Эталоны единиц физических величин реферат


Подборка по базе: Психология реферат.doc, ПОЛОЖЕНИЕ ДЛЯ ОФОРМЛЕНИЯ РЕФЕРАТА.pdf, Бектұрсын Ділмұрат реферат.docx, 2 РЕФЕРАТ Формы существования языка диалекты, общенародный (прос, География реферат на понедельник.docx, Латыпов Айрат Реферат на тему Роль центрального банка в регулиро, Что такое сенсорные эталоны и какова их роль в познавательном ра, Тимошенко Реферат.rtf, Соединительная ткань, реферат.docx, Лекция №1 Изучение структуры информационной сети, основных функц


Государственное бюджетное профессиональное

образовательное учреждение Ростовской области

«Гуковский строительный техникум»

РЕФЕРАТ
Эталоны основных физических величин

Выполнил

обучающийся 1 курса,

группы 3

Демитренко Дмитрий

Преподаватель

Нижник С.Ф.

Гуково 2020
Содержание

1 Единицы измерений 3

2 Краткая история 4

3 Виды эталонов 5

4 Основные эталоны физических величин 6

4.1 Эталон единиц длины 6

4.2 Эталон единицы массы 7

4.3 Эталон единицы времени 7

4.4 Эталон единицы силы постоянного электрического тока 8

4. 5 Эталон единицы температуры 9

4.6 Эталон единицы силы света 10

4.7 Эталон количества вещества 11

Список литературных источников и электронных ресурсов 11

Введение

Я выбрал для реферата данную тему потому, что при изучении физики особое внимание уделяется точности измерений физических величин при выполнении лабораторных работ и опытных экспериментов. Интересно узнать какие единицы физических величин являются основными и образуют определенную систему, а так же историю их эталонов.

1 Единицы измерений

Физическая величина – одно из свойств физического объекта (физической системы, явления или процесса), общее в качественном отношении для многих физических объектов, но в количественном отношении индивидуальное для каждого из них. Можно сказать также, что физическая величина — это величина, которая может быть использована в уравнениях физики, причем, под физикой здесь понимается в целом наука и технологии.

 Единица измерения физической величины – физическая величина фиксированного размера, которой условно присвоено числовое значение, равное 1, и применяемая для количественного выражения однородных с ней физических величин.

Единицы измерений физических величин подразделяются на основные и производные  (определяются с помощью формул, связывающих их с основными). Совокупность единиц образует определенную систему. Существует несколько систем отличающихся выбором основных единиц. С 1982 года обязательной к применению, как в образовании, так и в науке является система СИ (System International).

В качестве основных единиц в СИ выбрано семь единиц: 

Производные – физические величины, входящие в систему величин и определяемые через основные величины этой системы (например сила F = m·a)

2 Краткая история

Попытка ввести эталоны предпринята ещё в 1136 г. в Великом Новгороде. Там был утверждён устав «О церковных судах, и о людях, и о мерах торговли». «Мерила торговли» включали в себя: «пуд медовый, гривенку рублевую, локоть еваньский». Всем торговым людям предписывалось «торговые все весы и мерила блюсти без пакости, ни умаливати, ни умноживати, а на всякий год извещати…», то есть соблюдать эталоны длины и веса, а также ежегодно сверять с ними свои гири и мерила. Сами же эталоны хранились в церкви Евань (Ивана) на Опоках. Нарушителям закона эталонов устав грозил карами вплоть до «предания казни смертию». Однако плутоватые купцы зачастую мошенничали, надеясь на ловкость рук и на «искупительное покаяние вкупе со мздой Ивану на Опоках». Поговорка всяк купец на свой аршин мерит была верна буквально до начала XIX века, когда появился государственный эталон длины. В царской России всерьёз заинтересовались эталонами только в конце XIX века. Была создана Главная палата мер и весов и заказаны в Англии государственные эталоны длины и массы, согласованные с международными.

По мере развития науки и техники появилась нужда в большом количестве других эталонов. Например, эталон частоты, времени, температуры, напряжения и т. д. Прогресс не только вводил новые эталоны, но и повышал точность старых. Метр в настоящее время определён как длина пути, проходимого светом в вакууме за (1 / 299 792 458) секунды.

3 Виды эталонов

Для обеспечения единства измерений необходима тождественность  единиц, в которых проградуированы все средства измерения одной и той же физической величины. Это достигается путем точного воспроизведения и хранения установленных единиц физических величин и передачи их размеров применяемым средствам измерения. Воспроизведение, хранение и передача размеров единиц осуществляется с помощью эталонов и образцовых средств измерения. Высшим звеном в метрологической цепи передачи размеров единиц измерений являются эталоны.

Эталон представляет собой средство измерения (или комплекс средств измерения), обеспечивающее воспроизведение и хранение единицы физической величины (или одну из этих функций) с целью передачи размера единицы образцовым, а от них рабочим средствам измерения и утвержденное в качестве эталона в установленном порядке, т.е. такая мера, которая служит образом для сравнения с другими.

Виды эталонов

  • Первичный эталон — это эталон, воспроизводящий единицу физической величины с наивысшей точностью, возможной в данной области измерений на современном уровне научно-технических достижений. Первичный эталон может быть национальным (государственным) и международным.
  • Вторичный эталон — эталон, получающий размер единицы непосредственно от первичного эталона данной единицы.
  • Эталон сравнения — эталон, применяемый для сличений эталонов, которые по тем или иным причинам не могут быть непосредственно сличены друг с другом.
  • Исходный эталон — эталон, обладающий наивысшими метрологическими свойствами (в данной лаборатории, организации, на предприятии), от которого передают размер единицы подчинённым эталонам и имеющимся средствам измерений.
  • Рабочий эталон — эталон, предназначенный для передачи размера единицы рабочим средствам измерений.
  • Государственный первичный эталон — первичный эталон, признанный решением уполномоченного на то государственного органа в качестве исходного на территории государства.
  • Международный эталон — эталон, принятый по международному соглашению в качестве международной основы для согласования с ним размеров единиц, воспроизводимых и хранимых национальными эталонами.

4 Основные эталоны физических величин

В 1875 году было создано Международное бюро мер и весов, которое раз в шесть лет собирает Генеральные конференции, где тщательнейшим образом оговариваются все технические условия, в которых происходят физические измерения, а именно учитываются: давление, температура, место, приборы.

Перечислим эталоны основных физических величин системы СИ в исторической последовательности, приведенной в таблице для основных единиц системы СИ.

4.1 Эталон единиц длины

Комплекс средств, воспроизводящих метр в виде 1 650 763,73 длин волн излучения в вакууме, соответствующего переходу между определенными уровнями атома криптона-86. Эталон обеспечивает воспроизведение метра с относительным средним квадратическим отклонением результата измерений, не превышающим 5·10-9.

Метр (от французского metre, от греческого metron – мера) – основная единица длины в Международной системе единиц (СИ). Обозначения: русское – м, международное – m. Символ – L. Метр был в числе первых единиц, для которых были введены эталоны. Первоначально в период введения метрической системы мер за первый эталон метра была принята одна десятимиллионная часть четверти длины Парижского меридиана. В 1799 г. на основе ее измерения изготовили эталон метра в виде платиновой концевой меры (

метр Архива), представлявший собой линейку шириной около 25 мм, толщиной около 4 мм с расстоянием между концами 1 м.

4.2 Эталон единицы массы

Килограмм состоит из национального прототипа килограмма (гири из платиново-иридиевого сплава) и эталонных весов, предназначенных для передачи размера единицы массы вторичным эталонам.

Килограмм (кило – от французского kilo, от греческого chiliоi – тысяча). Дословно килограмм означает тысяча мелких мер весов. Это вторая основная единица в СИ – единица измерения массы вещества – является мерой его инертности и гравитации. Обозначения: кг – русское, kg – международное, символ – М. 1 кг равен массе международного эталона, который хранится в Международном бюро мер и весов.

При появлении в 18 веке метрической системы мер килограмм определяли как вес (в то время не делалось различия между весом и массой) кубического дециметра воды при температуре +40С, температуре наибольшей плотности воды. На базе этого понятия в 1799 году был создан платиновый эталон килограмма, который хранится в Национальном Архиве Франции, и получивший наименование «архивный килограмм». В 1889 году на 1 Генеральной конференции по мерам и весам в качестве прототипа эталона массы была утверждена гиря, имеющая форму цилиндра высотой и диаметром 39мм, и изготовленная из сплава платины и иридия (Рt-90%, Ir-10%). Эта масса приблизительно равна массе одного литра дистиллированной воды при температуре 40С. Такой эталон существует и в настоящее время.

Современный эталон килограмма в Международном

бюро мер и весов в Севре (Франция)

4.3 Эталон единицы времени

 Комплекс средств, воспроизводящих секунду в виде 9 192 631 770 периодов колебаний электромагнитного излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133. Этот эталон является также эталоном единицы частоты – герца. Он обеспечивает воспроизведение единиц с относительным средним квадратическим отклонением результата измерений, не превышающим 1·10-13, при неисключенной относительной систематической погрешности, не превышающей1·10-12.

Секунда (от латинского secunda (divisio) – второе деление) – третья основная единица – единица времени в Международной системе единиц (СИ). Обозначение: по-русски – с, s – международное, символ – Т. Определяется по частотной характеристике спектральной линии атома цезия. Чтобы определить единицы времени необходимо было использовать какой-нибудь циклический процесс. Примером может служить циклическое время Земли вокруг Солнца.

С течением времени ученые убедились, что единицу времени, так же, как единицу длины, лучше всего определять на основе спектроскопического излучения. С появлением лазеров и создания на их основе эталона времени – частоты – длины, нам дается возможность определить секунду с относительной погрешностью не более 10-12. Разрешается использовать кратные и дольные единицы секунды: 1кс= 103с; 1мс=10-3с; 1мкс= 10-6с.

Эталон секунды, основанный на переходах в нейтральных атомах стронция

Трех основных единиц измерения расстояния, массы и времени оказывается достаточно для описания всех физических величин в разделе «механика».

4.4 Эталон единицы силы постоянного электрического тока

Комплекс средств, в состав которых входят токовые весы. В токовых весах, представляющих собой рычажные равноплечие весы, с одной стороны на коромысло действует сила взаимодействия двух соленоидов, обтекаемых постоянным током, а с другой стороны – гиря известной массы. При равновесии весов, сила тока определяется через массу гири, ускорение свободного падения в месте расположения весов и постоянную электродинамической системы (двух соленоидов), зависящую от формы и размеров соленоидов, диаметра сечения провода соленоидов, значения относительной магнитной проницаемости среды и т. д. Таким образом, ампер воспроизводится через основные единицы – метр, килограмм и секунду. Эталон воспроизводит размер ампера с относительным средним квадратическим отклонением результата измерений, не превышающим 4·10-6, при относительной систематической погрешности, не превышающей 8·106.

Ампер (по имени французского физика А.М. Ампера (Ampere)) – сила электрического тока, четвертая основная единица в системе СИ, применяемая для измерения электрических и магнитных физических величин. Обозначения: русское – А, международное – А. Символ – I.

Государственный эталон силы, Всероссийский научно-исследовательский институт

метрологии им. Д.И. Менделеева в Санкт-Петербурге

4. 5 Эталон единицы температуры

 Кельвин был определен ХIII Генеральной конференцией по мерам и весам как единица термодинамическом температуры, равная 1/273,16 части термодинамической температуры тройной точки воды.

Тройная точка воды — это точка равновесия воды в твердой, жидкой и газообразных фазах.

Кельвин – термодинамическая температура является пятой физической величиной, относящейся к основным. Обозначение: русское и международное – К. Символ: .

Название «кельвин» введено в честь Уильяма Томсона (за научные заслуги получившего титул лорда Кельвина). Температура (от латинского слова temperature – соразмерность, нормальное состояние) – это скалярная величина, которая характеризует состояние термодинамического равновесия и теплообмен между телами. Первые термометры в качестве рабочего термометрического тела использовали воздух, жидкость (спирт, ртуть), используя свойство расширяться при нагревании и уменьшать объем при охлаждении.

В эталоне используются ампулы реперных точек Международной температурной шкалы 1990 года (МТШ-90):

  • тройной точки ртути (- 38,8344 °С);
  • тройной точки воды (0,01 °С);
  • точки плавления галлия (29,7646 °С);
  • точек затвердевания: индия (156,5985 °С), олова (231,928 °С), цинка (419,527°С), алюминия (660,323 °С), серебра (961,78 °С)
  • алюминия (660,323 °С), серебра (961,78 °С)

4.6 Эталон единицы силы света

 Кандела – это сила света, испускаемая с площади 1/600000 м2 сечении полного излучателя, в перпендикулярном к этому сечению направление при температуре излучателя, равной температуре затвердевания платины при давлении 101325Па.

Канде́ла (от лат. candela — свеча; русское обозначение: кд; международное: cd) — единица силы света, одна из семи основных единиц Международной системы единиц (СИ). Кандела наиболее точно воспроизводится при помощи эталонного устройства — полного излучателя. Полный излучатель, называемый иногда абсолютно черным телом, представляет собой небольшую трубочку из окиси тория внутренним диаметром около 2,5 мм, погруженную в чистую платину. Платина в свою очередь находится в сосуде, спрессованном из порошка плавленой окиси тория, окруженном порошком из окиси тория. Все это помещено во внешний сосуд из плавленого кварца. Внешний сосуд окружен небольшим числом витков медной охлаждаемой водой трубки. По трубке пропускается ток высокой частоты (около 250 кГц), который нагревает платину до ее расплавления. Вместе с платиной нагревается и трубочка из тория. Свет излучается из полости трубочки через отверстие в верхней ее части. Яркость полного излучателя при температуре затвердевания платины сравнивается с помощью фотометра с яркостью особых ламп накаливания, используемых в качестве вторичных эталонов.

Полный излучатель: 1 – высокочастотный генератор, 2 – полный излучатель, 3 – призма полного внутреннего отражения, 4 – фотометр, 5 – эталонная лампа накаливания.

4.7 Эталон количества вещества

Отдельного эталона моля не существует, по определению — это количество вещества, которое содержит столько молекул (атомов, ионов), сколько атомов в 12 граммах углерода-12, то есть попросту — постоянная Авогадро.
Моль – количество вещества (от лат. moles — количество, масса, счётное множество). Русское обозначение: моль; международное: mol. При применении моля структурные элементы должны быть специфицированы и могут быть атомами, молекулами, ионами, электронами и другими частицами или специфицированными группами частиц.

Старая формула: определяется количеством элементарных объектов в 0,012 кг углерода-12.

Новая формула: определяется числом Авогадро. Один моль теперь содержит ровно 6,022 140 76 × 10^(23) элементарных сущностей.

