Производные единицы СИ
Производная единица системы единиц – это единица производной ФВ системы единиц, образованная в соответствии с уравнением, связывающим ее с основными единицами или же с основными и уже определенными производными единицами.Так, для линейной скорости в качестве определяющего уравнения можно воспользоваться выражением для скорости равномерного прямолинейного движения v=l/t.
При длине пройденного пути (в метрах) и времени t, за которое пройден этот путь (в
секундах), скорость выражается в метрах в секунду (м/с). Поэтому единица скорости СИ -
метр в секунду - это скорость прямолинейно и равномерно движущейся точки, при которой она за время 1 с перемещается на расстояние 1 м.
Различают кратные и дольные единицы ФВ. Кратная единица – это единица ФВ, в целое число раз большая системной или внесистемной единицы. Дольная единица – единица ФВ, в целое число раз меньшая системной или внесистемной единицы. Приставки для образования кратных и дольных единиц СИ.
Внесистемные единицы разделяют на четыре вида:
1. Допускаемые наравне с единицами СИ, например: единица массы – тонна; единицы плоского угла – градус, минута, секунда; единица объема – литр и др. Внесистемные единицы, допускаемые к применению наравне с единицами СИ.
2. Допускаемые к применению в специальных областях, к которым относятся: единицы длины (в астрономии) – астрономическая единица, пар-сек, световой год; единица оптической силы (в оптике) – диоптрия; единица энергии (в физике) – электрон-вольт.
3. Временно допускаемые к применению наравне с единицами СИ, например: в морской навигации – морская миля; в ювелирном деле единица массы – карат и др. Эти единицы должны изыматься из употребления в соответствии с международными соглашениями.
4. Изъятые из употребления, к ним относятся единицы давления – миллиметр ртутного столба; единица мощности – лошадиная сила и др., приведены в таблице.
1.2. Средства измерений.
Средства измерений. Эталон, образцовые и рабочие средства измерений. Поверка и калибровка средств измерений. Метрологические характеристики средств измерений.
Средство измерений – это техническое средство (или комплекс), предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящие и (или) хранящие единицу физической величины, размер которой принимается неизменным (в пределах установленной погрешности) в течение известного интервала времени.
По метрологическому назначению средства измерений делятся на образцовые и рабочие.
Образцовые предназначены для поверки по ним других средств измерений как рабочих, так и образцовых менее высокой точности.
Рабочие средства измерений предназначены для измерения размеров величин, необходимых в разнообразной деятельности человека.
Сущность разделения средств измерений на образцовые и рабочие состоит не в конструкции и не в точности, а в их назначении.
Эталоны.
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 в поверочной схеме средствам измерений с помощью эталонов.
Классификация и назначение эталонов, а также общие требования к их хранению и применению определены в ГОСТ 8.057-80 «ГСИ. Эталоны физических величин. Основные положения».
По своему назначению и предъявляемым требования 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 – это уникальные измерительные комплексы, созданные с учетом новейших достижений науки и техники и обеспечивающие единство 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 России и на каждый из них утверждается ГОСТ. Государственные эталоны создаются, хранятся и применяются центральными научными метрологическими институтами страны. Точность воспроизведения единицы физической величины должна соответствовать уровню лучших мировых достижений и удовлетворять потребностям науки и техники. Государственные эталоны нашей страны периодически сличают с государственными эталонами других стран.
Вторичный эталон – хранит размер 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 эталонам 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 потери или утраты. Поскольку большинство государственных эталонов создано на основе использования наиболее устойчивых физических явлений и являются поэтому неразрушаемыми, в настоящее время только эталон килограмма имеет эталон-свидетель.
Рабочий эталон – применяется для передачи размера единицы физической величины рабочим средствам измерений. 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.
Средства технических измерений подразделяют на три основные группы: меры, калибры, универсальные средства измерения (измерительные приборы, контрольно-измерительные приборы, «КИП» и системы).
