ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ОБ ИЗМЕРЕНИЯХ И СРЕДСТВАХ ИЗМЕРЕНИЙ.

Измерения электрических и неэлектрических величин. Основные понятия и определения.

Измерение – это нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств. Значимость измерений выражается в трех аспектах: философском, научном и техническом.

Философский аспект заключается в том, что измерения являются важнейшим универсальным методом познания физических явлений и процессов.

Научный аспект измерений состоит в том, что с их помощью осуществляется связь теории и практики, без них невозможны проверка научных гипотез и развитие науки.

Технический аспект измерений – это получение количественной информации об объекте управления и контроля, без которой невозможно обеспечение заданных условий технологического процесса, качества продукции и эффективного управления процессом.

Термин «измерение» связывается преимущественно с физическими величинами. Физическая величина (ФВ) – одно из свойств физического объекта (системы, явления, процесса), общее в качественном отношении для многих физических объектов, но в количественном отношении индивидуальное для каждого из них.

Единица физической величины – это физическая величина, которой по определению присвоено числовое значение, равное единице. Различают истинное значение физической величины, идеально отражающее свойство объекта, и действительное – найденное экспериментально, достаточно близкое к истинному значению физической величины и которое можно использовать вместо него.

Отсюда вытекает следующее определение измерения: измерение – это процесс, заключающийся в сравнении путем физического эксперимента данной физической величины с некоторым ее значением, принятым за единицу измерения.

Единство измерений – такое состояние измерений, при котором их результаты выражены в узаконенных единицах, размеры которых в установленных пределах равны размерам единиц воспроизводимых первичными эталонами, а погрешности результатов измерений известны с заданной вероятностью и не выходят за установленные (допускаемые) пределы. Единство измерений необходимо длятого, чтобы можно было сопоставить результаты измерений, выполненных в разных местах, в разное время, с использованием разных методов и средств измерений.

Область измерений – совокупность измерений физических величин, свойственных какой-либо области науки или техники и выделяющихся своей спецификой. Вид измерений – часть области измерений, имеющая свои особенности и отличающаяся однородностью измеряемых величин.

Принято различать следующие области и виды измерений.

1. Измерение геометрических величин: длин, отклонений формы поверхностей, параметров сложных поверхностей, углов.

2. Измерение механических величин: массы, силы, крутящих моментов, прочности и пластичности, параметров движения, твердости.

3. Измерение параметров потока, расхода, уровня, объема веществ: массового и объемного расхода жидкостей в трубопроводах, расхода газов, вместимости, пара- метров открытых потоков, уровня жидкости.

4. Измерение давления, вакуумные измерения: избыточного давления; абсолютного давления, переменного давления, вакуума.

5. Физико-химические измерения: вязкости, плотности, содержания (концентрации) компонентов в твердых, жидких и газообразных веществах, влажности газов, твердых веществ, электрохимические измерения.

6. Теплофизические и температурные измерения: температуры, теплофизических величин.

7. Измерения времени и частоты: методы и средства воспроизведения и хранения единиц и шкал времени и частоты; измерения интервалов времени; измерения частоты периодических процессов; методы и средства передачи размеров единиц времени и частоты.

8. Измерения электрических и магнитных величин на постоянном и переменном токе: силы тока, количества электричества, электродвижущей силы, напряжения, мощности и энергии, угла сдвига фаз; электрического сопротивления, проводимости, емкости, индуктивности и добротности контуров электрических цепей; параметров магнитных полей; магнитных характеристик материалов.

9. Радиоэлектронные измерения: интенсивности сигналов; параметров формы и спектра сигналов; параметров трактов с сосредоточенными и распределенными постоянными; свойств веществ и материалов радиотехническими методами; антенные измерения.

10. Измерения акустических величин: акустические – в воздушной среде и в газах; акустические – в водной среде; акустические – в твердых телах; аудиометрия и измерения уровня шума.

11. Оптические и оптико-физические измерения: световые, измерения оптических свойств материалов в видимой области спектра; энергетических параметров некогерентного оптического излучения; энергетических параметров пространственного распределения энергии и мощности непрерывного и импульсного лазерного и квазимонохроматического излучения; спектральных, частотных характеристик, поляризации лазерного излучений; параметров оптических элементов, оптических характеристик материалов; характеристик фотоматериалов и оптической плотности.

12. Измерения ионизирующих излучений и ядерных констант: дозиметрических характеристик ионизирующих излучений; спектральных характеристик ионизирующих излучений; активности радионуклидов; радиометрических характеристик ионизирующих излучений.

Объектом измерения являютсяфизическая система, процесс, явление и т.д., которые характеризуются одной или несколькими измеряемыми физическими величинами.

ЕДИНИЦЫ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН, СИСТЕМА СИ

Основным предметом измерения в метрологии является физическая величина.

Физическая величина применяется для описания систем и объектов, относящихся к любым наукам и сферам деятельности.

Физические величины подразделяются на два вида: основные и производные.

Совокупность физических величин, образованная в соответствии с принятыми принципами, создает систему физических величин, при этом одни величины принимаются как независимые, а другие определяются как функции независимых величин.

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

Производная физическая величина – величина, входящая в систему величин и определяемая через основные величины этой системы. В качестве примера производных величин механики системы LМТ может быть сила F, приложенная к материальной точке и определяемая уравнением:

где т – масса точки; а – ускорение, вызванное действием силы F.

Основным величинам соответствуют основные единицы измерений, а производным – производные единицы измерений.

Важной характеристикой физической величины является ее размерность – выражение в форме степенного одночлена, составленного из произведений символов основных физических величин в различных степенях и отражающее связь данной физической величины с физическими величинами, принятыми в данной системе величин за основные с коэффициентом пропорциональности, равным 1.

Физическая величина, в размерности которой хотя бы одна из основных физических величин возведена в степень, не равную нулю, называется размерной физической величиной.

Безразмерной называется такая физическая величина, в размерности которой основные физические величины входят в степени, равной нулю.

Любая система единиц физических величин представляет собой совокупность основных и производных единиц. Единица измерения физической величины – это физическая величина фиксированного размера, которой условно присвоено числовое значение, равное 1, и применяемая для количественного выражения однородных с ней физических величин.

В настоящее время в Российской Федерации используется система единиц физических величин СИ, введенная ГОСТ 8.417 – 2002 «ГСИ. Единицы физических величин», которая соответствует международной системе SI. В качестве основных единиц приняты метр, килограмм, секунда, ампер, кельвин, моль и кандела (табл. 1).

Таблица 1. –Основные единицы физических величин системы СИ

Производная единица – это единица производной физической величины системы единиц, образованная в соответствии с уравнением, связывающим ее с основными единицами или с основными и уже определенными производными. Например, м/с – единица скорости, образованная из основных единиц СИ – метра и секунды.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ОБ ИЗМЕРЕНИЯХ И СРЕДСТВАХ ИЗМЕРЕНИЙ.

Под термином «измерение физической величины» понимают совокупность операций по применению технического средства, хранящего единицу физической величины, обеспечивающих нахождение соотношения (в явном или неявном виде) измеряемой величины с ее единицей и получение значения этой величины..

Задачей любого измерения является нахождение значения измеряемой физической величины с определенной точностью. Объект измерения – это физическая система (процесс, явление и т.д.), которая характеризуется одной или несколькими измеряемыми физическими величинами. Процесс измерения состоит из ряда последовательных этапов (рис. 2).

Рисунок 2. Этапы процесса измерения.