбор технического средства, имеющего нормированные
б) операция сравнения неизвестного с известным;
в) опытное нахождение значения физической величины с помощью технических средств.
6. К объектам измерения относятся …
а) образцовые меры и приборы;
б) физические величины;
в) меры и стандартные образцы.
7. При описании электрических и магнитных явлений в СИ за основную единицу принимается …
8. При описании пространственно-временных и механических явлений в СИ за основные единицы принимаются …
9. При описании световых явлений в СИ за основную единицу принимается …
10. Для поверки эталонов-копий служат …
а) государственные эталоны;
б) эталоны сравнения;
в) эталоны 1-го разряда.
11. Для поверки рабочих эталонов служат …
б) государственные эталоны;
в) эталоны сравнения.
12. Для поверки рабочих мер и приборов служат …
в) эталоны сравнения.
13. Разновидностями прямых методов измерения являются …
а) методы непосредственной оценки;
б) методы сравнения;
в) методы непосредственной оценки и методы сравнения.
14. По способу получения результата все измерения делятся на …
а) статические и динамические;
б) прямые и косвенные;
в) прямые, косвенные, совместные и совокупные.
15. По отношению к изменению измеряемой величины измерения делятся на …
а) статические и динамические;
б) равноточные и неравноточные;
в) прямые, косвенные, совместные и совокупные.
16. В зависимости от числа измерений измерения делятся на …
а) однократные и многократные;
б) технические и метрологические;
в) равноточные и неравноточные.
17. В зависимости от выражения результатов измерения делятся на …
а) равноточные и неравноточные;
б) абсолютные и относительные;
в) технические и метрологические.
18. Из перечисленных метрологических характеристик прибора к качеству измерения относятся …
б) предел измерения;
в) входной импеданс.
19. Единством измерений называется …
а) система калибровки средств измерений;
б) сличение национальных эталонов с международными;
в) состояние измерений, при которых их результаты выражены в узаконенных единицах величин и погрешности измерений не выходят за установленные пределы с заданной вероятностью.
20 Основной погрешностью средства измерения называется погрешность, определяемая …
а) в рабочих условиях измерений;
б) в предельных условиях измерений;
в) в нормальных условиях измерений.
21 Правильность измерений – это …
а) характеристика качества измерений, отражающая близость к нулю систематических погрешностей результатов измерений;
б) характеристика качества измерений, отражающая близость друг к другу результатов измерений одной и той же величины, выполняемых повторно одними и теми же методами и средствами измерений и в одних и тех же условиях; отражает влияние случайных погрешностей на результат измерения;
в) характеристика качества измерений, отражающая близость друг к другу результатов измерений одной и той же величины, полученных в разных местах, разными методами и средствами измерений, разными операторами, но приведённых к одним и тем же условиям.
22. Сходимость измерений – это …
а) характеристика качества измерений, отражающая близость к нулю систематических погрешностей результатов измерений;
б) характеристика качества измерений, отражающая близость друг к другу результатов измерений одной и той же величины, выполняемых повторно одними и теми же методами и средствами измерений и в одних и тех же условиях; отражает влияние случайных погрешностей на результат измерения;
в) характеристика качества измерений, отражающая близость друг к другу результатов измерений одной и той же величины, полученных в разных местах, разными методами и средствами измерений, разными операторами, но приведённых к одним и тем же условиям.
23. Воспроизводимость измерений – это …
а) характеристика качества измерений, отражающая близость к нулю систематических погрешностей результатов измерений;
б) характеристика качества измерений, отражающая близость друг к другу результатов измерений одной и той же величины, выполняемых повторно одними и теми же методами и средствам измерений и в одних и тех же условиях; отражает влияние случайных погрешностей на результат измерения;
в) характеристика качества измерений, отражающая близость друг к другу результатов измерений одной и той же величины, полученных в разных местах, разными методами и средствами измерений, разными операторами, но приведённых к одним и тем же условиям.
24. К метрологическим характеристикам средств измерений относятся…
а) цена деления, диапазон измерения, класс точности, потребляемая мощность;
б) кодовые характеристики, электрический входной и выходной импеданс, диапазон измерения, быстродействие;
в) диапазон измерения, класс точности, габаритные размеры, стоимость.
25. К метрологическим характеристикам для определения результатов измерений относят …
а) функцию преобразования, значение меры, цену деления, кодовые характеристики;
б) электрический входной импеданс, электрический выходной импеданс, погрешности СИ, время реакции;
в) функцию распределения погрешностей, погрешности СИ, значение меры, цену деления.