Список литературных источников и электронных ресурсов

  1. Сена Л.А. «Единицы физических величин и их размерности», издательство «Наука». Главная редакция физико-математической литературы, Москва 2009.
  2. Бурдун Г.Д. Калашников Н.В., Стоцкий Л.Р. «Международная система единиц», издательство «Высшая школа», Москва 2004.
  3. Чертов А.Г. «Физические величины», издательство «Высшая школа», Москва, 2010.
  4. Новосильцев В.Н. «К истории основных единиц СИ», издательство Ростовского Государственного университета, г. Ростов-на-Дону 2005.
  5. https://www.chemistryworld.com/news/king-of-kilograms-is-no-…
  6. studopedia.ru›etaloni-fizicheskih-velichin.html
  7. physicsdepartment.ru›blog/etalony
  1. scienceforum.ru›2018/article/2018001022
  1. ktopoverit.ru›poverka/reestr_etalonov…velichin

Министерство образования Калининградской области
государственное автономное учреждение
Калининградской области
профессиональная образовательная организация
«Колледж сервиса и туризма»

Реферат по метрологии и стандартизации

На тему: «Единицы физических величин»

Выполнила:

Студентка 3 курса

Группы ТП17-2к

Деева В.В

Преподаватель: Овчинникова И.В

Калининград

2020

Содержание

Введение…………………………………………………..3

  1. Физические величины……………………………………4

  2. Понятие о системе физических величин………………..6 

  3. Шкалы величин……………………………………………10 

  4. Случайная погрешность………………………………….13

  5. Основные понятия об эталонах………………………….15

  6. Эталоны основных единиц СИ………………………….17

  7. Заключение……………………………………………….23

Список использованных источников и литературы……23

Введение

Метрология – наука об измерениях физических величин, методах и средствах обеспечения их единства. Основные проблемы метрологии: раз­витие общей теории измерений; установление единиц физических величин и их системы; разработка методов и средств измерений, а также методов определения точности измерений; обеспечение единства измерений, едино­образия средств и требуемой точности измерения; установление эталонов и образцовых средств измерений; разработка методов передачи размеров единиц от эталонов или образцовых средств измерений рабочим сред­ствам измерений и др. Важнейшая роль в решении указанных проблем отводится государственной метрологической службе, имеющей научно-исследовательские институты и разветвленную сеть лаборатории государ­ственного надзора и других организаций.

Цель реферата – рассмотреть эталоны единиц физических величин.

Важной задачей метрологии является создание эталонов физических величин, привязанных к физическим константам и имеющих диапазоны, необходимые для современной науки и техники. Стоимость поддержания мировой системы эталонов весьма велика.

В физике и технике единицы измерения (единицы физических величин, единицы величин) используются для стандартизованного представления результатов измерений. Численное значение физической величины представляется как отношение измеренного значения к некоторому стандартному значению, которое и является единицей измерения. Число с указанием единицы измерения называется именованным.
Для обеспечения единства измерений необходима тождественность единиц, в которых проградуированы все средства измерения одной и той же физической величины. Это достигается путем точного воспроизведения и хранения установленных единиц физических величин и передачи их размеров применяемым средствам измерения. Воспроизведение, хранение и передача размеров единиц осуществляется с помощью эталонов и образцовых средств измерения. Высшим звеном в метрологической цепи передачи размеров единиц измерений являются эталоны.

  1. Физические величины.

Физическая величина – это характеристика одного из свойств физического объекта (явления или процесса), общая в качественном отношении многим физическим объектам, но в количественном отношении индивидуальная для каждого объекта.

Измерением физической величины называют совокупность операций, выполняемых с помощью технического средства, хранящего единицу, или воспроизводящую шкалу физической величины, заключающихся в сравнении (в явном или в неявном виде) измеряемой величины с ее единицей или шкалой с целью получения значения этой величины в форме, наиболее удобной для использования.

В теории измерений принято, в основном, пять типов шкал: наименования, порядка, интервалов, отношений и абсолютная.

Практическая реализация шкал конкретных свойств достигается путем стандартизации единиц измерений, шкал и (или) способов и условий их однозначного воспроизведения. Понятие неизменной для любых точек шкалы единиц измерений имеет смысл только для шкал отношений и интервалов (разностей). В шкалах порядка можно говорить только о числах, приписанных конкретным проявлениям свойства. Говорить о том, что такие числа отличаются в такое-то число раз или на столько-то процентов, нельзя. Для шкал отношений и разностей иногда не достаточно установить только единицу измерений. Так, даже для таких величин, как время, температура, сила света (и другие световые величины), которым в Международной системе единиц (SI) соответствуют основные единицы – секунда, Кельвин и кандела , практические системы измерений опираются так же на специальные шкалы. Кроме того, сами единицы SI в ряде случает базируются на фундаментальных физических константах.

В этой связи можно выделить три вида физических величин, измерение которых осуществляется по различным правилам.

К первому виду физических величин относятся величины, на множестве размеров которых определены лишь отношения порядка и эквивалентности. Это отношение типа «мягче», «тверже», «теплее», «холоднее».

К величинам такого рода относятся, например, твердость, определяемая как способность тела оказывать сопротивление проникновения в него другого тела; температура как степень нагретости тела и т.п.

Существование таких отношений устанавливается теоретически или экспериментально с помощью специальных средств сравнения, а также на основе наблюдений за результатами воздействия физической величины на какие либо объекты.

Для второго вида физических величин отношение порядка и эквивалентности имеет место как между размерами, так и между разностями в парах их размеров. Так, разности интервалов времени считаются равными, если расстояние между соответствующими отметками равны.

Третий вид составляют аддитивные физические величины.

Аддитивными физическими величинами называются величины, на множестве размеров которых определены не только отношения порядка и эквивалентности, но операции сложения и вычитания. К таким величинам относятся длина, масса, сила тока. Их можно измерять по частям, а также воспроизводить с помощью многозначной меры, основанной на суммировании отдельных мер. Например, сумма масс двух тел – это масса такого тела, которое уравновешивает на равноплечих весах первые два.

  1. Понятие о системе физических величин.

Множество физических величин представляет собой некоторую систему, в которой отдельные величины связаны между собой системой уравнений.

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 физических величин содержит основные физические величины, условно принятые в качестве независимых от других величин этой системы, и производные физические величины, определяемые через основные величины этой системы.

Основная физическая величина – физическая величина, входящая в систему единиц и условно принятая в качестве независимой от других величин этой системы.

Производная единица системы единиц – единица производной физической величины системы единиц, образованная в соответствии с уравнением, связывающим ее с основными единицами.

Производная единица называется когерентной, если в этом уравнении числовой коэффициент принят равным единице. Соответственно, система единиц, состоящая из основных единиц и когерентных производных, называется когерентной системой единиц физических величин.

Для каждой физической величины должна быть установлена единица измерения.

Единица физической величины – физическая величин фиксированного размера, которой условно присвоено значение, равное единице, и применяемая для количественного выражения однородных физических величин.

Кроме основных и производных физических величин различают кратные, дольные, когерентные, системные и несистемные единицы.

Число независимых установленных величин равно разности числа величин, входящих в систему, и числа независимых уравнений связи между величинами.

Размерность физической величины – выражение в форме степенного одночлена, составленного из произведений символов основных физических величин в различных степенях и отражающее связь от данной величины с физическими величинами, принятыми в данной системе величин за основные, и с коэффициентом пропорциональности, равным единице.

Показатель размерности физической величины – показатель степени, в которую возведена размерность основной физической величины, входящая в размерность производной физической величины.

Размерности широко используют при образовании производных единиц и проверки однородности уравнений. Если все показатели степени размерности равны нулю, то такая физическая величина называется безразмерной. Все относительные величины (отношения одноименных величин) являются безразмерными.

Систему единиц как совокупности основных и производных единиц впервые в 1832г. предложил немецкий ученый К. Гаусс. Он построил систему единиц, где за основу принял единицы длины (миллиметр), массы (миллиграмм) и времени (секунда), и назвал ее абсолютной системой.

Многообразие единиц измерения физических величин и систем единиц осложняло их применение. Одни и те же уравнения между величинами имели различные коэффициенты пропорциональности. Свойства материалов, процессов выражались различными числовыми значениями. Международный комитет по мерам и весам выделил из своего состава комиссию по разработке единой Международной системы единиц. Комиссия разработала проект Международной системы единиц, который был утвержден XI Генеральной конференцией по мерам и весам в 1960 г. Принятая система была названа Международной системой единиц, сокращенно СИ.

Учитывая необходимость охвата Международной системой единиц всех областей науки и техники, в ней в качестве основных выбрать семь единиц. В механике такими являются единицы длины, массы и времени, в электричестве добавляется единица силы электрического тока, в теплоте – единица термодинамической температуры, в оптике – единица силы света, в молекулярной физике, термодинамике и химии – единица количества вещества. Эти семь единиц соответственно: метр, килограмм, секунда, ампер, Кельвин, кандела и моль – и выбраны в качестве основных единиц 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 неизменяющего тока, который, проходя по двум нормальным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малой площади круглого поперечного сечения, расположенным на расстоянии 1 м 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) – силы 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 веществ системы, содержащей столько же структурных элементов, сколько атомов содержится в углероде-12 массой 0, 012 кг.

Международная система единиц содержит также две дополнительные единицы: для плоского угла – радиан и для телесного угла – стерадиан.

Радиан (рад0 – единица плоского угла, равная углу между двумя радиусами окружности, длина дуги между которыми равна радиусу. В градусном исчислении 1 рад = 570 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.

В международной системе единиц, как и в других системах единиц физических единиц, важную роль играет размерность.

Размерностью называют символическое (буквенное) обозначение зависимости производных величин (или единиц) от основных. Размерность служит качественной характеристикой величины и выражается произведением степеней основных величин, через которые может быть определена.

Основные единицы физических величин

Величина

Наименование русское

Международное

Обозначение

Длина

м

m

метр

Масса

кг

kg

килограмм

Время

с

s

секунда

Сила электрического тока

А

A

ампер

Термодинамическая температура

К

K

кельвин

Сила света

кд

cd

кандела

Количество вещества

моль

mol

моль

Производные единицы физических величин

Физическая величина

Единица измерения

Символ

Выражение через основные единицы

частота

герц

Гц

s-1

сила

ньютон

Н

m*kg*s-2

давление

паскаль

Па

m-1*kg*s-2

энергия

джоуль

Дж

m-2*kg*s-2

мощность

ватт

Вт

m-2*kg*s-3

электрический заряд

кулон

Кл

s*A

разность потенциалов

вольт

В

m-2*kg*s-3*A-1

электрическая емкость

фарада

Ф

m-2*kg-1*s4*A2

сопротивление

омм

Ом

m-2*kg*s-3*A-2

  1. Шкалы величин

Исторически измерения возникли как процесс количественного сравнения оцениваемого свойства предмета с установленной мерой данного свойства. Это было естественно, так как количество оцениваемых свойств было невелико, а основные, наиболее практически востребованные из них (длина, масса, объем) допускали изготовление довольно простых, наглядных и практически удобных мер (в России: мера длины – фут, аршин, сажень; мера массы – золотник, фунт, пуд; мера объема – бутылка, ведро, бочка). Однако уже в то время были в ходу меры, не имевшие материального выражения (меры площади, меры длины большого размера – верста).

С развитием производства и товарообмена количество измеряемых свойств расширялось, многие из них не были столь наглядными, как перечисленные выше, к тому же остро стоял вопрос межгосударственной унификации мер. Как следствие, неизбежен был переход от мер к единицам физических величин. Дальнейшее развитие науки и техники поставило вопрос об измерительном контроле свойств, до недавних пор считавшихся неизменяемыми. Прежде всего, следует отметить качественные свойства. К качественным свойствам можно применять признаки дискретности, упорядоченности и др. если мы представим себе такое качественное свойство, как цвет, то вспомним, что в последнее время широко используются цветовые атласы (наборы), сопоставление с которыми позволяет четко идентифицировать и классифицировать тот или иной оттенок. К нему не применимы традиционные понятия измерений, такие, как больше или меньше, однако можно найти порядок расположения цветов (цветовая гамма) и выстроить шкалу наименований. Подобный подход позволяет сделать вывод о наличии еще более общих признаков, чем единицы измерений, – шкал измерений и распространить понятия и подходы метрологии на практически все многообразие предметов, процессов, явлений – на весь окружающий нас мир.

В настоящее время в соответствии с логической структурой проявления свойств в теории измерений принято различать пять типов шкал измерений:

· шкала наименований (классификаций);

· шкала порядков (рангов);

· шкала разностей (интервалов);

· шкала отношений;

· абсолютная шкала.

Шкала наименований – шкала, элементы (ступени) которой характеризуются только соотношениями эквивалентности (совпадения, равенства и сходства) конкретных качественных проявлений свойств( например, атлас цветов).

Измерения с помощью шкал наименований представляют собой процесс сравнения исследуемого объекта со шкалой и установления элементов шкалы, совпадающих с объектом. В шкалах наименований принципиально невозможно ввести единицы измерений и нулевой элемент (нулевую точку шкалы). Это чисто качественные шкалы. Они допускают проведение некоторых статистических операций при обработке результатов измерений, полученных с их помощью. Для создания шкалы наименований нет необходимости в эталонах, но если эталон шкалы наименований создан, то он воспроизводит весь применяемый на практике участок шкалы.

Шкала порядка (ранга) – шкала, элементы которой допускают логическую взаимосвязь элементов не только в виде отношений эквивалентности (как у шкал наименований), но и отношений порядка по возрастанию или убыванию количественного проявления измеряемого свойства (например, шкалы чисел твердости, баллов землетрясений, и силы ветра).

У шкал порядка (ранга) есть предпосылка для введения единицы измерения, но этого не удается сделать ввиду их абсолютной нелинейности. Также, как и для шкал наименований, для шкал порядка наличие эталонов не является необходимым. В них может быть или может отсутствовать нулевой элемент. Внесение любого изменения в шкалы наименований и порядка невозможно, так как это фактически обозначает создание новой шкалы.

Шкалы разностей (интервалов) – шкала, допускающая дополнительно к соотношениям эквивалентности и порядка суммирования интервалов (разностей) между различными количественными проявлениями свойств (например, шкалы времени, температуры Цельсия).

Шкалы разностей имеют условные (принятые по соглашению) единицы измерений и нулевые элементы, соответствующие характерным (реперным) значениям измеряемой величины. В этих шкалах допустимы линейные преобразования и процедуры статистической обработки результатов измерений.

Шкалы отношений – шкалы, к множеству количественных проявлений которых применимы соотношения эквивалентности и порядка – операции вычитания и умножения (шкалы отношений первого рода – пропорциональные шкалы) и суммирования (шкалы отношений второго рода – аддитивные шкалы).

В шкалах отношений используются условные (принятые по соглашению) единицы измерений и естественные нули (например, шкала термодинамической температуры (шкала первого рода); шкала массы (шкала второго рода)). Шкалы отношений допускают все арифметические и статистические операции.

Абсолютные шкалы – шкалы, обладающие всеми признаками шкал отношений, но дополнительно в них существует естественное однозначное определение единицы измерений. Такие шкалы используются для измерений относительных величин, таких, как, например, коэффициент полезного действия. Абсолютные шкалы могут опираться на эталоны, воспроизводящие любые их участки, но могут быть построены и без эталонов.

Практическая реализация шкал измерений достигается посредством стандартизации как самих шкал и единиц измерений, так и способов и условий их воспроизведения.

  1. Случайная погрешность.

