Единицы физических величин

МЕТРОЛОГИЯ.

Основные понятия

Метрология — наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и требуемой точности. Согласно ГОСТ 16263—70,

измерение — это нахождение значения физической величины опытным путем с помощью средств измерений. В настоящее время без измерений не может обойтись ни одна наука, не получил бы развития технический прогресс, не было бы современного прорыва в создании технологий.

Современная метрология имеет три составляющие: законодательную, фундаментальную и практическую

Законодательная метрология регламентируется путем принятия законов по метрологии Государственной Думой, указами Президента, постановлениями Правительства и другими нормативными документами, принятыми федеральными органами власти, обеспечивающими единство измерений и единообразие средств измерений в Российской Федерации.

Фундаментальная (научная) метрология занимается общими вопросами теории измерений, разработкой принципиально новых измерительных устройств и методов измерений, созданием систем единиц измерений и физических постоянных, способствует совершенствованию практики измерений во всех других областях науки и техники.

Практическая (прикладная) метрология рассматривает вопросы практического применения результатов работ законодательной и фундаментальной метрологии в различных областях науки и производства.

Задачи метрологии

Главной задачей метрологии является обеспечение единства измерений. Она может быть решена при соблюдении двух условий:

– результаты измерений должны быть выражены в узаконенных единицах;

– погрешности результатов измерений не должны выходить за заданные пределы»

Каждый объект характеризуется определенными параметрами, например, такими как длина, площадь, объем, угол. В электротехнике параметрами являются: напряжение, ток, сопротивление, индуктивность, емкость и т.д.

Параметры — длина, площадь, объем, время, напряжение, ток и т.п. называются величинами.

Величина — характеристика тела, вещества, поля, явления, процесса или информации, которая может выделяться качественно и определяться количественно. В количественном отношении характеризуется таким понятием, как физическая величина.

Физическая величина — величина, представляющая собой характеристику свойства или состояния материи (вещества или физического поля) или явления и процесса, общую в качественном отношении и индивидуальную для каждого объекта. Физическая величина оценивается количественно с помощью такого понятия, как единица физической величины.

Единица физической величины — физическая величина фиксированного размера, которой условно присвоено значение, равное единице, и которая применяется для количественного выражения однородных физических величин. Примерами единиц физических величин являются: вольт — единица величины электрического напряжения, килограмм — единица массы, ватт — единица мощности и др. Измерением определяют размер физической величины в виде некоторого числа, например, 78 А — величина тока в электрической цепи; 10 кВт — мощность электродвигателя и др.

Различают:

истинное значение физической величины, идеально отражающее свойство объекта, и

действительное — экспериментальное измерение, достаточно близкое к истинному значению физической величины, которое обычно используется вместо него.

Объект измерения — физическая система, процесс, явление и т.д., которые характеризуются одной или несколькими измеряемыми физическими величинами. Примером объекта измерений может быть процесс ведения поезда электровозом, во время которого измеряют скорость движения, напряжение в контактной сети и на тяговых электродвигателях, расход электроэнергии, ток тяговых электродвигателей, давление в тормозной магистрали, в уравнительном резервуаре, в главных резервуарах, в тормозных цилиндрах.

Основное уравнение измерений

Для определения значения физической величины используют основное уравнение измерения

Q = q [Q], (2.1)

где Q — значение физической величины, соответствующее ее размеру в виде некоторого числа принятых для нее единиц;

q — числовое значение физической величины – отвлеченное число, выражающее отношение значения величины к соответствующей единице данной физической величины;

[Q] — выбранная единица для измерения физической величины. Например, за единицу измерения электрического напряжения принят 1 В, тогда значение напряжения в контактной сети переменного тока U = q[U] = 25 000[1В] = 25 000 В. Здесь числовое значение q = 25 000. Однако если за единицу измерения напряжения принять [1 кВ], то U = q[U] = 25 [1 кВ] = 25 кВ, т.е. числовое значение q = 25. Следовательно, применение различных единиц (1 В) и (1 кВ) приводит к изменению числового значения результата измерения. Из уравнения (2.1) следует: q = Q / [Q]. (2.2) Таким образом, числовое значение физической величины показывает, во сколько раз значение измеряемой величины больше некоторого значения, принятого за единицу.

Система СИ

Единицы физических величин взаимосвязаны между собой, поэтому они объединены в систему единиц физических величин. Раньше существовало много различных систем единиц физических величин. В 1960 г. Генеральной конференцией по мерам и весам была принята Международная система единиц (Systeme International, сокращенно SI, в русской транскрипции — СИ). Основное достоинство этой системы: универсальность и унификация единиц всех областей измерений. Система СИ была введена в нашей стране для предпочтительного применения с 1 января 1963 г. С 1 января 1982 г. государственным стандартом СССР ГОСТ 8.417—81 «Государственная система обеспечения единства измерений. Единицы физических величин» была введена для обязательного применения с отменой ранее действующих стандартов на единицы измерений. В 2002 г. стандарт был пересмотрен и аббревиатура стандарта следующая: ГОСТ 8.417—2002 «ГСИ.»

Единицы физических величин.

Система СИ имеет семь основных и две дополнительные единицы физических величин (табл. 2.1). Таблица 2.1

Основные единицы физических величин системы СИ:

1. Длина L метр м m

2. Масса M килограмм кг kg

3. Время Т секунда с s

4. Сила электрического тока I ампер А

5. Термодинамическая температура Θ кельвин K

6. Сила света J кандела кд сd

7. Количество вещества N моль моль mol

В системе СИ приняты следующие определения основных единиц.

Единица длины — метр — длина пути, проходимого светом в вакууме за 1/299 792 458 доли секунды.

Единица массы — килограмм — масса, равная массе международного прототипа килограмма (платиноиридиевый цилиндр (90 % Pt, 10 % Ir)).

Единица времени — секунда— продолжительность 9 192 631 770 периодов излучения, соответствующих переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133, не возмущенными внешними полями.

Единица силы электрического поля — ампер — сила неизменяющегося тока, который при прохождении по двум параллельным проводникам бесконечной длины и ничтожно малого кругового сечения, расположенным на расстоянии 1 м один от другого в вакууме, создаетмежду этими проводниками силу взаимодействия, равную 2·10 –7 Н на каждом участке проводника длиной 1 м.

Единица термодинамической температуры — кельвин — 1/273,16 часть термодинамической температуры тройной точки воды. Допускается выражение термодинамической температуры в градусах Цельсия.

Единица количества вещества — моль — количество вещества системы, содержащей столько же структурных элементов, сколько атомов содержится в 0,012 кг углерода с атомной массой 12. Структурные элементы — это молекулы, атомы, ионы или другие частицы, из которых состоит данное вещество.

Единица силы света — кандела — сила света в заданном направлении источника, испускающего монохроматическое излучение частотой 540·10 12 Гц, энергетическая сила света которого в этом направлении составляет 1/683 Вт/ср –1