26 Средство измерений, предназначенное для воспроизведения величины заданного размера, называют …
а) вещественной мерой,
б) измерительной установкой;
в) первичным эталоном величины.
27 При одновременном измерении нескольких одноименных величин измерения называют …
28 При одновременном измерении нескольких неодноименных величин измерения называют …
29 Измерения, при которых значение измеряемой величины находят на основании известной зависимости между ней и величинами, подвергаемыми прямым измерениям, называют …
30 Измерения, при которых скорость изменения измеряемой величины соизмерима со скоростью измерений, называются …
31 Измерения, при которых скорость изменения измеряемой величины много меньше скорости измерений, называются …
32 Передаточная функция средства измерения относится к группе метрологических характеристик …
а) для определения результатов измерений;
б) чувствительности к влияющим факторам;
33. Упорядоченная совокупность значений физической величины, принятая по соглашению на основании результатов точных измерений называется …
а). результатами вспомогательных измерений
б) шкалой физической величины
в) единицей измерения
г) выборкой результатов измерений
а) размером физической величины
б) размерностью физической величины
в) физической величиной
б) 
39. Метод непосредственной оценки имеет следующее достоинство:
а) дает возможность выполнять измерения величины в широком диапазоне без перенастройки
б) эффективен при контроле в массовом производстве
в) сравнительно небольшую инструментальную составляющую погрешности измерений
г) обеспечивает высокую чувствительность
40. По способу получения информации измерения разделяют…
а) однократные и многократные
б) статические и динамические
в) прямые, косвенные, совокупные и совместные
Количественные и качественные характеристики
измеряемой величины
Величина характеризуется двумя показателями: количественной и качественной характеристиками.
Целью измерения является получение количественной информации об измеряемой величине. Для количественной характеристики служит понятие – размер физической величины. Размер – объективная реальность, не зависит от того, знаем мы его или нет.
Размер ФВ – это количественное содержание в данном объекте свойства, соответствующего понятию «ФВ». Например, каждое тело обладает определенной массой, вследствие чего тела можно различать по их массе, т.е по размеру интересующей нас ФВ. При измерении, определяя размер величины, сравнивая его с каким-либо известным размером, который называют единицей величины, получают значение измеряемой величины.
Значение ФВ Q – это оценка ее размера в виде некоторого числа принятых для нее единиц. Уравнение Q=q[Q] называют основным уравнением измерения; q – числовое значение ФВ, отвлеченное число; [Q] – единица ФВ. Например, 20 Ом; 0,02 кОм; 1,5 А.
Среди всех величин было выбрано семь, которые названы основными, т.е. такие, которые могут быть воспроизведены с наибольшей точностью: длина, масса, время, температура, сила электрического тока; сила света. Соответственно семь основных единиц: м, кг, с, А, К, моль, кд и две дополнительные – плоский и телесный угол.
Остальные единицы, называемые производными, выражаются через основные на основе известных уравнений связи между ними.
– коэффициент пропорциональности;
А, В, С – основные величины;
– показатели степени.
Основные величины отличаются от производных тем, что условно не зависят от всех других величин. Широкое применение находят дольные и кратные единицы ФВ.
Дольная единица – единица ФВ в целое число раз меньше основной или производной единицы.
Кратная единица – единица ФВ, в целое число раз превышающая системную единицу.
Эти единицы формируются из основных и производных путем умножения на 
, где р – целое число, принимающее значение p=[-18; 18].
Наименование дольных и кратных единиц образуется из наименования базовой единицы с добавлением соответствующих приставок.
Единицы ФВ делятся на системные и внесистемные. Системная единица – единица ФВ, входящая в одну из принятых систем. Все основные, производные, дольные и кратные являются системными. Внесистемная единица – не входит ни в одну из принятых систем единиц.
Кроме системных единиц на практике используются единицы измерения, допущенные к применению. Эти допущения зафиксированы в соответствующих ГОСТах и относятся к тем областям деятельности, где необходимо применение этих единиц. (Космос – световой год; морское дело – миля, узел; ювелирное дело – карат).
Качественной характеристикой измеряемой величины является размерность. 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, равном единице.
Общий вид размерности ФВ в системе величин, построенной на семи основных величинах, выражается формулой 
, где … – показатели размерности ФВ.
Понятие размерности широко используется:
– для перевода единиц из одной системы в другую;
– для проверки правильности сложных расчетных формул, полученных в результате теоретического вывода;
– при выяснении зависимости между величинами;
– в теории физического подобия.
