70223

Основні терміни метрології та їх визначення

Лекция

Астрономия и авиация

Фізичні величини та одиниці вимірювань Об’єкти довкілля це фізичні тіла та їх системи. Вибір основних величин і розмірів їх одиниць під час побудови системи одиниць теоретично довільний але він продиктований певними вимогами практики а саме: кількість основних величин має бути невеликою...

Украинкский

2014-10-17

311 KB

0 чел.

1.4. Основні терміни метрології та їх визначення

Державний стандарт України ДСТУ 2681-94 „Метрологія. Терміни та визначення” визначає метрологію як науку про вимірювання. Метрологія – це наука про вимірювання, методи й засоби забезпечення єдності вимірювань та способи досягнення потрібної точності. Метрологія є галуззю науки, що вивчає вимірювання. Слово „метрологія” походить від грецьких слів – „metron” – міра й „logos” – наука.

Єдність вимірювань це стан вимірювань, коли результати виражені в прийнятих одиницях, а помилки вимірювань прийняті із заданою ймовірністю. Єдність вимірювань необхідна для порівняння результатів вимірювань, проведених у різних місцях, у різний час, з використанням різних методів і способів вимірювання. Результати при цьому повинні бути однаковими, незалежно від використаних методів і способів вимірювання.

Вимірювання забезпечують зв’язок з об’єктом досліджень або керування в тій чи іншій галузі техніки. На першому етапі розвитку вимірювань діяли, головним чином, тенденції диференціації: кожна галузь вимірювань розвивалася відокремлено. Виникли окремі галузі вимірювальної техніки – техніка вимірювань механічних величин,     електричних величин і т.д. Метрологія об’єднує єдиною теорією, єдністю понять, методів і засобів різні галузі вимірювальної техніки. Сьогодні, коли створюються складні вимірювальні інформаційні системи, для оптимального розв’язання непростих вимірювальних задач необхідне широке узагальнення результатів, отриманих у різних галузях вимірювань. Ці обставини і сприяють посиленню інтеграції в сучасній метрології та вимірювальній техніці.

Метрологія розвивається як єдина наука, що охоплює філософські питання вимірювань і вирішує такі основні завдання: створення еталонів та мір, вимірювальних приладів і вимірювальних інформаційних систем, розроблення методів вимірювальних перетворень, методів оцінювання точності результатів вимірювань тощо. Такий розвиток метрології об’єднує набутий досвід усіх метрологів, працівників приладобудівних вимірювальних служб і відображає тенденції до інтеграції.

Визначення предмета, методів та засобів метрології можна сформулювати так.

Предметом метрології є отримання кількісної та якісної інформації про властивості фізичних об’єктів і процесів, встановлення та застосування наукових й організаційних основ, правил і норм, необхідних для досягнення єдності та високої точності вимірювань.

Методи метрології – це сукупність фізичних і математичних методів, що використовуються для одержання вимірювальної інформації із заданими точністю й достовірністю (методів вимірювальних перетворень, методів вимірювань та опрацювання результатів спостережень, планування вимірювального експерименту).

Засоби метрології – це сукупність засобів вимірювальної техніки та засобів контролю, які вдосконалюються й розвиваються на основі об’єктивних законів.

Для забезпечення високого рівня вимірювань недостатньо мати теоретичну базу та засоби вимірювальної техніки, необхідно також вміти правильно користуватися ними. Тому метрологія виступає у двох аспектах – науково-технічному та законодавчому. В науково-технічному аспекті змістом метрології є вирішення наукових і технічних завдань, які забезпечують створення сучасних еталонів, засобів та методів вимірювань, методів оцінювання точності вимірювань тощо, а в законодавчому – створення регламентованих державою загальних правил, вимог та норм, які забезпечували б високий рівень                      вимірювальної справи і мали б наукову основу.

Необхідно відзначити взаємний зв’язок метрології та стандартизації. Стандартизація – це діяльність, що полягає в розробленні та встановленні вимог, правил, норм або характеристик з метою досягнення оптимальної узгодженості в певній галузі, результатом чого є підвищення ступеня відповідності продукції її функціональному         призначенню. Стандарти встановлюють відповідні вимоги до матеріалів, виробів, технічної та технологічної документації, методів досліджень тощо.