О природе случайных погрешностей, их источниках и путях возникновения известно мало, можно лишь сказать, что существует много причин, вызывающих появление эти погрешностей. Каждая из них незаметно воздействует на результат воздействия, но суммарное их воздействие может вызывать заметные погрешности. В каждый данный момент эти причины проявляют себя по-разному, без закономерной связи между собой, независимо друг от друга. Как следствие, заметные погрешности появляются без закономерной связи с предыдущими и последующими погрешностями.

Теория вероятностей разрабатывает математические методы изучения свойств случайных событий в больших совокупностях. Теория погрешностей, использующая математический аппарат теории вероятностей, основывается на аналогии между появлением случайных погрешностей при многократно повторяемых измерениях и совершением случайных событий. Недостаточное значение природы и происхождения случайных погрешностей не в коей мере не ограничивает эффективность применения вероятностных методов.

Случайной называют такую величину, которая в результате опыта может применять то или иное значение, неизвестно заранее – какое именно. Случайные величины, принимающие только отдельные друг от друга значения, которые можно заранее перечислить, называются прерывными, или дискретными , случайными величинами. Такими величинами являются, например, возможное число очков при бросании кости, возможное число попаданий при ста выстрелах, возможное число горошин в одном килограмме. Величины, возможные значения которых не отделены друг от друга и непрерывно заполняют некоторый промежуток, называются непрерывными случайными величинами. Промежуток, который заполняют подобные величины, может иметь как резко выраженные границы, так и границы неопределенные, расплывчатые. Непрерывными случайными величинами являются длина отрезка линии, промежуток времени, интервал температуры.

Факторы, определяющие возникновение случайных погрешностей проявляются нерегулярно, в различных комбинациях и с интенсивностью, которую трудно предвидеть. Случайная погрешность случайно изменяется при повторных измерениях одной и той же физической величины. Однако, если оперировать исправленными результатами измерений, т.е. такими, из которых исключены систематические погрешности, то чисто случайные погрешности будут обладать следующими свойствами:

– Равные по абсолютной величине положительные и отрицательные погрешности равновероятны;

– Большие погрешности наблюдаются реже, чем малые;

– С увеличением числа измерений одной и той же величины среднее арифметическое погрешностей стремится к нулю, и, следовательно, среднее арифметическое результатов измерений стремится к истинному значению измеряемой величины.

Фактическое значение случайной погрешности, полученное при поверки средства измерения, не характеризуют его точности. Для оценки интервалов значений погрешностей и вероятности появления определенных значений необходимы многократные измерения и использование математического аппарата теории вероятностей.

Наиболее универсальный способ описания случайных величин заключается в отыскании их интегральных или дифференциальных функций распределения.

Интегральной функцией распределения F(x) называют функцию, значение которой для каждого х является вероятностью появления значений хi ( в i-м наблюдении), меньших х:

F ( x )= P { xi ≤ x }= P {-∞

где Р – символ вероятности события, описание которого заключено в фигурных скобках.

  1. Основные понятия об эталонах.

Для обеспечения единства измерений необходима тождественность единиц, в которых проградуированы все средства измерений одной и той же физической величины. Это достигается путем точного воспроизведения и хранения единиц физических величин и передачи их размеров стоящим ниже поверочной схеме средством измерений с помощью эталонов.

Классификация и назначение эталонов, а так же общие требования к их хранению и применению определены в ГОСТ 8.057-80 «ГСИ. Эталоны физических величин. Основные положения».

Перечень эталонов не повторяет перечня физических величин. Некоторые величины воспроизводятся с наивысшей точностью путем косвенных измерений, т.е. путем использования эталонов единиц других величин, связанных с первой определенной зависимостью.

По своему назначению и предъявляемым требованиям различают следующие виды эталонов.

Первичный эталон – обеспечивает воспроизведение и хранение единицы физической величины с наивысшей в стране (по сравнению с другими эталонами той же величины) точностью. Первичные эталоны – уникальные измерительные комплексы, созданные с учетом новейших достижений науки и техники и обеспечивающие единства измерений в стране.

Специальный эталон – обеспечивает воспроизведение единицы физической величины в особых условиях, в которых прямая передача размера единицы от первичного эталона с требуемой точностью не осуществима, и служит для этих условий первичным эталоном.

Первичный или специальный эталон, официально утвержденный в качестве исходного для страны, называется государственным. Государственные эталоны утверждаются Госстандартом, и на каждый их них утверждается государственный стандарт. Государственные эталоны создаются, хранятся и применяются центральными научными метрологическими институтами страны. Вторичный эталон – хранит размеры единицы физической величины, полученной путем сличения с первичным эталоном соответствующей физической величины. Вторичные эталоны относятся к подчиненным средствам хранения единиц и передачи их размеров при проведении поверочных работ и обеспечивают сохранность и наименьший износ государственных первичных эталонов.

По своему метрологическому назначению вторичные эталоны подразделяются на эталоны-копии, эталоны сравнения, эталоны-свидетели и рабочие эталоны.

Эталон-копия – предназначен для передачи размера единицы физической величины рабочим эталоном при большом объеме поверочных работ. Он является копией государственного первичного эталона только по метрологическому назначению, но не всегда является физической копией.

Эталон сравнения – применяется для сличения эталонов, которые по тем или иным причинам не могут непосредственно сличаться друг с другом.

Эталон-свидетель – предназначен для проверки сохранности и неизменности государственного эталона и замены его в случае порчи или утраты. Поскольку большинство государственных эталонов создано на основе использования наиболее устойчивых физических явлений и являются по этому неразрушаемыми, в настоящее время только эталон килограмма имеет эталон-свидетеля.

Рабочий эталон – применяется для передачи размера единицы физической величины рабочим средством измерения. Это самый распространенный вид эталонов, которые используются для проведения поверочных работ территориальными и ведомственными метрологическими службами. Рабочие эталоны подразделяются на разряды, определяющие порядок их соподчинения в соответствии с поверочной схемой.

  1. Эталоны основных единиц СИ.

Эталон единицы времени . Единицу времени – секунду – долгое время определяли как 1/86400 часть средних солнечных суток. Позднее обнаружили, что вращение Земли вокруг соей оси происходит неравномерно. Тогда в основу определения единицы времени положили период вращения Земли вокруг Солнца – тропический год, т.е. интервал времени между двумя весенними равноденствиями, следующими одно за другим. Размер секунды был определен как 1/31556925,9747 часть тропического года. Это позволило почти в 1000 раз повысить точность определения единицы времени. Однако в 1967 году 13-я Генеральная конференция по мерам и весам приняла новое определение секунды как интервала времени, в течении которого совершается 9192631770 колебаний, соответствующих резонансной частоте энергетического перехода между уровнями сверхтонкой структуры основного состояния атома цезия-133 при отсутствии возмущения внешними полями. Данное определение реализуется с помощью цезиевых реперов частоты.

В 1972 году осуществлен переход на систему всемирного координированного времени. Начиная с 1997 года, государственный первичный контроль и государственная поверочная схема для средств измерения времени и частоты определяются правилами межгосударственной стандартизации ПМГ18-96 «Межгосударственная поверочная схема для средств измерения времени и частоты».

Государственный первичный эталон единицы времени, состоящий из комплекса измерительных средств, обеспечивает воспроизведение единиц времени со средним квадратическим отклонением результата измерений, не превышающим 1*10-14 за три месяца.

Эталон единицы длины. В1889 году метр был принят равным расстоянию между двумя штрихами, нанесенными на металлическом стержне Х-образного поперечного сечения. Хотя международный и национальные эталоны метра были изготовлены из сплава платины и иридия, отличающегося значительной твердостью и большим сопротивлением окислению, однако не было полной уверенности в том, что длина эталона с течением времени не изменится. Кроме того, погрешность сличения между собой платино-иридиевых штриховых метров составляет + 1,1*10-7 м (+0,11 мкм), а так как штрихи имеют значительную ширину, существенно повысить точность этого сличения нельзя.

После изучения спектральных линий ряда элементов было найдено, что наибольшую точность воспроизведения единицы длины обеспечивает оранжевая линия изотопа криптона-86. В 1960 году 11-я Генеральная конференция по мерам и весам приняла выражение размера метра в длинах этих волн как наиболее точное его значение.

Криптоновый метр позволил на порядок повысить точность воспроизведения единицы длины. Однако дальнейшее исследование позволило получить более точный эталон метра, основанный на длине волны в вакууме монохроматического излучения, генерируемого стабилизированным лазером. Разработка новых эталонных комплексов по воспроизведению метра привела к определению метра как расстояния, которое проходит свет в вакууме за 1/299792458 долю секунды. Данное определение метра закреплено законодательно в 1985 году.

Новый эталонный комплекс по воспроизведению метра кроме повышения точности измерения в необходимых случаях позволяет так же следить за постоянством платино-иридиевого эталона, ставшего теперь вторичным эталоном, используемым для передачи размера единицы рабочим эталоном.

Эталон единицы массы. При установлении метрической системы мер в качестве единицы времени приняли массу одного кубического дециметра чистой воды при температуре ее наибольшей плотности (40 С).

В этот период были проведены точные определения массы известного объема воды путем последовательного взвешивания в воздухе и воде пустого бронзового цилиндра, размеры которого были тщательно определены.

Изготовленный на основе этих взвешиваний первый прототип килограмма представлял собой платиновую цилиндрическую гирю высотой 39 мм, равной ее диаметру. Как и прототип метра, он был передан на хранение в Национальный архив Франции. В 19 веке повторно осуществили несколько тщательных измерений массы одного кубического дециметра чистой воды при температуре 40 С. При этом было установлено, что эта масса немного (приблизительно на 0, 028г) меньше прототипа килограмма Архива. Для того, чтобы при дальнейших, более точных, взвешиваниях не менять значение исходной единицы массы, Международной комиссией по прототипам метрической системы в 1872г. было решено за единицу массы принять массу прототипа килограмма Архива.

При изготовлении платино-иридиевых эталонов килограмма за международной прототип был принят тот, масса которого меньше всего отличалась от массы прототипа килограмма Архива.

В связи с принятием условного прототипа единицы массы литр оказался не равным кубическому дециметру. Значение этого отклонения (1л=1, 000028 дм3 ) соответствует разности между массой международного прототипа килограмма и массой кубического дециметра воды. В 1964 году 12-я Генеральная конференция по мерам и весам приняла решение о приравнивании объема 1 л к 1дм3 .

Следует отметить, что в момент установления метрической системы мер не было четкого разграничения понятий массы и веса, поэтому международный прототип килограмма считался эталоном единицы веса. Однако уже при утверждении международного прототипа килограмма на 1-й Генеральной конференции по мерам и весам в 1889 году килограмм был утвержден в качестве прототипа массы.

Четкое разграничение килограмма как единицы массы и килограмма как единицы силы было дано в решениях 3-й Генеральной конференции по мерам и весам (1901г).

Государственный первичный эталон и поверочная схема для средств изменения массы определяется ГОСТ 8.021 – 84. Государственный эталон состоит из комплекса мер и измерительных средств:

· национального прототипа килограмма – копии № 12 международного прототипа килограмма, представляющего собой гирю из платино-иридиевого сплава и предназначенного для передачи размера единицы массы гире R1;

· национального прототипа килограмма – копия № 26 международного прототипа килограмма, представляющего собой гирю из платино-иридиевого сплава и предназначенного для проверки неизменности размера единицы массы, воспроизводимый национальным прототипом килограмма – копии № 12, и замены последнего в период его сличений в Международном бюро мер и весов;

· гири R1 и набора гирь, изготовленных из платино-иридиевого сплава и предназначенных для передачи размера единицы массы эталонам – копиям;

· эталонных весов.

Номинальное значение массы, воспроизводимое эталоном, составляет 1кг. Государственный первичный эталон обеспечивает воспроизведение единицы массы со средним квадратическим отклонением результата измерений при сличении с международным прототипом килограмма, не превышающим 2*10-3 мг.

Эталонные весы, с помощью которых производится сличение эталона массы, с диапазоном взвешивания 2*10-3 … 1кг имеют среднее квадратическое отклонение результата наблюдения на весах 5*10-4 … 3*10-2 мг.

Эталоны единицы температуры. Измерение температуры с момента изобретения термометра Галилеем в 1598 году основывалось на применении того или иного термометрического вещества, изменяющего свой объем или давление при изменении температуры.

В 1715 году Фаренгейт создал ртутный термометр и предложил для построения термометрической шкалы две точки: температура смеси льда с солью и нашатырем, которую он обозначил 0, и температуру тела человека, которую он обозначил числом 96.

В 1736 году Реомюр предложил для термометрической шкалы другие две постоянные точки, более удобные для воспроизведения: точку таяния льда 0 и точку кипения воды 80.

В 1742 году Цельсий предложил термометрическую шкалу, в которой расстояние по шкале между точкой таяния льда и точкой кипения воды делилась на 100 частей. Показания термометров такого типа зависели от рода применяемого термометрического вещества, особенностей и условий его теплового расширения.

В 1848 году Кельвин и независимо от него Д.И.Менделеев предложили построить термодинамическую шкалу температур по одной реперной точке, приняв за нее тройную точку воды (точка равновесия воды, находящейся в специальном герметичном сосуде, в твердой, жидкой и газообразной фазах), которую можно воспроизвести с наименьшей погрешностью (0, 0001 К).

Нижней границей температурного интервала в этом случае служит точка абсолютного нуля. Данное предложение полностью было реализовано только в 18954 году, когда после тщательного анализа результатов, полученных в разных лабораториях, признали значение тройной точки воды, равное 273,16К, и точки таяния льда – 273,15К. Таким образом, термодинамическая температура является основной и обозначается символом Т. ее единицей служит кельвин (К), определенный как 1/273,16 часть термодинамической температуры тройной точки воды. Температура (t) в градусах Цельсия (0 С) определяется по формуле:

t=T-T0 ,

где Т0 =273,15К.

Один градус Цельсия равен одному кельвину.

Поскольку воспроизведение термодинамической шкалы по одной реперной точке представляет значительные трудности, в 1968 г ввели Международную практическую температурную шкалу (МПТШ-68). Для ее воспроизведения кроме тройной точки воды использовали еще 10-11 реперных точек, реализуя состояние равновесия между жидкой и газообразной или твердой или жидкой фазами чистых веществ. При воспроизведении шкалы в интервале температур, близких к абсолютному нулю, использовали тройную точку водорода (Т=13,81К). При температурах, близких к 1000К, использовали точки затвердения серебра и золота. Точность воспроизведения кельвина (градуса Цельсия) различна в различных интервалах температур. Наименьшая погрешность (0, 0002К) достигается в тройной точке воды.

В качестве эталонных приборов при воспроизведении шкалы используют платиновый термометр сопротивления (-259,34…+630,740 С) и термопару платинородий-платина (630,74…1064,430 С).

В 1989 году вместо МПТШ-68 была принята новая международная практическая температурная шкала МПТШ-90, позволившая повысить точность воспроизведения кельвина в некоторых интервалах шкалы за счет введения дополнительных реперных точек плавления (точка галлия) и затвердевания (точки индия, алюминия, меди).

Во ВНИИМ им. Д,И.Менделеева созданы два государственных первичных и один специальный эталоны, обеспечивающие единство измерений температуры в диапазоне измерений 273,15…6300К. государственная поверочная схема для средств измерения температуры установлена ГОСТ 8.558-93.