Понятие «размерность» распространяется и на основные величины. Размерность основной В. в отношении самой себе равна единице и не зависит от других величин, т.е. формула размерности совпадает с ее символом. Размерность длины – L, массы – M.
Размерность следует обозначать знаком dim: dim I=1, [I]=1A.
Размерность величины одновременно является размерностью ее единицы.
Показатель размерности ФВ – показатель степени, в которую возведена размерность основной ФВ, входящей в размерность производной ФВ. Показатели размерности ФВ могут принимать различные значения: целые и дробные, положительные и отрицательные. Некоторые показатели размерности данной производной величины могут оказаться равными нулю.
Размерная ФВ – ФВ, в размерность которой хотя бы одна из основных ФВ возведена в степень, не равную нулю.
Безразмерная ФВ – ФВ, в размерность которой основные ФВ входят в степени равной нулю. Безразмерными В. Является относительная деформация, кпд и любая величина, равная отношению двух однородных величин.
Над размерностями можно производить действия деления, умножения, возведения в степень и извлечение корня. Существует алгебра размерностей, которая определяет правило установления разности производных величин.
Подготовка к работе
Самостоятельная подготовка студентов к выполнению лабораторной работы осуществляется по следующим разделам:
– международная система единиц СИ [12, 13, 14];
– основы теории подобия, размерности и моделирования [1];
– физические величины [2, 9].
Вопросы для самопроверки
1 Назовите показатели, характеризующие величину.
2 Что является целью измерения?
3 Что такое размер и значение физической величины?
4 Что такое размерность?
5 Дайте понятие основным, производным, дольным и кратным единицам.
6 Расскажите об алгебре размерностей.
7 Дайте понятие показателю размерности, размерным и безразмерным величинам.
Порядок выполнения работы
1 Получить у преподавателя карточку, в которой указано для каких десяти физических величин следует определить размерности и указать единицы измерения физических величин.
2 Порядок выполнения каждого из десяти заданий может быть следующим:
1) Определение размерности напряжения
; 
.
2) Для лучшего усвоения студентом задания, данная выкладка может быть расписана более подробно.
Содержание отчета
Отчёт по лабораторной работе оформляется в соответствии с п. 1.4. Отчёт по практической части работы должен содержать: письменные ответы на вопросы для самопроверки; определение размерностей и единиц измерения физических величин по предложенным преподавателем карточкам.
Что делает отдел по эксплуатации и сопровождению ИС? Отвечает за сохранность данных (расписания копирования, копирование и пр.).
Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право.
ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между.
Что делать, если нет взаимности? А теперь спустимся с небес на землю. Приземлились? Продолжаем разговор.
Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:
Общие вопросы стандартизации, метрологии и сертификации (стр. 1 )
 | Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2 3 4 5 6 7 8 |
Общие вопросы стандартизации, метрологии и сертификации
Динамичное развитие экономики России невозможно без повышения конкурентоспособности отечественных товаров и услуг, как на внутреннем, так и на внешнем рынке. Ориентация только на ценовую конкуренцию в современных условиях решающего успеха уже не гарантирует. Определяющим для потребителей во всех странах мира стало качество. Очевидно, что производители должны знать требования, предъявляемые к качеству выпускаемых ими товаров, изучать их. Эти требования, как правило, не одинаковы для различных групп потребителей и отличаются в зависимости от покупательной способности населения уровня конкуренции, климатических условий, культурных традиций и многих других факторов. А это означает, что качеством продукции и услуг необходимо управлять, уметь количественно оценивать и анализировать их показатели, варьировать влияющими на них процессами.
Дисциплина, читаемая мною, помогает вам изучить основы теории и практики метрологии, системы метрологического обеспечения, стандартизации и сертификации.
На современном этапе развития мирового сообщества, характеризующегося высокими темпами интенсификации производства, применением взаимосвязанных систем машин и приборов, использованием широкой номенклатуры веществ и материалов, значительно возросли требования к специалистам в области стандартизации. В этих условиях роль стандартизации, как важнейшего звена в системе управления техническим уровнем и качеством продукции и услуг на всех этапах научных разработок, проектирования, производства, эксплуатации и утилизации имеет первостепенное значение. Стандартизация изучает вопросы разработки и применения таких правил и норм, которые отражают действие объективных технико-экономических законов, играют большую роль в развитии промышленного производства, вносят значительный вклад в рост общественного богатства; способствует улучшению использования основных фондов, природных богатств. Стандартизация имеет непосредственное отношение к совершенствованию управления производством, повышению качества всех видов товаров и услуг.