Взаємозвязок метрології та стандартизації проявляється в тому, що вимірювання, з одного боку, регламентуються різними стандартами (на засоби вимірювальної техніки, методики та ін.), а стандарти, з іншого боку, забезпечуються методами та засобами контролю їх виконання. Тому метрологія та стандартизація в Україні об’єднані в єдину державну службу, якою є Державний комітет України по стандартизації, метрології та сертифікації.

В Україні діють Державні стандарти України (ДСТУ) та Міждержавні стандарти (ГОСТ – ДСТУ), тобто стандарти більшості країн СНД, які підписали угоду про взаємопогоджену політику в галузі стандартизації. Крім того, чинними до моменту прийняття ДСТУ є деякі стандарти (ГОСТ) Радянського Союзу.

Стандартизація та метрологія в Україні набувають міжнародного характеру, особливо останнім часом у зв'язку з успішним розвитком міжнародного співробітництва. Україна є активним членом багатьох міжнародних організацій: Міжнародної організації зі стандартизації, Міжнародної організації законодавчої метрології, Міжнародного комітету мір і ваг, Міжнародної електротехнічної комісії.

Державний стандарт України ДСТУ 2681-94 „Метрологія. Терміни та визначення” визначає точність вимірювань як максимальне наближення результатів до дійсного значення вимірюваної величини.

Одним з головних завдань метрології є забезпечення єдності й необхідної точності вимірювань і їх використання в науці та на підприємствах різних галузей промисловості.

Фізичні величини та одиниці вимірювань

Об’єкти довкілля – це фізичні тіла та їх системи. Процеси, що в них відбуваються, мають різноманітні властивості. Якісно однакові властивості можуть розрізнятися між собою кількісним вмістом.

Фізична величина – це кожна якісно означена властивість фізичних об’єктів, яка може мати певний розмір. Згідно з ДСТУ 2681-94 фізична величина – це властивість, спільна в якісному відношенні для багатьох матеріальних об’єктів та індивідуальна в кількісному відношенні для кожного з них. Приклади фізичних величин: довжина, швидкість, сила електричного струму, температура і т. ін.

Розмір фізичної величини – це кількісний вміст фізичної величини в даному об’єкті. Він існує об’єктивно, незалежно від того, що ми про нього знаємо. Не слід використовувати термін „величина” як кількісну характеристику цієї властивості, тобто вживати, наприклад, вислови „величина напруги”, „величина тиску”. В таких випадках слід використовувати терміни „розмір” або „значення” як оцінку розміру величини. Отже, правильно буде „розмір напруги” чи „значення напруги”, „розмір тиску” або „значення тиску”.

За характером прояву розмірів під час виконання дослідів фізичні величини поділяються на активні (енергетичні), які здатні самі проявляти свої розміри (температура, струм), та пасивні (параметричні), наприклад, електричний опір, ємнісна індуктивність. Розміри цих величин проявляються при дії на об’єкт відповідної активної величини.

Розрізняють скалярні та векторні величини. Скалярні величини можуть бути неполярними, тобто мати лише розмір (маса, об’єм), або полярними, тобто мати, крім розміру, ще й знак (електричний заряд). Векторні величини (сила, швидкість, прискорення), крім розміру, мають ще й напрямок.

Розміри фізичних величин можуть змінюватися безперервно або стрибкоподібно (дискретно). Величина, можливі розміри якої в скінченному проміжку часу, змінюючись, утворюють скінченну множину, є неперервною (аналоговою), а якщо ця множина скінченна, то величина є дискретною.

Фізичні величини існують в часі і просторі, тому їх розміри, а у векторних величин ще й напрямки, є функціями часу та координат простору. Якщо розміри скалярних або розміри та напрямки векторних величин не змінюються, то вони називаються сталими (незмінними), якщо ж змінюються, то – змінними величинами. Сталість чи змінність може розглядатися як функція часу або як функція простору. Залежність фізичної величини як функції часу – це процес, а функції координат – поле.