Эталон единицы электрического тока. Ввиду отсутствия возможности на практике определить размер ампера через количество электричества используются другие физические величины, с которыми электрический ток связан определенными зависимостями. Долгое время за один ампер принимали неизменяющийся ток, который, проходя через водный раствор азотно-кислого серебра, при соблюдении приложенной спецификации выделяет 0,001118г серебра в одну секунду.

С 1948 года в качестве эталона ампера были приняты токовые весы, с помощью которых определяли силу взаимодействия между двумя проводниками (в соответствии с определением единицы ампера). Переход к этому эталону был связан с тем, что силу, с которой один проводник действует на другой, можно измерить более точно, чем количество выделенного вещества на электродах.

В настоящее время в связи с введением в метрологическую практику эталонов ома и вольта назначение токовых весов как средства, необходимого для воспроизведения ампера, утратило смысл, поскольку воспроизведение ампера через единицы сопротивления и напряжения повысило точность на два порядка.

Новый государственный первичный эталон ампера состоит из двух комплексов. В первом из них размер ампера воспроизводится через ом и вольт, а во втором – через фарад, вольт и секунду с использованием методов электрометрии.

Эталон и поверочная схема для средств измерения силы тока в диапазоне 30…110А регламентированы ГОСТ 8.022-91.

Эталон единицы силы света. С начала ХХ века в качестве эталонов силы света использовали электрические лампы накаливания, позволяющие сохранять световые единицы с погрешностью не более 0,1%. К концу 1930-х гг. были созданы новые световые эталоны, основанные на полном излучателе (абсолютно черном теле). Начиная с 1980 г. кандела воспроизводится путем косвенных измерений. В диапазоне измерений 30…110кд среднее квадратическое отклонение результата измерений составляет 1*10-3 кд. Государственный первичный эталон канделы и поверочная схема для средств измерений световых величин непрерывного и импульсного излучений регламентированы ГОСТ 8.023-90.

Последняя основная единица системы СИ – моль – не имеет эталона, поскольку является расчетной. Однако в области физико-химических измерений зарегистрированы три государственных эталона, воспроизводящих единицы молярной доли компонентов в газовых средах, объемного влагосодержания нефти и нефтепродуктов, относительной влажности газов.

Заключение.

В реферате были рассмотрены следующие вопросы:

  1. виды эталонов единиц физических величин;

  2. понятие единицы физической величины;

  3. основные положения ГОСТ 8.057-80 ГСИ.

Множественность единиц измерения  являлась серьезным препятствием для дальнейшего развития науки и роста материального производства; отсутствие единства в понимании, определении и обозначении физических величин усложняло международные торговые связи, тормозило научно-технический прогресс в целом. Все это вызвало необходимость строгой унификации единиц и разработки удобной для широкого использования систем единиц физических величин. В основу построения такой системы был положен принцип выбора небольшого количества основных, не зависящих друг от друга единиц, на базе которых с помощью математических соотношений, выражающих закономерные связи между физическими величинами, устанавливались остальные единицы системы.

Список использованных источников и литературы

  1. . Кузнецов В.А., Ялунина Г.В. Основы метрологии. Учебное пособие. – М.: Изд. Стандартов, 1995.

  2. Основы метрологии, стандартизации и контроля качества: Учебное пособие. – М.;2000

  3. Лифиц И.М. Стандартизация, метрология и подтверждение соответствия: учебник. 9-е изд., перераб и доп. – М.:Издательство Юрайт,2010.

  4. СТ 8.057-80. Эталоны единиц физических величин. Основные положения = State system for ensuring the uniformity of measurements. Standards of the unit for physical quantities. General principles. – Переизд. 1980.- Взамен ГОСТ 8.057-73; Введ.01.01.81.-М.: Государственный комитет СССР по стандартам, 1980. – 6 с.

  5. Сергеев А.Г., Крохин В.В. Метрология: Учебное пособие для вузов. – М.; Логос, 2001

15

А. Международная
система единиц физических величин (
SI).

В реферате дайте
описание основных понятий и опишите
следующие позиции:

  1. Основные и
    дополнительные единицы физических
    величин системы SI(наименование величины и её единицы,
    русское обозначение)

  2. Производные
    единицы системы SI, имеющие
    специальные наименования.

  3. Системные и
    внесистемные единицы, допускаемые к
    применению наравне с единицами SI.

  4. Кратные и дольные
    единицы. Дольные единицы, применяемые
    в количественном химическом анализе.

  5. Основные, производные
    и внесистемные единицы, применяемые в
    химии и химической технологии.

  6. Кем устанавливаются
    наименования единиц величин, допускаемых
    к применению в РФ, их обозначения,
    правила написания, а также правила их
    применения?

  7. Каким образом
    передаются единицы величин средствам
    измерений, техническим системам и
    устройствам с измерительными функциями?

Рекомендуемая
литература:

РМГ
29-99 Рекомендации
по межгосударственной стандартизации.
ГСИ.
Метрология. Основные термины и определения.

ГОСТ 8.417- 2002 ГСИ.
Единицы величин.

ФЗ
от
26 июня 2008 года N 102-ФЗ

“Об обеспечении единства измерений”

Б. Опишите, что
представляют собой первичные эталоны
единиц массы (1 кг), времени (1 с), длины
(1 м), количества вещества (1 моль),
температуры (1 К), силы тока (1 А).

Рекомендуемая
литература:

РМГ 29-99 ГСИ.
Метрология. Основные термины и определения.

Основы
метрологии. Часть 1. / Богомолов Ю.А. и
др. – М.: МИСИС, 2000 – 178 с.

Сергеев А.Г., Крохин
В.В. Метрология. М.: Логос, 2000.– 408 с.

Кузнецов В. А.,
Ялунина Г.В. Основы метрологии. – М.: ИПК
Изд-во стандартов, 1998.–

Ройтман М.С.
Квантовая метрология. – Томск: Изд-во
ТПУ, 2004. – 188 с.

В. Опишите, что
представляют собой стандартные образцы
состава и свойств веществ (материалов),
какова их основная роль в измерениях и
какие требования, согласно ФЗ
Об
обеспечении единства измерений”
2008
года,
предъявляют к ним в РФ?

Рекомендуемая
литература:

РМГ
29-99 Рекомендации
по межгосударственной стандартизации.
ГСИ.
Метрология. Основные термины и определения.

ГОСТ
8.315-97 ГСИ. Стандартные образцы состава
и свойств веществ и материалов. Основные
положения.

ФЗ
от
26 июня 2008 года N 102-ФЗ

“Об обеспечении единства измерений”

Г. Изложите кратко
требования к эталонам единиц величин
в РФ согласно ФЗ
“Об обеспечении
единства измерений”
2008
года.

Рекомендуемая
литература:

ФЗ
от
26 июня 2008 года N 102-ФЗ

“Об обеспечении единства измерений”

Реферат 7 классификация измерений

А. Опишите
классификацию измерений по различным
признакам. Определите, какие из признаков
связаны со средством измерения, какие–с условиями проведения
измерений, какие–с
обработкой результатов измерения.

Б.Перечислите
с
феры измерений, на которые
распространяется государственное
регулирование обеспечения единства
измерений.

В. Изложите
кратко требования к измерениям, на
которые распространяется государственное
регулирование обеспечения единства
измерений в РФ согласно ФЗОб
обеспечении единства измерений”
2008
года.

Рекомендуемая
литература:

ФЗ
от
26 июня 2008 года N 102-ФЗ

“Об обеспечении единства измерений”

Сергеев А.Г., Крохин
В.В. Метрология. М.: Логос, 2000.– 408 с.

Радкевич Я.М.,
Лактионов Б.И. Метрология, стандартизация
и взаимозаменяемость. Книга 1. -–Метрология.
– М.: МГУ, 1996. – 214 с.

Кузнецов
В. А., Ялунина Г.В. Основы метрологии. –
М.: ИПК Изд-во стандартов, 1998.–
336с.

Основы метрологии.
Часть 1. / Богомолов Ю.А. и др. – М.: МИСИС,
2000 – 178 с.

Сергеев А.Г., Латышев
М.В. Сертификация. – М.: Логос, 1999. – 247 с.

Соседние файлы в папке Модуль 2_Метрология

  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #

Эталоны основных физических величин

Реферат

Эталоны основных физических величин


Размеры физических величин, взятых за основу, определяют величины всех
последующих производных единиц системы, получаемых с использованием
функциональной зависимости этих величин от основных. Поэтому особое внимание
уделяется точности измерений основных величин. Для этого на каждом этапе
развития науки и техники создается эталон, т.е. такая мера, которая
служит образом для сравнения с другими. Для этого существует специальный и
довольно сложный раздел метрология, который определяет весь набор физических
констант с учетом всех параметров для их определения. Поэтому в 1875 году было
создано Международное бюро мер и весов, которое раз в шесть лет собирает
Генеральные конференции, где тщательнейшим образом оговариваются все
технические условия, в которых происходят физические измерения, а именно
учитываются: давление, температура, место, приборы.

Перечислим эталоны основных физических величин системы СИ в исторической
последовательности, приведенной в таблице для основных единиц системы СИ.

) метр (от французского metre, от греческого metron
– мера) – основная единица длины в Международной системе единиц (СИ).
Обозначения: русское – м, международное – m. Символ – L.

Первоначально метр был определен во Франции в 1791 году как одна
десятимиллионная (1,0*10-7) часть четверти длины Парижского географического
меридиана, т. е. как «естественная» единица длины и связана с каким- либо
практически неизменным объектом природы. Размер 1 метра впервые был определен Ж.
Д’ Аламбером и П. Мешеном, используя геодезические и астрономические измерения,
а первый эталон метра в 1799 году изготовил французский мастер Ленуар под
руководством Ж. Берда в виде концевой меры длины – линейки шириной около 25мм и
толщиной 4 мм, с расстоянием между концами, равным принятой единицы длины 1м.
Материалом была платина. Этот эталон метра был передан на хранение в
Национальный Архив Франции в честь чего и получил название «архивного метра». В
других странах создавали свои национальные эталоны. Но эталон метра Ленуара
оказался неудобен для поверок, т. к. длина 1м на нем определялась только
концами, а доли невозможно было определить без штрихов.

Поэтому появилась потребность найти такой эталон метра, чтобы,
отказавшись от эталонов национального и «естественного» характера, он оказался
принятым во всех странах. По решению Международного метрического комитета
(1872) был изготовлен 31 эталон в виде штриховой меры брус из сплава платины и
иридия в соотношениях: Рt
(90%) – Ir (10%).

Однако
повышающиеся с каждым годом научные требования к точностям измерений расстояний
привели к мысли о создании эталона метра, связав его с «естественной» мерой. С
1960 года 11 Генеральной конференцией по мерам и весам установлен эталон метра
определять, используя соотношение , где с –
скорость электромагнитных волн в вакууме, n – частота
излучения.

Определение
метра, положенное в основу Международной системы единиц в качестве эталона в
1960 году, гласило: «метр – длина, равная 1 650 763,73 длины в вакууме
излучения, соответствующего переходу между уровнями 2
P10
и 5
d5 атома криптона – 86 ».

В
этом определении используются 2 преимущества: 1. длина волны этой линии имеет
стабильную ширину; 2. эта ширина наиболее узкая. Воспроизведение метра
осуществляется криптоновым эталоном единицы длины.

С
появлением лазеров – источников излучения более высокой степени когерентности –
создан единый эталон частоты – времени – длины, где используется
соотношение . Здесь  – длина
электромагнитной волны видимого измерения, а = 299 792
458 – скорость света в вакууме. Поэтому определением
метра согласно решению 17 Генеральной конференции по мерам и весам с 1983 года
считается: «метр – длина пути, проходимого в вакууме светом за  доли секунды».

Кратные
и дольные единицы измерения длины, установленные СИ рекомендованы: 1км=103м;
1см=10-2м; 1мм=10-3м; 1мкм=10-6м.

)
килограмм (кило… – от французского kilo, от
греческого chiliоi – тысяча). Дословно килограмм означает тысяча мелких
мер весов. Это вторая основная единица в СИ – единица измерения массы вещества
– является мерой его инертности и гравитации. Обозначения: кг – русское, kg –
международное, символ – М. 1 кг равен массе международного эталона,
который хранится в Международном бюро мер и весов.

При
появлении в 18 веке метрической системы мер килограмм определяли как вес (в то
время не делалось различия между весом и массой) кубического дециметра воды при
температуре +40С, температуре наибольшей плотности воды. На базе этого понятия
в 1799 году был создан платиновый эталон килограмма, который хранится в Национальном
Архиве Франции, и получивший наименование «архивный килограмм». В 1889 году на
1 Генеральной конференции по мерам и весам в качестве прототипа эталона массы
была утверждена гиря, имеющая форму цилиндра высотой и диаметром 39мм, и
изготовленная из сплава платины и иридия (Рt-90%, Ir-10%). Эта масса
приблизительно равна массе одного литра дистиллированной воды при температуре
40С. Такой эталон существует и в настоящее время.

Как
сказано выше, между массой и весом длительное время не существовало различия,
поэтому «килограмм» считали эталоном веса и массы. И только в 1901 году на 3
Генеральной конференции по мерам и весам был положен конец существовавшей
путанице. Ее резюме: «килограмм – единица массы – представлен массой
международного прототипа килограмма»
. Это определение сохранилось до
настоящего времени. Относительная погрешность сличения килограмма с прототипом
не более 2*10-9, т.е. килограмм является невоспроизводимым, т.к. он не
относится к таким единицам, которые можно определить через неизменные
константы, взятые из законов природы. Поэтому он при такой погрешности еще
удовлетворяет современным требованиям физики и техники.

)
секунда (от латинского secunda (divisio) – второе деление) – третья основная единица –
единица времени в Международной системе единиц (СИ). Обозначение: по-русски –
с, s – международное, символ – Т. Определяется по
частотной характеристике спектральной линии атома цезия. «Секунда – интервал
времени, равный 9 192 631 770 периодам излучения, соответствующего переходу
между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия – 133
». Такое
определение секунды принято 13 Генеральной конференцией по мерам и весам в 1967
году. Чтобы определить единицы времени необходимо было использовать
какой-нибудь циклический процесс. Примером может служить циклическое время
Земли вокруг Солнца.

Ранее
интервал времени определялся из астрономических соображений, одной секундой
считалось отношение  часть средних солнечных суток. По солнечным часам
можно определить время только в светлое время суток, а не в пасмурную погоду.
Тогда возникла мысль, «а нельзя ли использовать какой-либо другой периодический
процесс для повышения точности при определении времени». Так начали появляться
песочные, водяные, механические часы.

В
1583 году Галилей стал время периодических колебаний люстры в Пизанском соборе
сравнивать с числом ударов своего пульса. На основании этого он предложил
Генеральным Штатам Нидерландов свое изобретение на основе колебания люстры –
маятниковые часы, точность хода которых могли быть выше. Очередным шагом в
повышении точности измерения времени стало создание в 1910 году английским
конструктором Шортом точных астрономических часов, которые с течением времени усовершенствовались.

Кварцевые
часы, построенные с использованием колебательного процесса в квантовых
генераторах давали погрешность 1,0*10-5 с.