Большое значение для регулирования механизмов рыночной экономики приобрела сертификация. Для многих видов продукции и процессов она стала обязательной. Сертификация рассматривается как официальное подтверждение соответствия стандартам и во многом определяет конкурентоспособность продукции. На лекциях по сертификации рассматриваются средства и методы проведения работ по различным видам сертификации. В последние годы к традиционно широко практикуемой сертификации продукции добавились сертификация услуг в торговле, туризме, бытовом обслуживании и даже в сфере образования. Активно развивается сертификация систем качества и экологического управления предприятий на соответствие стандартам серии ИСО 9000 и ИСО 14000, а также сертификация персонала.
рис.1 Триада методов и видов
деятельности по обеспечению качества
Сущность и содержание метрологии
Метрология – от греч. «метрон» – мера, «логос» – учение – наука об измерениях, методах и средствах достижения требуемой точности. РМГ 29-99 «ГСИ. Метрология. Основные термины и определения».
Предметом метрологии является изучение количественной информации о свойствах объектов и процессов с заданной точностью и достоверностью.
Средства метрологии – это совокупность средств измерений и метрологических стандартов, обеспечивающих их рациональное использование.
Метрология делится на три раздела, основным из которых является «Теоретическая метрология», занимающаяся изучением фундаментальных вопросов теории измерений (основные представления метрологии – основные понятия и термины; учение о физ. величинах; теория физ. величин; средства измерений; теория погрешностей и т. д.).
Второй раздел – прикладная (практическая) метрология – посвящен изучению вопросов практического применения разработок теоретической метрологии и положений законодательной метрологии. В ее ведении находятся все вопросы метрологического обеспечения.
Законодательная метрология рассматривает установление обязательных технических и юридических требований по применению единиц ФВ, эталонов, методов и средств измерений, направленных на обеспечение единства и необходимой точности измерений в интересах общества.
Основное понятие метрологии – измерение. Согласно РМГ 29-99 измерение ФВ – это совокупность операций по применению технических средств, хранящих единицу ФВ, обеспечивающих нахождение соотношения (в явном или неявном виде) измеряемой величины с ее единицей и получение значения этой величины.
Значимость измерений выражается в трех аспектах: философском, научном и техническом.
Философский аспект состоит в том, что измерения являются важнейшим универсальным методом познания физических явлений и процессов.
Научный аспект измерений состоит в том, что посредством измерений в науке осуществляется связь теории и практики. Без измерений невозможна проверка научных гипотез и соответственно развитие науки.
Измерение обеспечивает получение количественной информации об объекте управления или контроля, без которой нельзя точно воспроизвести все заданные условия технического процесса, обеспечить высокое качество изделий и эффективного управления объектов. Все это составляет технический аспект измерений.
Понятие о физической величине.
Классификация физических величин
Все объекты окружающего мира характеризуются своими свойствами.
Свойство – философская категория, выражающая такую сторону объекта (явления, процесса), которая обуславливает его различие или общность с другими объектами (явлениями процессами) и обнаруживается в его отношении к ним. Свойство – категория качественная. Для количественного описания различных свойств процессов и физических тел вводится понятие величина.
Величина – это свойство чего-либо, которое может быть выделено среди других свойств и оценено тем или иным способом, в том числе и количественно. Величина не существует сама по себе, имеет место лишь постольку, поскольку существует объект со свойствами, выраженными данной величиной.
Классификация величин – два вида: величины материального вида (реальные) и величины идеальные, которые относятся главным образом к математике и являются обобщением (моделью) конкретных реальных понятий. Реальные величины, в свою очередь, делятся на физические и нефизические.
Физическая величина в самом общем случае может быть определена как величина, свойственная материальным объектам (процессам, явлениям), изучаемым в естественных науках (физика, химия) и технических науках.
К нефизическим величинам следует отнести величины, присущие общественным (нефизическим) наукам – философии, социологии, экономике и т. п.
Документ РМГ 29-99 трактует физическую величину как одно из свойств физического объекта, общее в качественном отношении для многих физических объектов, но в количественном отношении индивидуальное для каждого из них (в том, что свойство может быть для одного объекта в определенное число раз больше или меньше чем для другого).
Например, прочность, масса и т. д. Так свойство прочность в качественном отношении характеризует такие материалы, как сталь, дерево, ткань и многие другие, в то время как степень прочности у них разная.
Физические величины целесообразно разделить на измеряемые и оцениваемые. Измеряемые ФВ могут быть выражены количественно в виде определенного числа установленных единиц измерения. Возможность ведения и использования таких единиц является важным отличительным признаком измеряемых ФВ. Физические величины, для которых по тем или иным причинам не может быть введена единица измерения, могут быть только оценены. Под оцениванием понимается операция приписывания данной величины определенного числа, проводимая по установленным правилам. Оценивание величины осуществляется при помощи шкал.