Одиниця фізичної величини, згідно з ДСТУ 2681-94, – це певний розмір даної величини, прийнятий за угодою (Генеральною конференцією з мір і ваг) для кількісного відображення однорідних з нею величин. Одиниця фізичної величини є величиною, якій за визначенням присвоєне числове значення „1”.

У природі фізичні величини пов’язані між собою залежностями, які виражають одні величини через інші і називаються рівняннями зв’язку між величинами. Сукупність пов’язаних такими залежностями величин, серед яких одні умовно називаються незалежними, а інші виражаються через них, називають системою величин. Незалежні величини цієї системи називають основними, а всі інші – похідними.

Одиниця основної величини називається основною одиницею, а похідної – похідною одиницею. Сукупність основних та похідних одиниць певної системи величин становить систему їх одиниць.

Вибір основних величин і розмірів їх одиниць під час побудови системи одиниць теоретично довільний, але він продиктований певними вимогами практики, а саме:

кількість основних величин має бути невеликою;

за основні мають бути вибрані величини, одиниці яких легко відтворити з високою точністю;

розміри основних одиниць мають бути такими, щоб на практиці значення всіх величин системи не виражалися ні надто малими, ні надто великими числами;

похідні одиниці мають бути когерентні, тобто входити в рівняння, що пов’язують їх з іншими одиницями системи, з коефіцієнтом 1.

Одиниці, які не належать ні до основних, ні до похідних одиниць цієї системи, називаються додатковими (радіан – рад; стерадіан – ср), а одиниці, що не входять у цю систему, є позасистемними (тонна – т; літр.– л;  градус  – ° та ін.).

До позасистемних належать також відносні одиниці: відсоток – %, проміле – ‰, мільйонна частка – млн-1.

Позасистемними є також логарифмічні одиниці, що визначаються з відношення двох значень величин: бел  – Б; децибел – дБ; октава – окт; декада – дек.

Таблиця 2.1

Префікси для утворення десяткових кратних і часткових одиниць

Множник

Префікс

Позначення префікса

Множник

Префікс

Позначення префікса

міжна-родне

україн-ське

міжна-родне

україн-ське

1018

екса

E

Е

10-1

деци

d

д

1015

пета

P

П

10-2

санти

c

с

1012

тера

T

Т

10-3

мілі

m

м

109

гіга

G

Г

10-6

мікро

μ

мк

106

мега

M

М

10-9

нано

n

н

103

кіло

k

к

10-12

піко

p

п

102

гекто

h

г

10-15

фемто

f

ф

101

дека

da

да

10-18

атто

a

а

Одиниця, що в ціле число разів більша за системну або позасистемну, називається кратною одиницею, а одиниця, що в ціле число разів менша за системну або позасистемну, називається частковою одиницею.

2.2. Системи фізичних одиниць. Міжнародна система СІ

СІ є розвитком метричної системи мір, яка була створена французькими вченими й уперше широко впроваджена після Великої французької революції. До введення метричної системи одиниці вимірювання вибиралися випадково й незалежно одна від одної, тому перерахування з однієї одиниці в іншу було складним. Крім того, у різних місцях застосовувалися різні одиниці, іноді з однаковими назвами. Метрична система повинна була стати зручною і єдиною системою мір і ваг.

У 1799 р. були затверджені два еталони – для одиниці довжини (метр) і для одиниці маси (кілограм).

У 1874 р. була введена система СГС, що базувалася на трьох одиницях – сантиметр, грам і секунда. Були також введені десяткові префікси від мікро до мега.

У 1889 р. 1-а Генеральна конференція з мір і ваг прийняла систему мір, подібну до СГС, яка базувалася на метрі, кілограмі й секунді, тому що ці одиниці були визнані більш зручними для практичного використання.

Надалі були введені базові одиниці для фізичних величин у галузі електрики й оптики.

У 1960 р. XI Генеральна конференція з мір і ваг прийняла стандарт, що вперше одержав назву „Міжнародна система одиниць  СІ”.