В
1955 году 9 Ассамблея Международного астрономического союза предложила секунду
связать с тропическим годом, который считается, как промежуток времени между
двумя последовательными прохождениями Солнца через точку весеннего
равноденствия. Однако продолжительность тропического года в действительности,
хотя медленно (на 0,5 с в столетие), но меняется из-за прецессии земной оси и
других возмущений.

Исходя
из этой рекомендации, 11 Генеральная конференция по мерам и весам в 1960 году
приняла следующее определение секунды: «Секунда –  тропического года для 1900 года января 0 в 12 часов
эфемероидного времени. Размер секунды равен средней продолжительности секунды
за последние 300 лет. Это определение было связано с естественным эталоном
времени. Относительная погрешность определения, таким образом, времени
составила 10-7.

С
течением времени ученые убедились, что единицу времени, так же, как единицу
длины, лучше всего определять на основе спектроскопического излучения.

Для
повышения точности исследования ученых привели к созданию атомных часов. На
основании всестороннего изучения атомных часов 13 Генеральная конференция по
мерам и весам в октябре 1967 года решила заменить эталон времени, основанный на
астрономических наблюдениях, атомным эталоном времени, формулировка которого
приведены выше. Воспроизвести размер секунды можно с точностью до 10-11 в
цезиевом эталоне частоты.

Переход
к атомным стандартам длины и времени оказалось неизбежным, как правило, потому,
что, во-первых, спектроскопия оказалось самым точным разделом физики,
во-вторых, атомные стандарты являются необычайно стабильными, так как они
практически не зависят от давления, температуры и времени, ни даже от
космических катастроф. Этим недостатком страдают предыдущие эталоны
«стандартного» метра, который хранят под стеклянным колпаком при постоянной
температуре в железном шкафу в глубоком подвале, три ключа от которого
находятся у трех совершенно разных должностных лиц, и другими
предосторожностями.

Не
лучше обстоит дело с эталоном секунды, связанного с естественными физическими
процессами обращения Земли вокруг Солнца. При изменении орбиты Земли в связи со
столкновениями с каким-нибудь космическим телом неизбежно меняется
продолжительность секунды. Чего нельзя сказать об атомном стандарте секунды,
который не меняется в силу особой устойчивости и неизменности атомных законов,
на основании которых установлены эти эталоны.

С
появлением лазеров и создания на их основе эталона времени – частоты
– длины
, нам дается возможность определить секунду с относительной
погрешностью не более 10-12.

Разрешается
использовать кратные и дольные единицы секунды: 1кс= 103с; 1мс=10-3с; 1мкс=
10-6с.

Сохраняются
ли эти величины эталонов, если перейти в область макро- и микро- расстояний,
т.е. при переходе к довольно большим и малым расстояниям, и малым промежуткам
времени. Общепризнанного ответа на подобные вопросы не существует. Так размеры
длины волны де Бройля для Земли, считающейся волновым процессом, порядка 10-63м
невозможно себе представить с точки зрения наших представлений. К понятию
размера электрона тоже трудно подойти, оно неопределенно, нигде в справочниках
вы не встретите размеров электрона. Еще в теориях размеров атомов можно
применять понятия «длина», «масса», «время». Они еще сохраняют свои значения, и
расстояния порядка 10-10м, атомную массу 10-27кг и промежуток времени 10-17с
еще как-то воспринимаются разумом. Нечто подобное воспринимается и при
использовании астрономических размеров между Галактиками. Здесь также как и в
микрообластях, невозможно воспринимать словосочетания «расстояния в несколько
миллиардов световых лет», которые можно посчитать довольно легко. Это
расстояние, которое проходит луч света со скоростью  за время его движения

лет=

т.е.
.

Действительно,
невозможно представить себе, как понимать эти микро и макроскопические
расстояния, массы и времени.

Трех
основных единиц измерения расстояния, массы и времени оказывается достаточно
для описания всех физических величин в разделе «механика».

)
ампер (по имени французского физика А.М. Ампера (Ampere))
– сила электрического тока, четвертая основная единица в системе СИ,
применяемая для измерения электрических и магнитных физических величин.
Обозначения: русское – А, международное – А. Символ – I.

Впервые
в связи с развитием электричества, электрической энергии, производимой
электродвигателями, возник вопрос о расширении введения основных единиц для
разделов физики «электричества» и «магнетизма». По решению первого конгресса
электриков в 1881 году единица силы тока получила название ампер: «1
ампер – ток, производимый напряжением в 1 вольт, в цепи, имеющий сопротивление
1Ом». Трудности воспроизведения ампера привели в 1883 году на Всемирном
конгрессе в Чикаго к введению международных электрических единиц, основанных на
вещественных эталонах. В качестве эталона решили брать ампер, исходя из
прохождения тока через электролит (явление электролиза). Международный ампер
был определен «как сила такого неизменяющегося тока, который, проходя через
водный раствор азотнокислого серебра, выделяет 0,00111800 г серебра в секунду»,
т. е. 1 грамм – эквивалент серебра – 1,1180мг (закон Фарадея для электролиза: ).

Успехи
в области измерений электрических величин и дальнейший технический и научный
прогресс привели к необходимости отказа от такого эталона, связанного с не
очень точной воспроизводимостью. Осенью 1935 года члены Консультативного
Комитета по электричеству по предложению Сирса приняли эталон, исходя из закона
Ампера о взаимодействии параллельно расположенных двух проводников с током

F=,

где
=410-7 – магнитная постоянная; I1 и I2 –
силы тока в проводниках;  – длина проводника;  –
расстояние между двумя параллельными проводниками.

«Ампер
– равен силе неизменяющегося тока, который при прохождении по двум
прямолинейным параллельным проводникам бесконечной длины и ничтожно малой
площади кругового поперечного сечения, расположенными в вакууме на расстоянии
один метр один от другого, вызвал бы на каждом участке проводника длиной один
метр силу взаимодействия, равную 2*10-7 ньютон».

Эталоном
ампера являются токовые весы, которые воспроизводят значение силы тока с
довольно высокой точностью. Относительная погрешность воспроизведения единицы
силы тока государственным первичным эталоном не превышает 10-5 .

)
кельвин – термодинамическая температура является пятой физической
величиной, относящейся к основным. Обозначение: русское и международное – К.
Символ: .

Название
«кельвин» введено в честь Уильяма Томсона (за научные заслуги получившего титул
лорда Кельвина). Температура (от латинского слова temperatura –
соразмерность, нормальное состояние) – это скалярная величина, которая
характеризует состояние термодинамического равновесия и теплообмен между
телами.

Введению
понятия «градус температуры» мы обязаны античным медикам. Идея использования
свойства воздуха расширяться при нагревании пришла Герону Александрийскому, а
впоследствии Галилею в 1592 году для создания прибора, измеряющего температуру
тела. В книге «Математический чудотворец» Каспара Эне, вышедшей в 1636 году,
описана одна из первых температурных шкал, т. е. система сопоставимых тепловых
значений температуры. Температуру непосредственно измерить нельзя, а о её
изменении можно судить по изменению других физических свойств (объёма,
давления, активного электрического сопротивления и т.д.) с использованием
определенных линейных закономерностей.

Первые
термометры в качестве рабочего термометрического тела использовали воздух,
жидкость (спирт, ртуть), используя свойство расширяться при нагревании и
уменьшать объем при охлаждении. Реперные (от слова reper –
по-французски – метка) точки выбирались по-разному. В 1665 году Гюйгенс
предложил реперные точки связать с водой, с её способностью менять фазу
(замерзать и кипеть). В разное время появились шкалы Д. Фаренгейта (1724г.), А.
Цельсия (1742г.), Ранкена, Реомюра (1730г.). В шкале Цельсия за начало отсчета
(0 0С) принята температура таяния льда (затвердевания воды), а за (100 0С)
температура кипения воды (хотя сначала было наоборот). 10С равен одной сотой () части этого интервала между кипением и
затвердеванием воды. (10С=0,80R Реомюра; 10С=1,80 F по
Фаренгейту). Приведем соотношения для перевода температуры из одной шкалы в
другую n0C=0,8n 0R=(1,8n+32) 0F.

Трудности
использования температурных шкал на основе конкретных термометрических тел начинали
проявляться при измерении низких температур (ртуть также замерзает). Поэтому
возникли мысли о создании температурной шкалы, не зависящей от конкретного
термометрического тела, а на основе молекулярно – кинетической природы тепла
(поскольку кинетическая энергия всегда положительна, то и температура всегда
положительна). Поэтому такая температура называлась «абсолютной температурой».
Недостатки всех предшествующих температурных шкал отсутствуют у термометра,
основанного на математической записи второго начала термодинамики для
идеального цикла Карно

,

Где
 – количество теплоты, полученной от нагревателя при
температуре Т1,  – количество теплоты, отданной холодильнику при
температуре Т2. Здесь отношения  и  не зависят от свойств термометрического вещества. Температурная
шкала такого типа носит название термодинамической температурной шкалы.

Как
предсказывали У. Кельвин и независимо от него Д.И. Менделеев эту температурную
шкалу можно построить на основании одной реперной точки. Такой реперной точкой
взята тройная точка воды, температура которой принята 273,16 К (точно), что
соответствует 0,01 0С. До 1968 года температура измерялась в градусах Кельвина . Единица термодинамической температуры «кельвин»
выбрана таким образом, чтобы использовать единицу стоградусной шкалы Цельсия,
т.е. чтобы 1 кельвин, как температурный интервал был равен такому интервалу,
выраженную в градусах Цельсия . Хотя
это приблизительно, т.к. , а .

В
качестве второй реперной точки выбрана точка абсолютного нуля. Соотношение
между температурами шкалами Цельсия и термодинамической определяется:

Т
К= t 0C+273,160С; nK=n 0C.

nK=1,8 n 0Ra –
температурная шкала Ранкина.

Здесь точка таяния льда соответствует 491, 67 0Ra, а точка кипения воды – 671,67 0Ra.

10 Генеральная конференция по мерам            и весам в 1954 году
утвердила следующее определение кельвина: «Термодинамическая температура
тройной точки воды содержит точно 273,16 кельвин (К)»

В
октябре 1967 года 13 Генеральной конференцией мер и весов дано определение,
которое действует и поныне. Итак: «кельвин – единица термодинамической
температуры, равная
 термодинамической температуры тройной точки воды».

Определение
термодинамической температуры на основе цикла Карно является довольно
затруднительным. Первой термодинамической шкалой воспроизводилась шкала с
помощью водородного термометра. Но проводимые исследования водородных
термометров показали их недостатки: 1) ниже -200 0С ими пользоваться нельзя, т.
к. водород приближается к своей точке кипения (tk=-252,87 0C) и
не подчиняется законам идеальных газов; 2) выше температуры + 100 0С водород
либо вступает в реакцию со стеклом и кварцем, либо диффундирует через стенки
стеклянного, кварцевого или платиновых сосудов. Поэтому в 1927 году 7
Международная конференция по мерам и весам приняла Международную практическую
температурную шкалу, которая уточнялась в 1968 году (МПТШ-68), как наибольшее
приближение к термодинамической температуре Т. Термодинамическая температура
определяется по этой шкале и обозначается с индексом «68», т.е. Т68(t68).
Данная температурная шкала в качестве реперных точек использует 12 первичных
воспроизводимых температурных точек. Им соответствуют эталонные приборы,
градуированные при этих температурах.

Приведем
таблицу реперных точек МПТШ-68:

Состояние равновесия

Значение температуры

Т, Кt, С

1

Тройная точка равновесного
водорода

13,81

-259,34

2

Равновесное состояние между
жидкой и парообразной фазами равновесного водорода при давлении 33,331 кПа

17,042

-256,108

3

Точка кипения равновесного
водорода

20,28

-252,87

4

Точка кипения неона

27,102

-246,048

5

Тройная точка кислорода
(точка между твердой, жидкой, парообразной фазами)

54,361

-218,789

6

Тройная точка аргона

83,798

-189,352

7

Точка кипения кислорода

90,188

-182,962

8

Тройная точка воды

273,16

+0,01

9

Точка кипения воды

373,15

+100

10

Точка затвердевания цинка

692,73

+419,58

11

Точка затвердевания серебра

1235,08

+961,93

12

Точка затвердевания золота

1337,58

+1064,43

Примечание:

Понятие «равновесный водород» следует понимать, что водород, имеющий
молекулярные модификации ортоводород и параводород, при данной температуре
обладает равновесной концентрацией этих модификаций

Эталонными приборами приняты: а) платиновый термометр сопротивления для
диапазона температур 13,81 К – 903,89 К (-259,34 0С- 630,74 0С);

б) термопара (термоэлектрический термометр) с электродами платинородий
(10% родия Rh, 90%- платина Pt) в диапазоне температур 903,89 К –
1337,58 К (630,74 0С – 1064,43 0С).

Для областей, превышающих температуры 1337,58 К по МПТШ-68, температуру
определяют с помощью закона излучения Планка, используя пирометры.

В
1972 году утверждены эталоны (0,3 – 5,2) К по упругости паров жидкого гелия He и изотопа
гелия He. Для еще
более низких температур – термометры сопротивления (угольные, германиевые, из
сверхпроводящих сплавов), а также магнитными методами охлаждения. Для получения
температур порядка 1мК= 10-3 К широко используют метод растворения жидкого  He в жидком  He.

)
кандела (от латинского candela – свеча) – очередная шестая основная единица в
Международной системе единиц – единица силы света. Русское сокращенное
обозначение – кд, международное – cd. Символ: J.
До 1970 года в русской литературе сила света называлась «свеча».

Название
«свеча» берет начало с 19 века из Англии, где за единицу силы света бралась
свеча из спермацета, если при длине пламени в 45мм за час сгорало 7,76г. Это
был первый эталон силы света. Потом были лампы Карселя – лампы с заданными
характеристиками сгорания масла. С 1881 года по предложению Виолля 1
Международный конгресс электриков принял в качестве единицы света излучение 1
см2 (17730С) поверхности платины при температуре ее затвердевания, которую в
1889 году решили назвать «абсолютным эталоном света», а  его часть – практической единицей силы света. В
качестве эталонов силы света в разное время использовали лампу Гефнера –
Альтенека, где использовался чистый ацетилен, электрическая лампочка
специальной конструкции с постоянным током.

Трудности
изготовления и воспроизведения предыдущих эталонов привели к необходимости
использования законов теплового излучения. В 1956 году было введено такое
определение: «Свеча – единица силы света, значение которой принимается таким,
чтобы яркость полного излучателя при температуре затвердения платины была равна
60св на 1 см2».

Примечание:

Полный
излучатель – излучатель, изготовленный из материала, обладающего свойствами
абсолютно черного тела (платина, сажа, бархат).

В
1967 году Генеральной конференцией по мерам и весам единице силы света дано
следующее определение: «Кандела – сила света, испускаемого с площади  сечения полного излучателя в перпендикулярном
направлении при температуре излучателя, равного температуре затвердевания
платины (2042 К) при давлении 101325 Па».

Измерения
на основе излучения абсолютно черного тела не позволяют значительно повысить
точность воспроизведения канделы. Поэтому 16 Генеральной конференцией по мерам
и весам в октябре 1979 года дано новое определение, связывающее световые
единицы с энергетическими.