Мера представляет собой средство измерений, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного размера. К мерам относятся плоскопараллельные меры длины (плитка) и угловые меры.
Калибры представляют собой устройства, предназначенные для контроля и нахождения в заданных границах размеров, взаимного расположения поверхностей и формы деталей. К ним относятся, например, гладкие предельные калибры (скобы и пробки), резьбовые калибры (резьбовые кольца или скобы, резьбовые пробки) и т.п.
Измерительный прибор – устройство, вырабатывающее сигнал измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателей.
Измерительной системой называется совокупность средств измерений (мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей) и вспомогательных устройств, соединенных между собой каналами связи. Она предназначена для выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной для автоматизированной обработки, передачи или использования в автоматических системах управления.
Универсальные средства измерения предназначены для определения действительных размеров. Этим они отличаются от калибров, позволяющих убедиться лишь в том, что размер лежит в заданных пределах. Любое универсальное измерительное средство характеризуется назначением, принципом действия, т.е. физическим принципом, положенным в основу его построения, особенностями конструкции и метрологическими характеристиками.
Механические измерительные приборы и инструменты.
Механические измерительные приборы и инструменты подразделяют на пять разновидностей: бесшкальные инструменты, штангенинструменты, измерительные головки, микрометрические инструменты, зубчато-рычажные приборы.
Бесшкальные инструменты. К ним относятся лекальные и поверочные линейки (ГОСТ 8026-75), предназначенные для контроля отклонений от прямолинейности на просвет или посредством щупа; синусные линейки (ГОСТ 4046-80) для косвенных измерений наружных углов до 45 град; шаблоны с выпуклыми и вогнутыми радиусами (ГОСТ 4126-82) для контроля на просвет; щупы (ГОСТ 882-75) для контроля зазоров по вхождению лезвий разных толщин; угольники поверочные 90 град (ГОСТ 3749-77) для контроля прямых углов на просвет; поверочные плиты (ГОСТ 10905-86) для контроля отклонений от плоскостности по краске, образцы шероховатости поверхности (ГОСТ 9378-75) для визуального контроля шероховатости поверхности деталей.
Штангенинструменты. Штангенинструмент представляет собой две измерительные поверхности (губки), между которыми устанавливается размер, одна из которых (базовая) составляет единое целое с линейкой (штангой), а другая соединена с двигающейся по линейке рамкой. На линейке наносятся через 1 мм деления, на рамке устанавливается гравируется нониус. В целях повышения надежности штангенинструменты изготавливают из материалов, не подвергающихся коррозии с высокой износостойкостью, для чего используют закаленные стали, хромирование и армирование рабочих поверхностей твердым сплавом. В зависимости от назначения и конструктивных особенностей штангениструменты разделяют на штангенциркули для измерений наружных и внутренних размеров; штангенглубиномер для измерений глубин пазов и высот уступов; штангензубомер для измерений толщины зуба шестерни, угломер с нониусом для измерений наружных и внутренних углов.
Измерительные головки. Под измерительной головкой понимают механические отсчетные устройства, преобразующие малые перемещения измерительного наконечника в большие перемещения стрелки и имеющие шкалу, по которой отсчитывают величины перемещения наконечника. В качестве отдельно прибора эти головки не используют, их устанавливают в устройствах для отсчета перемещений.
Микрометрические инструменты. У микрометров измерительным элементом служит шпиндель, имеющий резьбу с очень точным шагом. Осевое перемещение шпинделя для полных оборотов отсчитывается при помощи штрихов, нанесенных на стебле, а для отсчета долей оборота служат радиальные штрихи, нанесенные на барабане микрометра. К микрометрический инструментам относят ручные микрометры, микрометрические глубиномеры и нутромеры (ГОСТ 6507-90, ГОСТ 4380-86, ГОСТ 7470-78); головки микрометрические (ГОСТ 6507-90); микрометры настольные; микрометры рычажные (ГОСТ 4381-87); микрометры окулярные.