У 1971 р. на XIV Генеральній конференції з мір і ваг було внесено зміни в СІ, зокрема, додано одиницю кількості речовини (моль).

 

Рис. 2.1. Міжнародний еталон метра, що використовувався з 1889 до 1960 року.

Основними одиницями СІ є метр, кілограм, секунда, ампер, кельвін, кандела, моль, а додатковими – радіан та стерадіан.

Розмірність основних величин системи – це їх позначення, наприклад L, M, Т, а розмірність похідної величини X має, наприклад, вигляд:

                               dim X=LαMβTγ,                                          (2.1)

де α, β, γ – показники розмірності.

Метр  (позначення:  м,  m; від  давньогрецьк.  мέτρον міра, вимірювач)  одиниця вимірювання довжини та відстані в СІ. Метр дорівнює відстані, яку проходить світло у вакуумі за проміжок часу, що дорівнює  1/299 792 45  секунди.

Кілограм (позначення: кг, kg) – одиниця вимірювання маси, одна з основних одиниць СІ.

Кілограм визначається як маса еталона кілограма, що зберігається в Міжнародному бюро мір і ваг (розташовано в м. Севр біля Парижа). Це  циліндр діаметром і висотою 39 мм із платино-іридієвого сплаву     (90 % платини, 10 % іридію) (рис. 2.2). Спочатку кілограм визначався як маса одного кубічного дециметра (літра) чистої води при температурі 4°C і стандартному атмосферному тиску.

Секунда (позначення: s, с)одиниця вимірювання часу, одна з основних одиниць СІ та СГС.

Одна секунда – це інтервал часу, що дорівнює 9 192 631 770 періодам випромінювання й відповідає переходу між двома надтонкими рівнями основного стану атома цезію-133 за відсутності збурення зовнішніми полями.

Таблиця 2.2

Основні та додаткові одиниці СІ

Величина

Одиниця

назва

розмірність

назва

позначення

міжнародне

українське

Довжина

L

Метр

m

м

Маса

M

Кілограм

kg

кг

Час

T

Секунда

s

с

Сила електричного струму

I

Ампер

A

А

Термодинамічна температура

Q

Кельвін

K

К

Кількість речовини

N

Моль

mol

моль

Сила світла

J

Кандела

cd

кд

Плоский кут

-

Радіан

rad

рад

Тілесний кут

-

Стерадіан

sr

ср

Рис. 2.2. Еталон кілограма

Ампер (позначення: А) – одиниця вимірювання сили електричного струму в системі СІ.

Ампер дорівнює силі такого постійного струму, який, проходячи по двох прямих паралельних провідниках нескінченної довжини з незначним поперечним перерізом, розташованих на відстані в 1 метр один від одного у вакуумі, створював би між цими провідниками силу, що дорівнювала б 2·10−7  ньютонам на метр довжини.

Ампер названий на честь французького фізика Андре Ампера.

Ке́львін (позначення: K) – одиниця вимірювання температури в СІ, запропонована в 1848 році.

Один кельвін дорівнює 1/273,16 термодинамічної температури потрійної точки води. Початок шкали (0 К) збігається з абсолютним нулем. Кельвін за розміром збігається із градусом Цельсія.

Одиниця названа на честь англійського фізика Вільяма Томсона, який за королівським указом одержав титул барона Кельвіна Ларгського з Айршира. У свою чергу, це звання пішло від річки Кельвін, що протікає через територію університету в Глазго.

Кандела (позначення: кд, cd) – одиниця вимірювання сили світла. Це одна з семи основних одиниць вимірювання системи СІ. Вона дорівнює силі світла  монохроматичного випромінювання частотою 540·1012 Гц, що випускається в заданому напрямку джерелом,  енергетична сила світла якого в цьому напрямку становить 1/683 Вт/ср.

Вибрана частота відповідає зеленому кольору. Людське око має найбільшу чутливість у цій зоні спектра. Якщо випромінювання має іншу частоту, то для досягнення тієї ж сили світла потрібна більша енергетична інтенсивність.