Шкала величины – упорядоченная совокупность значений величины, служащая исходной основой для измерения данной величины.
Нефизические величины, для которых единица измерения в принципе не может быть введена, могут быть только оценены. Следует отметить, что оценивание нефизических величин не входит в задачи теоретической метрологии.
1. По видам явлений ФВ делятся на:
— вещественные, т. е. величины, описывающие физические и физико-химические свойства веществ, материалов и изделий из них. К этой группе относятся масса, плотность, эл. сопротивление, емкость, индуктивность и др. Для их измерения необходимо использовать вспомогательный источник энергии, с помощью которого формируется сигнал измерительной информации. При этом пассивные ФВ преобразуются в активные, которые и измеряются.
— энергетические, т. е. величины, описывающие энергетические характеристики процессов преобразования, передачи и использования энергии. К ним относятся ток, напряжение, мощность, энергия. Эти величины называют активными. Они могут быть преобразованы в сигналы измерительной информации без использования вспомогательных источников энергии.
— характеризующие протекание процессов во времени. К этой группе относятся различного вида спектральные характеристики, корреляционные функции и другие параметры.
2. По принадлежности к различным группам физических процессов ФВ делятся на: пространственно-временные, механические, электрические, магнитные, тепловые, акустические, световые, физико-химические, ионизирующих излучений, атомной и ядерной физики.
3. По степени условной независимости от других величин данной группы все ФВ делятся на основные (условно-независимые), производные (условно зависимые) и дополнительные. В настоящее время в системе СИ используется семь физических величин, выбранных в качестве основных: длина, время, масса, температура, сила электрического тока, сила света и количество вещества. К дополнительным ФВ относится плоский и телесный углы.
4. По наличию размерности ФВ делятся на размерные, т. е. имеющие размерность и безразмерные.
Теоретические основы технических измерений
Вспомним, что является основным объектом измерения в метрологии? – физическая величина.
Общая характеристика объектов измерений
Физическая величина применяется для описания материальных систем и объектов (явлений, процессов), которые изучаются в любых науках. Существуют основные и производные величины. Величины, характеризующие фундаментальные свойства материального мира, являются основными.
ГОСТ 8.417-81 «ГСИ. Единицы физических величин» устанавливает 7 основных физических величин:
— сила электрического тока.
С помощью этих физических величин создается все многообразие производных величин и описывается любое свойство физических явлений.
Размерность производной физической величины выражается через размерность основных физических величин с помощью степенного одночлена:
dim X = Lα ∙ Mβ ∙ Tγ. где
L, M, T. – размерности основных соответствующих физических величин.
Если α, β, γ = 0, то величина будет безразмерной. Величина может быть относительной (диэлектрическая проницаемость – это отношение одноименных величин), может быть логорифмической, определяемой как логарифм относительной величины (например, логарифм отношения мощностей или напряжения).
Итак, качественная характеристика измеряемой величины – размерность. Количественная характеристика измеряемой величины – размер. Получение информации о размере физической или нефизической величины является содержанием любого измерения.
Простейший способ получения информации о размере ФВ – сравнение его с другим. Расположенные в порядке возрастания или убывания размеры измеряемых величин образуют шкалы порядка. Операция расстановки размеров в порядке их возрастания или убывания с целью получения измерительной информации по шкале порядка называется ранжированием. Фиксированные точки являются опорными (или реперными). Точкам шкалы могут быть присвоены цифры, называемые баллами.
Например, знания оцениваются по четырехбальной реперной шкале – отлично, хорошо, удовлетворительно, неудовлетворительно. По реперным шкалам измеряются чувствительность пленок, твердость минералов, международная сейсмическая шкала – интенсивность землетрясений. К шкалам порядка относится шкала Мооса для определения твердости минералов, которая содержит 10 опорных (реперных) минералов с различными условными числами твердости: тальк – 1; гипс – 2; кальций – 3; флюорит – 4; апатит – 5; ортоклаз – 6; кварц – 7; топаз – 8; корунд – 9; алмаз – 10. Отнесение минерала к той или иной градации твердости осуществляется на основании эксперимента, который состоит в том, что испытуемый минерал царапается опорным. Если после царапанья испытуемого минерала, например, кварцем (7), на нем остается след, а после ортоклаза (6) – не остается, то твердость испытуемого минерала составляет более 6, но менее 7. Более точного ответа в этом случае дать невозможно.