Кандела
– единица силы света, равная силе света в данном направлении от источника,
испускающего монохроматическое излучение частоты 540*1012Гц (540 ТГц), сила,
излучения которого в этом направлении составляет
.

На
основе этого определения в СССР в 1983 году создан новый эталон канделы.

7) моль – единица количества вещества, определяемая количеством
структурных элементов (атомов, молекул, ионов), содержащихся в физической
системе. Обозначается: русское – моль, международное – mol. Символ – N.

Начиная
с 1905 года после опубликования А. Эйнштейном специальной теории
относительности, отношение к массе вещества как мере инерции и гравитации,
стало меняться. Масса покоящихся и движущихся тел оказалась разной, а именно:
масса тела увеличивается по мере приближения скорости тела к скорости света
(с=3*108), стремясь к бесконечности. Масса тела увеличивается,
а количество вещества системы, имеющей определенное количество частиц, не
меняется. Поэтому решением 14 Генеральной конференцией по мерам и весам в 1971
году была введена 7 основная единица измерения количества вещества.

«Моль
равен количеству вещества системы, содержащей столько же структурных элементов,
сколько содержится атомов в углероде – 12 массой 0,012 килограмм».

Введение
очередной 7 основной единицы – моля – позволило расширить область применения
Международной системы единиц на другие бурно развивающиеся разделы физики, как
физическая химия, молекулярная физика, ядерная физика.

Дополнительные
единицы системы единиц

11
Генеральная конференция по мерам и весам (1960 год) в качестве дополнительных
единиц утвердили математические величины радиан – плоский угол и стерадиан
– пространственный угол.

Радиан (от латинского radius – луч,
радиус) – величина плоского угла между двумя радиусами окружности, длина
дуги между которыми равна радиусу.
Обозначается: по-русски – рад;
международное обозначение – rad.

Плоский
угол определяется как отношение длины дуги к радиусу окружности .

Размерность
плоского угла , то есть является безразмерной величиной.

Единица
плоского угла . Этой безразмерной единице присвоено наименование
радиан (1рад=57017’44”,8). В полном круге содержится радиан.

Стерадиан
(от греческого stereos
– телесный, объемный, пространственный) математическая единица измерения
телесного угла с вершиной в центре сферы. Обозначение: русское – ср.,
международное – sr.

Телесный
угол W – пространственный угол конуса с вершиной в центре,
опирающейся на часть площади сферы .

Размерность
и единицы телесного угла

.

Телесный
угол, как и плоский, является безразмерной величиной, но разрешается называть
стерадиан.

«Стерадиан равен телесному углу с вершиной в центре сферы, вырезающему на
поверхности сферы площадь, равную площади квадрата со стороной, равной радиусу
сферы».

Полная
сфера, имеющая площадь S, имеет телесный угол ср.

Основные,
дополнительные и производные физические величины в Международной системе единиц
CИ (
SISistem International d`Unites) и СГС и связь между ними

(СИ
– принята 11 Генеральной конференцией по мерам и весам в 1960 году.
Постановлением Государственного Комитета СССР по стандартам с 1 января 1982
года введен в действие ГОСТ-8.417-81 ”Единицы физических величин”, согласно
которому подлежат обязательному применению единицы международной системы
единиц)

Наимено-вание физических
величин

СИ

СГС

Отношение СГС СИ

Формула, определение

Единицы измерения

Формула

Единицы измерения

Наименование

Обозначение

Размерность, символ

Наименование

Обозначение

Размерность

Русское

Международное

Основные физические
величины

Длина

метрмmLсантиметрсмL10-2

Масса

(m)

килограмм

кг

кg

М

грамм

г

М

10-3

Время

(t)

секунда

с

s

Т

секунда

с

Т

1

Сила электрического тока

I

ампер

А

А

I

Термодинамическая
температура

(T)

кельвин

К

К

Q

кельвин

К

1

Сила света

(I)

кандела

кд

cd

J

кандела

кд

J

1

Количество вещества

мольмольmolNмольмольN1

Дополнительные
(математические) величины

Плоский угол

радианрадrad-радианрад-1

Телесный (объемный) угол

стерадиансрsr-стерадианср-1

1. Единицы механических
величин (производные физические величины)

Площадь

S=L2 (S,A)

квадратный метр

м2

m2

L2

S=L2

квадратный сантиметр

cм2

L2

10-4

Объем, вместимость (прежнее
назначение «емкость»)

V=L3

метр в кубе

м3

m3

L3

V=L3

сантиметр в кубе

см3

L3

10-6

Скорость               

метр в
секундум

с

m

sL•T-1сантиметр
в секундусм

сL•T-110-2

Угловая
скорость (прежнее назначение «круговая скорость»)              радиан в секундурад

сrad

sT-1радиан в секундурад сT-11

Ускорение
касательное нормальное            

метр на
секунду в квадратем

с2m

s2L•T-2сантиметр
на секунду в квадратесм

с2L•T-210-2

Период колебаний

секундаcsT

Частота

герцHzT-1герцT-11

Угловая
частота (прежнее название «угловая, циклическая частота»)              радиан на секундурад

сrad

sT-1радиан на
секундурад

сT-11

Частота
вращения               секунда в минус первой степени1

сs-1T-1секунда в
минус первой степени1

сT-11

Логарифмический декремент
колебаний (прежнее название «логарифмический декремент затуханий»)

безразмерная

Добротность

безразмерная

Сила внешняя сила
внутренняя сила

ньютонNL•M•T-2динадинL•M•T-210-5

Удельный
вес Вес тела      ньютон на кубический метрН

м3N

m3L-2•M•T-2дина на
сантиметр в кубедин

см3L-2•M•T-210

Плотность              килограмм на метр в кубекг

м3kg

m3L-3•Mграмм на кубический сантиметрL-3•M10-3

Удельный объем

метр кубический на килограмм

Момент силы

ньютон-метрН•мN•mL2•M•T-2дина-сантиметрдин
×смL2•M•T-210-7

Импульс
(прежнее название «количество движения точки»)  килограмм-метр
на секундукг•м

скg•m

sL•M•T-1грамм-сантиметр на секундуL•M•T-110-5

Элементарный импульс силы

ньютон-секундаН•сN•sL•M•T-1дина-секундадин×сL•M•T-110-5

a.
момент импульса б. момент количества движения (теор. физика) в. угловой момент
(атомная физика)              килограмм-метр
в квадрате на секундукг•м2

скg•m2

sL2•M•T-1грамм-сантиметр в квадрате на секундуL2•M•T-110-7

Жесткость              ньютон на метрН

мN

mM•T-2дина на
сантиметрдин

смM•T-210-3

Давление,
напряжение       паскальPaL-1•M•T-2дина на сантиметр в квадратедин

см2L-1•M•T-210-1

Модуль
продольной упругости (модуль Юнга)         паскальПаPaL-1•M•T-2дина на
сантиметр в квадратедин

см2L-1•M•T-210-1

Модуль
сдвига (модуль поперечной упругости)       паскальПаPaL-1•M•T-2дина на
сантиметр в квадратедин

см2L-1•M•T-210-1

Момент
инерции  килограмм-

метр в квадратекг•м2kg•m2L2•Mграмм-сантиметр
в квадратег•см2L2•M10-7

Работа, энергия
(кинетическая, потенциальная)

джоульJL2•M•T-2эргэргL2•M•T-210-7

Мощность
силы (мощность)             ваттWL2•M•T-3эрг на
секундуэрг

сL2•M•T-310-7

Динамическая
вязкость      паскаль-

секундаПа•сPa•sL-1•M•T-2пуазПL-1•M•T-210-1

Кинематическая
вязкость  квадратный метр на секунду               м2 с        m2
s       L2•T-1   стоксСтL2•T-110-4

Поверхностное
натяжение                джоуль на метр в квадрате, ньютон на метрДж

м2

Н

мN

mM•T-2эрг на квадратный сантиметр, дина на сантиметрэрг
см2 дин смM•T-210-3

Напряжённость
гравитационного поля        ньютон на
килограмм метр на секунду в квадратеN

кgL•T-2сантиметр
на секунду в квадратедин

г

см

с2L•T-210-2

Потенциал
гравитационного поля джоуль на килограммДж

кгJ кg L2•T–2эрг
на граммL2•T-210-3

Коэффициент полезного
действия (к.п.д.)

безразмерная——–

2. Единицы тепловых величин

Молярный объем

кубический метр на моль

Молярная масса

килограмм на моль

Температура Цельсия

Градуc
Цельсия

Температурный коэффициент
изменения физических величин

кельвин
в минус первой степениK-1Q-1

Количество теплоты
(теплота, тепло)

джоульДжJL2•M•T-2

Теплоёмкость
системы (изохорная, изобарная)         джоуль на
кельвинДж

КJ KL2•M• •T-2•Q-1

Удельная
теплоёмкость (изохорная, изобарная)       ()джоуль на килограмм-кельвинДж

кг•КL2•

•T-2•Q-1

Молярная
теплоёмкость (изохорная, изобарная)      джоуль на
моль-кельвинДж

моль•КL2•M•T-2 •N-1•Q-1

Энтропия                джоуль на кельвинДж

КJ KL2•M•T-2 •Q-1

Внутренняя энергия

джоульДжJL2•M•T-2

Энтальпия

H=U+p•V

джоуль

Дж

J

Энергия
Гельмгольца(свободная энергия; изохорно-изотермический потенциал)

A=U-T•S F= U-T•S

джоуль

Дж

J

L2•M•T-2

Энергия Гиббса

джоульДжJ

Удельное
количество теплоты        джоуль на килограммДж

кгJ Kg L2•T-2

Тепловой поток

ваттWL2•M•T-3

Плотность
теплового потока (поверх-ностная плотность теплового потока)  ватт на квадратный метрВт

м2W m2 M•T-3

Теплопроводность
коэффициент теплопроводности                ватт на
метр-кельвинВт

м•КW m•KL•M•T-3•Q-1

Коэффициент теплопередачи
(обмена)

ватт на квадратный метр-кельвинВт м2•К

W m2•K

M•T-3•Q-1

Коэффициент диффузии

квадратный метр в секунду

Удельная теплота фазового
превращения

джоуль
на килограммJ Kg

L2•T-2

Термический коэффициент
полезного действия

безразмерная —

Холодильный коэффициент

безразмерная —

3. Единицы электрических и
магнитных величин

Количество электричества,
электрический заряд

кулонКл=А×сСT×Iединица
заряда СГЭСГСЭq=3,3×10-10

Плотность электрического
заряда а) объемная (пространственная)

кулон на кубический метрL-3×T×Iединица
плотности электрического зарядаСГСЭр=3,3×10-4

б) поверхностная

кулон на квадратный метрL-2×T×Iединица
поверхностной плотности зарядаСГСЭσ=3,3×10-6

в) линейная

кулон на метрL-1×T×Itединица линейной плотности зарядаСГСЭτ

Напряженность
электрического поля           вольт на
метр, ньютон на кулонL×M×T-3×I-1единица
напряженности в СГСЭСГСЭЕ10-6×с=

=3× 104

Разность
потенциалов (напряжение)             вольтVL2×M×T-3×I-1единица
потенциалов в СГСЭСГСЭφ10-8×с=

=3× 102

Электрическая ёмкость

фарадL-2×M-1×T4×I2cантиметрcмL

Электрическое смещение
(прежнее название «электростатическая индукция»)

кулон на квадратный метрL-2×T×Iединица
электрического смещения в СГСЭСГСЭД

Поток напряженности
электрического поля

вольт-метрВ×мV×mL3×M×T-3×I-1

Поток электрического
смещения

кулонКлCT×I=2.7× 10-11

Электрический момент диполя

кулон-метрКл×мC×mL×T×I

Поляризованность

кулон на метр в квадратеL-2×T×I

Электрическая постоянная
(прежнее название «диэлектрическая постоянная вакуума в системе Си»)

фарад
на метрL-3×M-1×T4×I2

Абсолютная диэлектрическая
проницаемость

фарад на метрL-3×M-1×T4×I28.85× 10-12

Относительная
диэлектрическая проницаемость

безразмерная___

Абсолютная диэлектрическая
восприимчивость

 фарад на метр

Относительная электрическая
восприимчивость

безразмерная___

Плотность электрического
тока

ампер на метр в квадратеL-2×Iединица
плотности электрического тока в СГСЭiСГСЭj

Плотность электрического
тока смещения

ампер на метр в квадратеL-2×I

Электрическое
активное сопротивление (сопротивление)     омL2×M×T-3×I-2СГСЭR10-9× с2=

9× 1011

Активная электрическая
проводимость

сименсSL-2×M-×T3×I2СГСЭR

Проводимость электролита

сименс на метр

Удельное электрическое
сопротивление

ом-метрОм×мСГСЭRT10-11× с2

Удельная
электрическая проводимость       сименс на
метрL-3×M-1×

×T3×I210-11× с2

Работа электрического тока

джоульJ

Мощность электрического
тока

ваттW

Электрическое напряжение
(напряжение)

вольтV

Электродвижущая сила
(э.д.с.)