Раніше кандела визначалася як сила світла, випромінюваного чорним тілом перпендикулярно поверхні площею 1/60 см² при температурі плавлення платини (2042,5 К). У сучасному визначенні коефіцієнт 1/683 обраний таким чином, щоб нове визначення відповідало старому.

Моль (позначення:  моль, mol) – одиниця вимірювання кількості речовини в СІ. Відповідає кількості речовини, що містить стільки специфікованих структурних одиниць (атомів, молекул, іонів, електронів або будь-яких інших часток), скільки міститься атомів у 0,012 кг ізотопу вуглецю 12C.

Кількість часток в одному молі будь-якої речовини постійна й зветься числом Авогадро (NA).

NA = 6,02214179(30)∙1023 моль−1.                          (2.2)

Радіан (позначення:  рад, rad) дорівнює куту між двома радіусами кола, дуга між якими дорівнює радіусу.

Стерадіан (позначення: ср, cr) дорівнює тілесному куту з вершиною в центрі сфери, який вирізає на поверхні сфери площу, що дорівнює площі квадрата зі стороною, яка дорівнює радіусу сфери.

2.3. Похідні одиниці системи СІ

Похідні одиниці можуть бути виражені через основні за допомогою математичних операцій множення й ділення. Деяким з похідних одиниць для зручності присвоєні власні назви. Такі одиниці теж можна використати в математичних виразах для утворення інших похідних одиниць.

Математичний вираз для похідної одиниці вимірювання випливає з фізичного закону, за допомогою якого ця одиниця вимірювання визначається, або визначення фізичної величини, для якої вона вводиться. Наприклад, швидкість – це відстань, яку тіло проходить за одиницю часу; відповідно, одиниця вимірювання швидкості – м/с (метр на секунду).

Часто одна й та сама одиниця може бути записана по-різному, за допомогою різного набору основних і похідних одиниць (див., наприклад, останній стовпчик у табл. 2.3).

Однак на практиці використовуються встановлені (або просто загальноприйняті) вирази, що якнайкраще відбивають фізичний зміст величини. Наприклад, для запису значення моменту сили варто використати Н·м, і не слід брати м·Н або Дж.

Деякі одиниці, що не входять у СІ, за рішенням Генеральної конференції з мір і ваг „допускаються для використання разом із СІ”.

Крім того, Держстандарт дозволяє застосування таких одиниць: град, світловий рік, кіловат-година, вольт-ампер, вар, ампер-година, карат, текс,  оберт за секунду, оберт за хвилину. Дозволяється застосовувати одиниці відносних і логарифмічних величин, такі як відсоток, октава, декада. Можна також застосовувати одиниці часу, що широко використовуються на практиці,  наприклад, тиждень, місяць, рік, століття, тисячоліття.

Таблиця 2.3

Похідні одиниці вимірювання з власними назвами

Величина

Одиниця вимір.