Недостаток реперных шкал – неопределенность интервалов между реперными точками.
Шкала интервалов (шкала разностей). Эти шкалы являются дальнейшим развитием шкал порядка и применяются для объектов, свойства которых удовлетворяют отношениям эквивалентности, порядка и аддитивности. Шкала интервалов состоит из одинаковых интервалов, имеет единицу измерения и произвольно выбранное начало – нулевую точку. К таким шкалам относится летоисчисление по различным календарям, в которых за начало отсчета принято либо сотворение мира, либо Рождество Христово и т. д. Температурные шкалы Цельсия, Фаренгейта и Реомюра также являются шкалами интервалов.
На шкале интервалов определены действия сложения и вычисления интервалов. Действительно, по шкале времени интервалы можно суммировать или вычитать и сравнивать, во сколько раз один интервал больше другого, но складывать даты каких-либо событий бессмысленно.
Шкала отношений. Пример температурная шкала Кельвина. Начало отсчета – абсолютный нуль температуры, когда прекращается тепловое движение молекул.
Вторая реперная точка – температура таяния льда. По шкале Цельсия интервал между этими реперами равен 273,16°С. По шкале отношений можно определить не только, на сколько один размер больше или меньше другого, но и во сколько раз больше или меньше.
Шкала наименований (шкала классификаций) – это своего рода качественная, а не количественная шкала. Она не содержит нуля и единиц измерения. Шкалы наименований являются атласами цветов. Процесс измерения заключается в визуальном сравнении окрашенного предмета с образцами цветов (эталонными образцами атласа цветов). Поскольку каждый цвет имеет немало вариантов, такое сравнение под силу опытному эксперту, который обладает не только практическим опытом, но и соответствующими особыми характеристиками зрительных возможностей.
Один и тот же размер может быть представлен по разному. Длина перемещения L = 1 м = 100 см = 1000 мм – это три значения измеряемой величины являются оценками размера физической величины в виде некоторого числа принятых для нее единиц. Это отвлеченное число называется числовым значением. В нашем примере это 1, 100, 1000.
Чтобы получить значение физической величины ее измеряют или вычисляют согласно основного уравнения измерения
где Q – значение измеряемой физической величины;
X – числовое значение измеряемой величины (в принятой единице);
[Q] – выбранная для измерения единица измерения.
Пример: необходимо измерить отрезок прямой в 10 см с помощью линейки (имеющий деления в см или мм).
Q1 = 10 см при X1 = 10 [Q1] = 1 см,
Q2 = 100 мм при X2 = 100 [Q2] = 1 мм.
Числовое значение результата измерения изменилось, т. к. применили различные единицы (1 см и 1 мм), но длина отрезка прямой (размер его физической величины) не изменился.
Виды и методы измерений.
Цель измерения – получение значения этой величины в форме, удобной для пользования.
— по характеристикам точности – равноточные (ряд измерений какой-либо величины, выполненных одинаковыми по точности средствами измерений (СИ) и в одних и тех же условиях), неравноточные (выполнены несколько различными по точности СИ и в несколько различных условиях);
— по числу измерений в ряду измерений – однократные, многократные;
— по отношению к изменению измеряемой величины:
· динамические – измерение изменяющейся по размеру физической величины, например, измерение переменного напряжения электрического тока.
— по выражению результата измерений:
· абсолютные – измерения, основанные на прямых измерениях величин и использовании значений физических констант (F= mg);
· относительные – измерение отношения величины к одноименной величине, выполняющей роль единицы.
— по общим приемам получения результатов измерений:
Метод измерений – прием или совокупность приемов сравнения измеряемой физической величины с ее единицей в соответствии с реализованным принципом измерений. По общим приемам получения результатов измерений различают: прямой метод измерений и косвенный метод измерений.
— по условию измерения – контактный и бесконтактный метод.
· контактный – чувствительный элемент прибора приводится в контакт с объектом измерения (измерение температуры тела термометром);
· бесконтактный – измерение расстояния до объекта, например, радиолокатора.
Исходя из способа сравнения измеряемой величины с ее единицей различают:
— методы непосредственной оценки – определяют значение величины непосредственно по отчетному устройству показывающего СИ (вольтметр). Мера, отражающая единицу измерения, в измерении не участвует. Ее роль играет шкала, проградуированная при производстве СИ;
— при методе сравнения с мерой, измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой (например, измерение массы на рычажных весах с уравновешивающими гирями).
1.Что является объектом измерения в метрологии?