Оптические приборы.
Действие оптических (опто-механических) приборов основано на использовании световой энергии. С помощью приборов, дающих действительное изображение предмета и имеющих в плоскости изображений пластинки с делениями или перекрестием.
Оптические приборы подразделяют на три разновидности:
- Приборы с оптическим способом визирования и измеряемой поверхностью и механическим измерением перемещения точки визирования;
- Приборы с механическим соприкосновение с контролируемым изделием и оптическим измерением перемещения точки соприкосновения;
- Приборы с оптическим устройством для наблюдения контролируемого изделия и измерением перемещения точки визирования.
Микроскопы универсальные. Предназначены для измерения наружных и внутренних линейных и угловых размеров изделий в прямоугольных и полярных координатах (ГОСТ 8074-82).
Проекторы. Оптические приборы, в которых оптическое устройство формирует изображение измеряемого объекта на рассеивающей поверхности, служащей экраном (ГОСТ 19795-82).
Оптиметр. Прибор для измерения линейных размеров сравнением с мерой, преобразовательным элементом в котором является рычажно-оптический механизм.
Оптический длинномер. Прибор для измерения линейных размеров сравнением со значением по шкале, встроенной в этот прибор и перемещающейся вместе с измерительным стержнем.
Гониометры. Служат для измерения углов бесконтактным методом с помощью автоколлиматора непосредственно по лимбу.
Оптические делительные головки. Головки предназначены для проведения угловых измерений и делительных работ.
Интерферометр. Измерительный прибор, основанный на интерференции света.
Измерительная машина. Прибор для измерения линейных размеров сравнениеммо шкалой, встроенной неподвижно в этот прибор, с отчетом дробных значений с помощью дополнительной шкалы, перемещающейся вместе с одним измерительным наконечником и по трубке оптиметра.
Универсальный микроскоп. Называется оптический прибор для измерения линейных и угловых размеров в плоскости с визированием измеряемых точек или линий с помощью микроскопа и отсчетом значений размера по оптическим шкалам.
Пневматические измерительные приборы.
Пневматическими измерительными приборами называются измерительные средства, в которых преобразование измерительной информации, т.е. информации, содержащей сведения об измеряемом размере, осуществляется через измерение параметров сжатого воздуха в воздушной магистрали при его истечении через небольшое отверстие.
Электрические приборы. В электрических приборах для линейных измерений процесс измерения осуществляется путем превращения линейной величины в электрическую, которая в зависимости от целевого назначения прибора в свою очередь превращается либо снова в линейную величину, либо в сигнал, либо в механическую величину перемещения отдельных элементов автоматических контрольных, регулирующих или регистрирующих устройствах.
К основным метрологическим характеристикам универсальных средств измерений относятся следующие:
- Номинальное значение однозначной меры Yн;
- Цена деления равномерной шкалы измерительного прибора
J=xl+1-xl,
где xl+1 и xl – значения измеряемой величины, соответствующие двум соседним отметкам шкалы
- Пределы шкалы xнш и xкш измерительного прибора, характеризующие диапазон измерений по шкале, Rш = xкш – xнш, причем в некоторых случаях пределы измерения прибора xнп и xкп отличаются от пределов шкалы и диапазон измерений составляет Rп = xкп – xнп;
- Погрешность средства измерения D ср изм и предел допускаемых значений измеряемой величины;
- Длина (интервал) деления шкалы – расстояние между осями двух соседних отметок шкалы;
- Чувствительность прибора – отношение измерения сигнала на выходе прибора к вызывающему его изменению измеряемой величины: при линейных измерениях, как правило, эти две величины выражаются в одинаковых единицах, а поэтому чувствительность прибора соответствует передаточному отношению
u=tук/Sст,
где tук – перемещение указателя (стрелки, луча света) или шкалы при неподвижном указателе; Sст – изменение измеряемой величины (перемещение измерительного стержня контактных приборов).