вольтV

Температурный коэффициент
электрического сопротивления

кельвин в минус первой степени

Магнитная индукция

тесла

TM×T-2×I-1гауссгс10-4

Магнитный
поток                вебер

Вб=В×сWbL2×M×T-2×I-1максвеллмкс10-8

Потокосцепление

веберВбWbL2×M×T-2×I-1

Магнитный момент

ампер-квадрат-ный метрА×м2А×m2L2×Iэрг на
гаусс10-3

Намагниченность

ампер на метрL-1×I103

Магнитная восприимчивость

безразмернаябезразмернаябезразмернаябезразмерная

Напряжённость
магнитного поля   ампер на метрL-1×I

эрстедЭ

Индуктивность, взаимная
индуктивность

генри(IМ=10×I)HL2×M×T-2×I-2сантиметрсмL10-9

Магнитная постоянная
(прежнее название «магнитная проницаемость вакууме в системе Си»)

генри
на метрL×M×T-2×I-2

Абсолютная магнитная
проницаемость

генри на метрL×M×T-2×I-21.256× 10-6

Относительная магнитная
проницаемость

безразмерная____безразмерная

Магнитно-движущая сила

ампер-витокАAIгильбертГб

Магнитное
сопротивление               генри в
минус первой степениL-2×M-1×

×T2×I2L-1

Магнитная проводимость

генриL2×M×T-2×I-2

Вектор Пойнтинга

ватт на метр в квадрате

4. Единицы световых величин
и величин энергетической светимости

Энергия излучения

джоульДжJ

Световой
поток    люмен

(кандела-стерадиан)лм=кд×cplmJ

Освещён-ность

люкслк=lx

Световая энергия

люмен – секундалм×сlm×sT×J

Оптическая сила системы

метр в минус первой степенимmL-1

Светимость

люмен на квадрат-ный метрL-2×J

Яркость

кандела на метр квадрат-ныйL-2×J

Экспозиция (световая
экспозиция), количество освещения

люкс-секундалк×сlx×sL-2×I×J

Объемная плотность энергии

джоуль на кубический метрL-1×M×T-2

Спектральная плотность
энергии по шкале угловой частоты

джоуль-секунда на метр в кубеL-1×M×T-1

Спектральная плотность
энергии по шкале длин волн

джоуль на метр в четвертой степениL-2×M×T-2

Поток излучения

ватт

L2×M×T-3

Сила излучения

ватт на стерадианL2×M×T-3

Спектральная плотность силы
излучения по шкале угловой частоты

джоуль на стерадианL2×M×T-2

Спектральная плотность силы
излучения по школе длин волн

ватт на метр – стерадианL×M×T-3

Энергетическая светимость

ватт на квадратный метрM×T-3

Спектральная плотность
энергетической светимости по шкале угловой частоты

джоуль на квадратный метрM×T–2

Спектральная плотность
энергетической светимости по шкале длин волн

ватт на кубический метрL-1×M×T-3

Постоянная Вина

метр-кельвинм×Кm×K

Коэффициент теплового
излучения

безразмернаябезразмернаябезразмернаябезразмерная

5. Единицы физических
величин в области радиоактивности и ионизирующих излучений

Постоянная Планка

джоуль – секундаДж×сJ×sL2×M×T-1

Поток ионизирующих частиц

секунда в минус первой степенис-1s-1T-1

Перенос ионизирующих частиц

метр в минус второй степеним-2m-2L-2

Плотность потока
ионизирующих частиц

секунда в минус первой степени – метр в минус
второйс-1 м-2s-1 m-2L-2×T-1

Линейный коэффициент
ослабления

метр в минус первой степеним-1m-1L-1

Поглощённая доза
ионизирующего излучения

грейGyL2×T-2

Мощность поглощённой дозы
ионизирующего излучения

грей на секундуL2×T-3

Экспозиционная доза
излучения

кулон на килограммM-1×T×I

Мощность экспозиционной
дозы излучения

ампер на килограммM-1×I

Активность радионуклида

беккерельBqT-1

Удельная активность
источника

беккерель на килограммM-1×T-1

Объемная активность
источника

беккерель на кубический метрL-3×T-1

Молярная активность
источника

беккерель на мольT-1×N-1

Поверхностная активность
источника

беккерель на квадратный метрL-2×T-1

Плотность потока излучения,
интенсивность излучения

ватт на метр в квадратеM×T-3

Кинетическая энергия,
освобождённая в веществе, т.е. отношение суммы начальных кинетических энергий
зарядных ионизирующих частиц к массе вещества

кермаК=ГрGyL2×T-2

Мощность кермы

грей в секундуL2×T-3

Эквивалентная доза
излучения

зивертL2×T-2

Мощность эквивалентной дозы
излучения

зиверт в секундуL2×T

Внесистемные единицы, допущенные к применению наравне с
единицами СИ

Наименование физических
величин

Наименование

Обозначение

Отношение внесистемной
единицы к СИ

русское

Международное

Длина

ангстрем

10-10

ферми

Ф

10-15

астрономическая единица

а.е

u.a

1,496×1011

световой год

св. год

ly

9,4605×1015

парсек

пк

3,0857×1016

Масса

атомная единица массы

а.е.м.

u

1,66×10-27

Площадь

барн

б

b

10-28

Объем

литр

л

l

10-3

Сила

килограмм силы

кгс

kgf

9,81

Давление

килограмм силы на
квадратный сантиметр

9,8×104

мм рт.ст(торр)

мм рт.ст

133,332

бар

бар

bar

105

физическая атмосфера

атм

аtm

1,013×105

техническая атмосфера

ат

аt

9,81×104

Работа, энергия

килограмм силы-метр

1кгс×м

kgf×m

9,81

калория

кал

cal

4,19

киловатт-час

кВт×ч

kW×h

3,6×106

электрон-вольт

эВ

еV

1,6×10-19

ридберг

ридберг

Ry

2,18×10-18(∙13,6эВ)

Мощность

лошадиная сила

л.с.

735,5

Температура

градус Цельсия

Сила света

свеча

1,005

Светимость

радфот

радфот

radph

104

Освещённость

фот

фот

ph

104

Яркость

ламберт

Лб

L

Оптическая сила

диоптрия

дптр

1

Световая экспозиция

фoт-секунда

фот×с

ph×s

104

Поглощенная доза
ионизированного излучения

рад

рад

rad

10-2

Эквивалентная доза
излучения

бэр

бэр

rem

10-2

Экспозиционная доза излучения

рентген

Р

R

2,58×10-4

Активность радионуклида

кюри

Кu

Ci

3,7×1010

Удельная активность
источника

кюри на килограмм

3,7×1010

Молярная активность
источника

кюри на моль

3,7×1010

кюри на литр

3,7×1013

Фундаментальные
физические константы

Величина

Обозначение

Значение

Скорость света

c

299792458»3×108

Гравитационная постоянная

G,6,67259×10-11»6,67×10-11

Постоянная Авогадро

NA

6,0221367×1023 моль-1»6,02×1023 моль-1

Молярная газовая постоянная
(прежнее название «универсальная газовая постоянная»)

R

8,31451 »8,3

Постоянная Больцмана

1,380658×10-23 »1,38×10-23

Масса электрона

9,1093897×10-31кг»9,1×10-31кг

Элементарный заряд
электрона

е

1,60217733×10-19Кл»1,6×10-19Кл

Удельный заряд электрона

1,7588047×1011»1,76×1011

Масса протона mp=1836,2mе

mp

1,6726231×10-27кг»1,67×10-27кг

Масса нейтрона mn=1838,7mе

mn

1,67 49286×10-27кг»1,67×10-27кг

Электрическая постоянная

8,854187817×10-12»8,85×10-12

Магнитная постоянная

4p×10-7»12,566370614×10-7

Постоянная Стефана-Больцмана

5,67051×10-8»5,67×10-8

Постоянная Планка

h

6,6260755×10-34Дж×с»6,63×10-34Дж×с

Постоянная Планка-Дирака

1,05457266×10-34Дж×с»1,055×10-34Дж×с

Комптоновская длина волны
электрона

2,42631058×10-12м»2,42×10-12м

Классический радиус
электрона

2,81794092×10-15м»2,82×10-15м

Постоянная Ридберга а) по
шкале длин волн  б) по шкале частоты  в) по шкале угловой частоты

1,097373177×107м-1»1,1×107м-1

3,2808419499×1015Гц»3,28×1015Гц

2,07×1016с-1

Боровский радиус

0,529051×10-10м»0,529×10-10м

Постоянная Фарадея

9,648456×104»9,7×104

Энергия покоя электрона

0,5110034МэВ»0,511МэВ

Энергия покоя нейтрона

939,5831МэВ»939,6МэВ

Энергия покоя протона

938,2796МэВ»938,3МэВ

Энергия, соответствующая 1
а.е.м.

931,5016МэВ»931,5МэВ

Атомная единица массы

1,6605655×10-27кг»1,66×10-27кг

эталон физический величина


Литература:

1.   Сена Л.А. «Единицы физических величин и их размерности»,
издательство «Наука». Главная редакция физико-математической литературы, Москва
2009.

2.       Бурдун Г.Д., Калашников Н.В., Стоцкий Л.Р.
«Международная система единиц», издательство «Высшая школа», Москва 2004.

.         Чертов А.Г. «Физические величины», издательство
«Высшая школа», Москва, 2010.

.         Новосильцев В.Н. «К истории основных единиц СИ»,
издательство Ростовского Государственного университета, г. Ростов-на-Дону 2005.

Содержание

Введение
1. Средства измерения
2. Методы измерений. Виды контроля
3. Основные метрологические показатели средств измерения
4. Государственная система обеспечения средств измерений
5. Меры длинны и угловые меры
6. Измерительные средства. Универсальные измерительные инструменты и приборы
Заключение
Список использованных источников

Введение

Технический прогресс, совершенствование технологических процессов, производство точных, надежных и долговечных машин и приборов, повышение качества продукции, обеспечение взаимозаменяемости и коопе­рирования производства невозможны без развития метрологии и посто­янного совершенствования техники измерений.

Метрология — наука об измерениях физических величин, методах и средствах обеспечения их единства. Основные проблемы метрологии: раз­витие общей теории измерений; установление единиц физических величин и их системы; разработка методов и средств измерений, а также методов определения точности измерений; обеспечение единства измерений, едино­образия средств и требуемой точности измерения; установление эталонов и образцовых средств измерений; разработка методов передачи размеров единиц от эталонов или образцовых средств измерений рабочим сред­ствам измерений и др. Важнейшая роль в решении указанных проблем отводится государственной метрологической службе, имеющей научно-исследовательские институты и разветвленную сеть лаборатории государ­ственного надзора и других организаций. Большую роль в развитии метрологии сыграл Д. И. Менделеев, который руководил метрологической службой в России в период 1892—1907 гг.

Под измерением понимают нахождение значений физической величины опытным путем с помощью специально для этого предназначенных техни­ческих средств.

Основное уравнение измерения имеет вид Q = qU, где Q — значение физической величины, q — числовое значение физической величины в принятых единицах,  U — единица физической величины.

Единица физической величины — физическая величина фиксированного размера, принятая по согласованию в качестве основы для количествен­ного оценивания физических величин той же природы.

Измерения производят как с целью установления действительных раз­меров изделий и соответствия их требованиям чертежа, так и для проверки точности технологической системы и подналадки ее для предупреждения появления брака.

Нужна помощь в написании реферата?

Мы – биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Заказать реферат

Вместо определения числового значения величины для упрощения часто проверяют, находится ли действительное значение этой величины (например, размер детали) в установленных пределах. Процесс получения и обработки информации об объекте (параметрах детали, механизма, процесса и т. д.) с целью определения его годности или необходимости введения управляющих воздействий на факторы, влияющие на объект, называется контролем. При контроле деталей проверяют соответствие действительных значений геометрических, механических, электрических и других параметров допустимым значениям этих параметров.

Для унификации единиц физических величин в международном масштабе создана Международная система единиц СИ.

1. Средства измерения

Технические средства, имеющие нормированные метрологические свой­ства называютсясредствами измерения. К ним относятся следующие:

Эталоны единиц физических величин — средства измерений или комп­лексы средств измерений, официально утвержденные эталонами для вос­произведения единиц физических величин с наивысшей достижимой точ­ностью, и их хранения (например, комплекс средств измерений для воспро­изведения метра через длину световой волны). Примером точности эта­лонов может служить государственный эталон времени, погрешность которого за 30 тыс. лет не будет превышать 1 с.

Меры — средства измерений, предназначенные для воспроизведения физической величины заданного размера. К мерам относятся плоско­параллельные концевые меры длины, гири, конденсаторы постоянной емкости и т. п.

Образцовые средства измерений — это меры, измерительные приборы

или преобразователи, утвержденные в качестве образцовых. Они служат для контроля нижестоящих по поверочной схеме измерительных средств, в то же время их периодически поверяют по эталонам. Точность образ­цовых средств измерения имеет большое значение для обеспечения единства измерений.

Рабочие средства измерений — это меры, устройства или приборы, при­меняемые для измерений, не связанных с передачей единицы физической величины (например, концевая мера длины, используемая для контроля размеров изделии или для наладки станков).

Нужна помощь в написании реферата?

Мы – биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Цена реферата

Передача размеров единицы физической величины от эталона к рабочим средствам измерения производится в соответствии с поверочной схемой, устанавливающей средст­ва, методы и точность передачи единицы размера.

Точность указанных измерительных средств понижается в 1,6—3 раза с переходом на одну ступень от более точных средств к менее точным по поверочной схеме.

2. Методы измерений. Виды контроля

Измерения могут быть основаны на различных методах. Метод изме­рения — это совокупность правил и приемов использования средств изме­рений, позволяющая решить измерительную задачу.

Различают прямые и косвенные методы измерения. При прямых изме­рениях значение измеряемой величины находят непосредственно из опыт­ных данных. Большинство измерительных средств основано на прямых измерениях, например измерение температуры термометром, диаметра вала штангенциркулем, толщины тонкой фольги на оптиметре в диапазоне показаний шкалы и т.п. Прикосвенных измерениях искомое значение величины находят вычислением по известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям, например измерение среднего диаметра резьбы методом трех проволочек.

В машиностроении при прямых измерениях в большинстве случаев измеряют отклонения длин и углов от номинального значения или от рабочей меры прибором сравнения, в качестве которого, используют инди­каторные головки, оптиметры, индуктивные преобразователи и т. п. Метод измерений, основанный на использовании рабочей меры и измерительного прибора сравнения, называетсяметодом сравнения. Размер в этом случае определяют суммированием размера рабочей меры и показания прибора сравнения. Метод измерения может быть контактным, если он осуще­ствляется при непосредственном контакте детали с измерительным нако­нечником прибора, и бесконтактным,если механический контакт отсут­ствует (оптические, пневматические и другие измерения).

В зависимости от использованных физических принципов измерения существуют механические, электрические, пневматические, оптические, фотоэлектрические и другие приборы.

Существуют два вида контроля — дифференцированный и комплексный.

Дифференцированный (поэлементный) контроль характеризуется изме­рением каждого параметра изделия в отдельности (например, контроль собственно среднего диаметра, шага и половины угла профиля резьбы).

Нужна помощь в написании реферата?

Мы – биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Подробнее

Комплексный контроль позволяет оценивать годность деталей одно­временно по нескольким параметрам, например путем сравнения действи­тельного контура контролируемой детали, определяемого полями допусков на отдельные параметры, с предельными контурами (контроль деталей сложного профиля на проекторах) и контроль предельными калибрами.

3. Основные метрологические показатели средств измерения

Деление шкалы прибора — промежуток между двумя соседними отметками шкалы.

Длина (интервал) деления шкалы — расстояние между осями двух соседних отметок шкалы.

Цена деления шкалы — разность значений величин, соответствующих двум соседним отметкам шкалы; например, 0,002 мм при длине (интер­вале) деления шкалы прибора, равной 1 мм.

Диапазон показаний (измерений по шкале) — область значений шкалы, ограниченная ее начальным и конечным значениями; например, диапазон показаний оптиметра ±0,1 мм.

Диапазон измерений — область значений измеряемой величины, в пре­делах которой нормированы допустимые погрешности средства измере­ний,  например, диапазон измерения длин на проекционном вертикальном оптиметре ИКВ-3 0-200 мм.

Предел измерений — наибольшее или наименьшее значения диапазона измерений.

Измерительная сила — сила воздействия измерительного наконечника на измеряемую деталь в зоне контакта.

Нужна помощь в написании реферата?

Мы – биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Подробнее

Предел допустимой погрешности средства измерения — наибольшая (без учета знака) погрешность средства измерений, при которой оно может быть признано годным и допущено к применению; например, пределы допустимой погрешности 100-миллиметровой концевой меры длины 1-го класса равны ±0,5 мкм.

Стабильность средства измерения — свойство, отражающее постоянство во времени его метрологических показателей.

Погрешность измерения — разность между результатом измерения и истинным значением измеряемой величины.

Точность измерений — характеристика качества измерений, отражающая близость к нулю погрешностей их результатов. При высокой точности погрешности всех видов минимальны.

Точность средств измерений — качество средств измерений, характери­зующее близость к нулю их погрешностей.