2.Какие характеристики имеют физические величины?
3.Что является качественной характеристикой измеряемой физической величины?
4.Что является количественной характеристикой измеряемой физической величины?
5.Как получить значение физической величины?
СИСТЕМЫ ЕДИНИЦ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН
Объектом измерений являются физические величины, которые принято делить на основные и производные.
Основные величины не зависимы друг от друга, но они могут служить основой для установления связей с другими физическими величинами, которые называют производными от них, например, E = mc2 – основная единица – масса – m, а энергия – производная единица.
Основным величинам соответствуют основные единицы измерений, а производным – производные единицы измерений. Производные единицы бывают когерентными и некогерентными. Когерентной называется производная единица ФВ, связанная с другими единицами системы уравнением, в котором числовой множитель принят равным единице. Например, единицу скорости образуют с помощью уравнения, определяющего скорость прямолинейного и равномерного движения точки:
где L – длина пройденного пути;
Подстановка вместо L и t их единиц в системе СИ дает V = 1 м/с. Следовательно, единица скорости является когерентной.
Совокупность основных и производных единиц называется системой единиц физических величин.
В 1799 г. были изготовлены первые прототипы (эталоны) метра и килограмма.
Кроме этих двух единиц – единицы площади (ар – площадь квадрата со стороной 10 м), объема (стер, равный объему куба с ребром 10 м), вместимости (литр, равный объему куба с ребром 0,1 м).
Таким образом, в метрической системе еще не было четкого подразделения единиц величин на основные и производные.
Понятие системы единиц, как совокупности основных и производных, впервые предложено немецким ученым в 1832 г. В качестве основных в этой системе были приняты: единицы длины – миллиметр, единица массы – миллиграмм, единица времени – секунда. Эту систему единиц назвали абсолютной.
В 1881 г. была принята система единиц физических величин СГС, основными единицами которой были: сантиметр – единица длины, грамм – единица массы, секунда – единица времени. Производными единицами системы считались единица силы – килограмм – сила и единица работы – эрг. Неудобство системы СГС состояло в трудностях пересчета многих единиц в другие системы для определения их соотношений. В начале ХХ в. итальянский ученый Джорджи предложил МКСА (в русской транскрипции) – широко распространившуюся в мире.
Основные единицы этой системы: метр, килограмм, секунда, ампер (единица силы тока), а производные: единица силы – ньютон, единица энергии – джоуль, единица мощности – ватт.
Были и другие предложения, что указывает на стремление к единству измерений в международном аспекте. В то же время даже сейчас некоторые страны не отошли от исторически сложившихся у них единиц измерения. Известно, что Великобритания, США, Канада основной единицей массы считают фунт (409 г), причем его размер в системе «Британских имперских мер» и «Старых винчестерских мер» различен. Наиболее широко распространена во всем мире Международная система единиц СИ. Рассмотрим ее сущность.
Международная система единиц физических величин
Генеральная конференция по мерам и весам (ГКМВ) в 1954 г. определила шесть основных единиц физических величин для их использования в международных отношениях: метр, килограмм, секунда, ампер, градус Кельвина и свеча.
ХI Генеральная конференция по мерам и весам в 1960 г. утвердила Международную систему единиц, обозначаемую SI (от начальных букв французского названия Systeme International d`Unites), на русском языке – система СИ. В последующие годы Генеральная конференция приняла ряд дополнений и изменений, в результате чего в системе стало семь основных единиц (количество вещества) дополнительные и производные единицы физических величин (см. таблицу 1.1), а также разработала следующие определения основных единиц:
— единица длины – метр – длина пути, которую проходит свет в вакууме за 1/ долю секунды;
— единица массы – килограмм – масса, равная массе международного прототипа килограмма;
— единица времени – секунда – продолжительность периодов излучения, соответствующих переходу между двумя уровнями сверхтонкой структуры основного состояния атома цезия-133 при отсутствии возмущения со стороны внешних полей;
— единица силы электрического тока – ампер – сила неизменяющегося тока, который при прохождении по двум параллельным проводникам бесконечной длины и ничтожно малого кругового сечения, расположенным на расстоянии 1 м один от другого в вакууме, создал бы между этими проводниками силу, равную 2∙10-7 Н на каждый метр длины;
— единица термодинамической температуры – Кельвин – 1/273,16 (до 1967 г единица именовалась градус Кельвина) часть термодинамической температуры тройной точки воды. Допускается также применение шкалы Цельсия;
— единица количества вещества – моль – количество вещества системы, содержащей столько же структурных элементов, сколько содержится в углероде – 12 массой 0,0012 кг;
— единица силы света – кандела – сила света в заданном направлении источника, испускающего монохроматическое излучение частотой 540∙1012 Гц, энергетическая сила, излучения которого в этом направлении составляет 1/683 Вт∙ср-1 (ватт на стерадиан – единица (производная) энергетической силы света. Стерадиан (ср) – единица измерения телесного (пространственного) угла).