Позначення

Вираз

українська назва

міжнародна назва

українське

міжнародне

Плоский кут

радіан

radian

рад

rad

м·м−1 = 1

Тілесний кут

стерадіан

steradian

ср

sr

м-2·м2 = 1

Температура за шкалою Цельсія

градус Цельсія

degree Celsius

°C

°C

K

Частота

герц

hertz

Гц

Hz

с−1

Сила

ньютон

newton

Н

N

кг·м/c²

Енергія

джоуль

joule

Дж

J

Н·м = кг·м²/c²

Потужність

ват

watt

Вт

W

Дж/с = кг·м²/c³

Тиск

паскаль

pascal

Па

Pa

Н/м² = кг·м−1·с−2

Світловий потік

люмен

lumen

лм

lm

кд·ср

Освітленість

люкс

lux

лк

lx

лм/м² = кд·ср·м−2

Електричний заряд

кулон

coulomb

Кл

C

А·с

Різниця потенціалів

вольт

volt

В

V

Дж/Кл = кг·м2·с−3·А−1

Опір

ом

ohm

Ом

Ω

В/А = кг·м2·с−3·А−2

Електроємність

фарад

farad

Ф

F

Кл/В = кг−1·м−2·с4·А2

Магнітний потік

вебер

weber

Вб

Wb

кг·м2·с−2·А−1

Магнітна  індукція

тесла

tesla

Тл

T

Вб/м2 = кг·с−2·А−1

Індуктивність

генрі

henry

Гн

H

кг·м2·с−2·А−2

Електрична провідність

сименс

siemens

См

S

Ом−1 = кг−1·м−2·с3А2

Радіоактивність

бекерель

becquerel

Бк

Bq

с−1

Поглинена доза іонізуючого випромінювання

грей

gray

Гр

Gy

Дж/кг = м2/c2

Ефективна доза іонізуючого випромінювання

зіверт

sievert

Зв

Sv

Дж/кг = м2/c2

Активність каталізатора

катал

katal

кат

kat

моль·с−1

Таблиця 2.4

Позасистемні одиниці вимірювання

Одиниця вимірювання

Міжнародна назва

Позначення

Величина в одиницях СІ

українське

міжнародне

хвилина

minute

хв

min

60 с

година

hour

год.

h

60 хв = 3600 с

доба

day

доб

d

24 год = 86 400 с

градус

degree

°

°

(π/180) рад

кутова хвилина

minute

(1/60)° = (π/10 800)

кутова секунда

second

(1/60)′ = (π/648 000)

літр

litre (liter)

л

l, L

1/1000 м³

тонна

tonne

т

t

1000 кг

бел

bel

Б

B

електрон-вольт

electronvolt

еВ

e

≈1,60217733·10-19 Дж

атомна одиниця маси

unified atomic mass unit

а.о.м.

u

≈1,6605402·10-27 кг

астрономічна одиниця

astronomical unit

а. о.

ua

≈1,49597870691·1011 м

морська миля

nautical mile

миля

1852 м (точно)

вузол

knot

вуз

1 морська миля на годину = (1852/3600) м/с

ар

are

а

a

102 м2

гектар

hectare

га

ha

104 м2

бар

bar

бар

bar

105 Па

ангстрем

ångström

Å

Å

10−10 м

барн

barn

б

b

10−28 м2


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

37460. Особенности философского мышления. Предпосылки, основания и цели познания как предмет философского осмысления 191.5 KB
  Особенности философского мышления. Особенностью и определяющим признаком философского мышления является рефлексивность т. способность к самоотражению – способность мыслить о мышлении – когда в процессе мышления или рассуждения о чем бы то ни было человек одновременно осознает и анализирует основания и схемы своего рассуждения степень точности в построении выводов нормы истинности которым должны соответствовать эти выводы.– пример образец мышления которые формируют правила и способы решения самых различных задач формируют...
37461. Конституционное право России – ведущая отрасль Российского права 281.5 KB
  Конституционное право – это ведущая отрасль национального права, представляющая систему правовых норм, закрепляющих основы конституционного строя, регулирующих отношения между государством и человеком, устройство государства, организацию государственной власти.
37462. Концепции современного естествознания 1.07 MB
  Социокультурный статус науки. Естествознание в системе науки и культуры. Именно через общенаучную картину мира осуществляется взаимопроникновение идей развиваемых в гуманитарных науках в естествознание и наоборот естественнонаучные идеи и принципы приобретая характер общенаучных методологических регулятивов начинают внедряться в гуманитарные науки.Выявление основных парадигм естествознания анализ их смены в динамике культуры эволюционных и революционных преобразований науки.
37463. Экологическое право. Концепции экологического права 667.5 KB
  Эта концепция была подвергнута резкой критике во всем мире. Призывы к торможению экономического развития человечества оценивались как утопичные и реакционные.
37464. Антропология права 2.94 MB
  Ковлер Антропология права Учебник для вузов Издательство НОРМА Издательская группа НОРМА ИНФРА М Москва 2002 УДК 340. руководитель Центра сравнительного правоведения Института государства и права РАН и главный редактор журнала Государство и право в настоящее время судья Европейского Суда по правам человека избранный от Российской Федерации. Специалист в области теории и истории права сравнительного правоведения.