Воспроизводимость измерений — близость результатов измерений одной и той же конкретной величины, выполняемых в различных условиях в различных местах различными методами и средствами.

Чувствительность измерительного прибора — отношение изменения сиг­нала на выходе измерительного средства к вызвавшему его изменению измеряемой величины. Например, при перемещении измерительного нако­нечника измерительной пружинной головки ИГП на величину цены деле­ния 0,5 мкм указатель перемещается на одно деление шкалы, равное 1 мм.

Чувствительность этого прибора равна 1000: 0,5 = 2000. Для шкальных измерительных приборов типа пружинных головок, индикаторов часового типа чувствительность численно равна передаточному отношению механизма прибора.

Нужна помощь в написании реферата?

Мы – биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Цена реферата

Поправка — величина, которая должна быть алгебраически прибавлена к показанию измерительного прибора или к номинальном значению меры, чтобы исключить систематические погрешности и получить значе­ние измеряемой величины или значение меры, более близкое их истин­ным значениям.

Нормируемые метрологические характеристики стандартизованы. К ним относятся систематическая составляющая погрешности измерения, случай­ная составляющая, динамические характеристики и др. Показатели точ­ности и формы представления результатов измерения должны соответ­ствовать стандартам. Например, точность измерения целесообразно пред­ставлять интервалом, в котором с установленной вероятностью находится суммарная погрешность измерения, отдельно интервалом систематической составляющей и т. д.

В зависимости от пределов допустимых погрешностей средств изме­рений, а также других их свойств, влияющих на точность измерения, многим типам измерительных средств присваивают соответствующие классы точности.

Повышение точности измерительных средств достигается, в частности, сочетанием больших передаточных отношений с простотой и технологичностью конструкции, введением в конструкцию средств, предназначенных для уменьшения погрешностей, вносимых зазорами, мертвыми ходами и износом, применением устройств, предназначенных для стабилизации измерительной силы и др. соответствии с принципом Аббе:

необходимо, чтобы на одной прямой линии располагали ось шкалы прибора и контролируемый размер про­веряемой детали, т. е. линия измерения должна являться продолжением линии шкалы. Если этот принцип не выдерживается, то перекос и не параллельность направляющих измерительного прибора вызывают значительные погрешности измерения. При соблюдении прин­ципа Аббе погрешностями, вызываемыми перекосами, можно пренебречь, так как они являются ошибками второго порядка малости.

Для контроля точных процессов производства и повышения качества машин и других изделий необходимо не только непрерывно повышать точность, производительность и надежность средств измерения, но и правильно применять и систематически поверять средства измерения в процессе эксплуатации. Ошибочные результаты измерения из-за не­качественного выполнения собственно измерений столь же часты, как и при применении неточных средств измерения. Как в том, так и в другом случае возникает необнаруженный брак, который приводит к браку на последующих этапах процесса производства или к снижению качества изделий, их точности, надежности и долговечности.

Для устранения указанных недостатков в нашей стране создана Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ). Основ­ные задачи ГСИ: установление единиц физических величин, методов и средств воспроизведения единиц, рациональной системы передачи единиц от эталонов к рабочим средствам измерений; определение номенклатуры, так как они являются ошибками второго порядка малости.

Для контроля точных процессов производства и повышения качества машин и других изделий необходимо не только непрерывно повышать точность, производительность и надежность средств измерения, но и правильно применять и систематически поверять средства измерения в процессе эксплуатации. Ошибочные результаты измерения из-за некачественного выполнения собственно измерений столь же часты, как при применении неточных средств измерения. Как в том, так и в другом случае возникает необнаруженный брак, который приводит к браку на последующих этапах процесса производства или к снижению качества изделий, их точности, надежности и долговечности.

Нужна помощь в написании реферата?

Мы – биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Подробнее

4. Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ)

Для устранения указанных недостатков в нашей стране создана Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ), Основные задачи ГСИ: установление единиц физических величин, методов и средств воспроизведения единиц, рациональной системы передачи единиц от эталонов к рабочим средствам измерений; определение номенклатуры и способов выражения метрологических показателей средств измерении.

Для обеспечения единства измерений введены обязательные испытания новых типов измерительных средств и надзор за состоянием и правиль­ным использованием измерительной техники, применяемой в народном хозяйстве. Систематическая поверка приборов – это одна из главных гарантий их точности. Важное значение имеют также соблюдение нор­мальных условий измерений, установленных стандартами. Особо необхо­димо соблюдать требования к температуре объекта измерения и рабочего пространства. Например, на ВАЗе в метрологических центрах (термо­константных помещениях с отдельным фундаментом) механосборочных цехов в зависимости от требуемой точности измерений поддерживают температуру в пределах 20 ± 0,15 – 20 ± 0,5°С.

Для обеспечения и наблюдения за единством измерений в систему Госстандарта СССР входят метрологические институты и сеть лаборато­рий государственного метрологического надзора; на большинстве заво­дов для этой цели есть отделы главного метролога и измерительные лаборатории.

В систему ГСИ включены ГОСТ 8.001-71-8.098-73, а также ГОСТ 8.050-73 на нормальные условия выполнения линейных и угловых измерений.

5. Mеры длинны и угловые меры

Меры длины по конструктивным признакам делят на штриховые и концевые.

Штриховые меры длины используют в качестве эталонов, образцовых и рабочих штриховых мер, в виде шкал измерительных приборов, а также в инструментах, предназначенных для грубых измерений (измерительные

Штриховые меры длины используют в качестве эталонов, образцовых и рабочих штриховых мер, в виде шкал измерительных приборов, а также в инструментах, предназначенных для грубых измерений (измерительные линейки, рулетки и др.).

Плоскопараллельные концевые меры длины составляют основу современ­ных линейных измерений в машиностроении. Их применяют для передачи размера от рабочего эталона единицы длины до изделия включительно, широко используют в лабораторной и цеховой практике линейных изме­рений; применяют для установки измерительных инструментов и приборов на нуль, для проверки точности и градуирования измерительных инстру­ментов и приборов, а также для особо точных разметочных работ, наладки станков и т.д.

Нужна помощь в написании реферата?

Мы – биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Подробнее

Плоскопараллельные концевые меры длины представляют собой бруски из закаленной стали или твердого сплава, имеющие форму прямоуголь­ных параллелепипедов. Две противоположные измерительные поверхности каждой концевой меры весьма точно обрабатывают путем шлифования и доводки.

Концевые меры обладают способностью притираться (сцепляться) при их надвигании одну на другую. Благодаря этой способности их можно собирать в блоки разных размеров. Притираемость и высокая точность — главные свойства концевых мер, определяющие их ценность как измерительных средств. Притираемость мер объясняется их молеку­лярным притяжением (сцеплением), когда они покрыты тончайшей пленкой смазывающей жидкости (толщина пленки не превышает 0,02 мкм, что незначительно влияет на точность размера полученного блока концевых мер).

За длину концевой меры (в любой точке) принимают длину перпен­дикуляра, опущенного из точки измерительной поверхности меры на ее противоположную измерительную поверхность. Концевые меры выпускают наборами, состоящими из 112, 83 шт. и др. Они позволяют составить блок из минимального числа мер (4-5 шт.) с дискретностью 1 мкм.

На каждой концевой мере гравируют ее номинальный размер. На мерах размером до 5,5 мм номинальный размер наносят на одной из измери­тельных поверхностей, на мерах размером свыше 5,5 мм — на боковой нерабочей поверхности.

Меры по точности изготовления делят на четыре класса: 0, 1, 2 и 3-й (ГОСТ 9038—73). Для мер, находящихся в эксплуатации, предусмотрены дополнительно 4-й и 5-й классы (ГОСТ 8.166—75). В зависимости от предельной погрешности аттестации размеров мер их делят на пять разрядов:

с 1-го по 5-й. В аттестате указывают номинальный размер концевой меры, отклонение от номинального размера в микрометрах и разряд, к которому отнесен поверяемый набор мер. При пользовании аттестованными мерами за размер каждой из них принимают действи­тельный размер, указанный в аттестате. В этом случае отклонения раз­мера мер не будут влиять на точность измерения независимо от их принадлежности к тому или иному классу точности. Применение мер по разрядам с учетом их действительных размеров позволяет производить более точные измерения.

Концевые меры длины можно использовать совместно с различными приспособлениями для измерения наружных и внутренних размеров, раз­меточных работ, контроля высот и др. Основными приспособлениями являются струбцины (державки) разных размеров, основания, боковики, центры и др.

Угловые меры выполняют в виде призм; они предназначены для хра­нения и передачи единицы плоского угла, для поверки и градуировки угломерных приборов и угловых шаблонов, а также для контроля углов изделий. Угловые меры  выпускают в виде отдельных мер или комплектных наборов, позволяющих составить любой угол с градацией в 10, 10′, 30″ и др. Их изготовляют трех классов точности: 0 — с пре­дельной погрешностью рабочих углов от ±3″ до ±5″; 1 —с предельной погрешностью ± 10″; 2 — с предельной погрешностью ±30″. Угловые меры можно применять как отдельно, так и блоками из нескольких мер. Блоки мер крепят специальными державками.

Нужна помощь в написании реферата?

Мы – биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Цена реферата

При большой длине и ширине угловые меры можно собирать в блоки путем притирания (без применения державок). Поворачивая такие меры срезанной вершиной вниз или вверх, можно сумми­ровать или вычитать углы мер, входящих в блок. Это позволяет обхо­диться небольшим числом мер в наборе. Выпускают также угловые меры в виде многогранных призм, предназначенных для поверки оптических делительных головок и гониометров.

6. Измерительные средства

Средства измерения, применяемые в машиностроении, по назначению можно разделить на универсальные и специальные. Специальные средства предназначены для измерения одного или нескольких параметров деталей определенного типа (они описаны в главах, где рассмотрен контроль типовых соединений деталей). По числу параметров, проверяемых при одной установке детали, различают одномерные и многомерные измеритель­ные и контрольные средства, а по степени механизации процесса измере­ния — неавтоматические (ручного действия), механизированные, полуавто­матические и автоматические.

Универсальные измерительные инструменты и приборы. К этим инструментам относятся штанген­циркули, предназначенные для измерения наружных и внутренних разме­ров, штангенглубиномеры, служащие для контроля глубины отверстий и пазов, штангенрейсмусы и микрометрические из­мерительные инструменты.

В штангенинструментах применяют отсчетное приспособление в виде линейки с основной шкалой, по которой пере­мещается линейка со шкалой нониуса. Нониус позволяет отсчитывать дробные доли деления основной шкалы. Нониусы изготовляют с ценой деления 0,1 и 0,05 мм.

Нониус рассчитывают следующим образом. По заданной длине деления с основной шкалы, цене деления нонинуса i, числу у делений основной шкалы, соответствующему одному делению шкалы нониуса (модуль но­ниуса), определяют число n делений нониуса, длину деления b шкалы нониуса и длину l шкалы нониуса:

Например, при i = 0,1 мм, с = 1 мм и у == 2 число делений п = 10, длина деления b = 1,9 мм и длина шкалы l = 19 мм. Погрешность измерения штангенинструментом при измерении размеров от 1 до 500 мм составляет 50—200 мкм.

Штангенциркули выпускают следующих трех типов: с двусторонним расположением губок для наружных и внутренних измерений и с линейкой для определения глубин (цена деления нониуса состав­ляет 0,1 мм); с двусторонним расположением губок для измерения и для разметки (цена деления нониуса 0,05 или 0,1 мм); с односторонними губками для наружных и внутренних измерений с ценой деления нониуса 0,05 или 0,1 мм.

Штангенрейсмусы предназначены для разметочных работ и определения высоты деталей. В мировой практике для определения высот известно применение прибора с цифровым отсчетом показаний (с ценой деления 0,05 и 0,01 мм). На штанге такого прибора нарезана зубчатая рейка, по которой перемещается зубчатое колесо ротационного фотоэлектрического счетчика импульсов, закрепленного на рамке, связанной с измерительной губкой. Величина перемещения (высота) фиксируется счет­чиком с цифровым отсчетным устройством.

Нужна помощь в написании реферата?

Мы – биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Подробнее

Микрометрические измерительные инструменты основаны на использо­вании винтовой пары (винт — гайка), которая преобразовывает вращательное движение микровинта в поступательное. Цена деления таких инстру­ментов — 0,01 мм. Микрометрические пары используют в конструкциях многих измерительных приборов.

Механические измерительные приборы. К ним относятся приборы с зубчатой передачей – индикаторы часового типа.

Оптико-механические приборы. В одних приборах этого типа (измерительных микроскопах, проекторах, длинометрах) повышение точности отсчета и точности измерений достигается благодаря значительному оптическому увеличению измеряемых объектов; в других (оптиметрах, ультраоптиметрах) — сочетанием механических передаточных механизмов с оптическим автоколлимационным устройством. Все эти приборы широко применяют в измерительных лабораториях и в цехах. Они могут быть контактными (оптиметры, длиномеры), так и бесконтактными ( микроскопы, проекторы) и позвляют измерять детали по одной (оптиметры, длиномеры), двум( микроскопы, проекторы) и трем (универсальные измерительные микроскопы) координатам.

Заключение

В ходе проведенного исследования было рассмотрены основы технических измерений. Для достижения цели исследования был решен следующий комплекс задач:

  • Общая характеристика объектов и средств измерений
  • Понятие видов и методов измерений
  • Классификация и общая характеристика средств измерений
  • Метрологические свойства и метрологические характеристики средств измерений
  • Основы теории и методики измерений;

Основные цели и задачи были достигнуты.

Получены комплексные знания по оформлению научных статей и рефератов. Так же научились работать с ГОСТ 2.105-95 и методическими рекомендациями.

Основной задачей федеральных органов исполнительной власти, в первую очередь Ростехрегулирования как национального органа по метрологии, является организация выполнения на практике положений ФЗ РФ «Об обеспечении единства измерений». Реализация его положения требует пересмотра всего массива нормативных документов в области метрологии.

Нужна помощь в написании реферата?

Мы – биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Подробнее

В связи с освоением новых, так называемых критических технологий (включая нанотехнологии) резко возрастают требования к точности измерений и, как следствие, к качеству эталонной базы. Предстоит решить комплекс задач метрологического обеспечения разработки и освоения критических технологий.
Возрастает роль метрологии в разработке технических регламентов, поскольку доказательная база внедрения и соблюдения ТР состоит преимущественно из документов, регламентирующих методики выполнения измерений, прослеживаемых к современным эталонам.

Очень важным направлением деятельности Ростехрегулирования является участие в выполнении федеральных целевых программ. Речь идет о метрологическом «сопровождении» двух программ:

  1. «Глобальная навигационная спутниковая система (ГЛОНАСС)
  2. «Создание и развитие нанотехнологий»

Список использованных источников

1. Лифиц И.М. Стандартизация, метрология и подтверждение соответствия: учебник. 9-е изд., перераб и доп. — М.:Издательство Юрайт,2010.-315 с.
2. Чижикова Т.М. Стандартизация, сертификация, метрология: Учебное пособие. – М.: Колос, 2002. – 156 с.
3. .Крылова Г.Д. Основы стандартизации, сертификации, метрологии: Учебник для вузов. 2-е изд., перераб. и доп. – М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2001. – 711с.