Приведенные определения довольно сложны и требуют достаточного уровня знаний, прежде всего в физике. Но они дают представление о природном, естественном происхождении принятых единиц, а толкование их усложнялось по мере развития науки и благодаря новым высоким достижениям теоретической и практической физики, механики, математики и других фундаментальных областей знаний. Это дало возможность, с одной стороны, представить основные единицы как достоверные и точные, а с другой стороны – как объяснимые и как бы понятные для всех стран мира, что является главным условием, для того чтобы система единиц стала международной.
Международная система СИ считается наиболее совершенной и универсальной по сравнению с предшествовавшими ей. Кроме основных единиц в системе СИ есть дополнительные единицы для измерения плоского и телесного углов – радиан и стерадиан соответственно, а также большое количество производных единиц пространства и времени, механических величин, электрических и магнитных величин, тепловых, световых и акустических величин, а также ионизирующих излучений.
Стерадиан – это единица измерения угла – угла с вершиной в центре сферы, вырезающий на поверхности площадь, равную площади квадрата со стороной, равной радиусу сферы.
Во всех системах единиц плоский φ и телесный Ω углы вводятся посредством уравнений:
где l – длина дуги, вырезаемой центральным плоским углом j на окружности радиуса R;
S – площадь, вырезаемая центральным телесным углом на шаре с радиусом R.
В соответствии с этими определениями у обоих углов нет размерности в любой системе единиц:
После принятия Международной системы единиц ГКМВ (Генеральная конференция) практически все крупнейшие международные организации включили ее в свои рекомендации по метрологии и призвали все страны-члены этих организаций принять их. В нашей стране система СИ действует с 1 января 1982 г. в соответствии с п. 3.10 ГОСТ 8.417-81. Она возникла не на пустом месте и является логическим развитием предшествовавшими ей систем единиц: СГС, МКГСА и др.
Достоинства международной системы единиц являются:
— универсальность, т. е. охват всех областей науки и техники;
— упрощение записи формул в физике, химии, а также в технических науках в связи с отсутствием переводных коэффициентов;
— единая система образования кратных и дольных единиц, имеющих собственные наименования;
— лучшее взаимопонимание при развитии научно-технических и экономических связей между различными странами.
На сегодняшний день система СИ действительно стала международной, но вместе с тем применяются и внесистемные единицы.
Единицы ФВ делятся на системные и внесистемные. Системная единица – единица ФВ, входящая в одну из принятых систем. Все основные, производные, кратные и дольные единицы являются системными. Внесистемная единица – это единица ФВ, не входящая ни в одну из принятых систем единиц (таблица 1.2). Внесистемные единицы по отношению к единицам СИ разделяют на четыре вида.
1.допускаемые наравне с единицами СИ, например, единица массы – тонна; единицы плоского угла – градус, минута, секунда; единица объема – литр и др. (площадь – гектар, энергия – электрон-вольт, полная мощность – вольтампер);
2.допускаемые к применению в специальных областях, к которым относятся: в астрономии – единица длины – астрономическая единица (а. е. = 1∙1,45∙1011м), световой год (9,4605∙1015 м), парсек (3,0857∙1016м); в оптике единица энергии – электрон-вольт (1,6∙10-19Дж); в оптике – единица оптической силы – диоптрия (1м-1); в физике – единица энергии – электрон-вольт (1,6∙10-19Дж);
3.временно допускаемые к применению наравне с единицами СИ, например, в морской навигации – морская миля, единица массы в ювелирном деле – карат и др. Эти единицы должны изыматься из употребления в соответствии с международными соглашениями;
4.изъятые из употребления, к ним относятся: единица давления – миллиметр ртутного столба, единица мощности – лошадиная сила и др.
Различают кратные и дольные единицы ФВ. Кратная единица – это единица ФВ, в целое число раз больше системной или внесистемной единицы. Например, единица длины – километр равна 103м, т. е. кратный метру.
Дольная единица – единица ФВ, в целое число раз меньше системной или внесистемной единицы.
Приставки для образования кратных и дольных единиц СИ приведены в следующей таблице 1.3.
Множители и приставки для образования десятичных, кратных и дольных единиц и их наименований