Лекции по "Метрология Стандартизация Сертификация"

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

Международная система физических величин СИ

Систему единиц как совокупности основных и производных единиц впервые в 1832 г. 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.

С развитием физики и техники появились другие системы еди­ниц физических величин, базирующиеся на метрической основе.

  Междуна­родная система единиц,  была  принята XI Генеральной конференцией по мерам и весам в 1960 г. Принятая система была названа Международной системой единиц, сокращенно СИ (SI — начальные буквы наименования System International).

Учитывая необходимость охвата Международной системой еди­ниц всех областей науки и техники, в ней в качестве основных выбраны семь единиц: метр, килограмм, секунда, ампер, Кельвин, кандела и моль.

Единица длины (метр) — длина пути, проходимого светом в ваку­уме за 1/299 792 458 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 неизменяю­щегося 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•10-7H 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) — сила света в заданном направле­нии источника, испускающего монохроматическое излучение час­тотой 540-Ю'2 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 (рад) — единица плоского угла, равная углу между дву­мя радиусами окружности, длина дуги между которыми равна ра­диусу. В градусном исчислении 1 рад == 57°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. 

Упомянутые единицы сведены в таблицу:

Основные единицы СИ

Средства измерения

Средство измерения это техническое устройство, используемое при измерениях и имеющее нормированные метрологические свойства. По метрологическому назначению они делятся на образцовые (для поверки по ним других средств измерения) и рабочие (для измерения размеров величин).

К средствам измерения относятся: меры, измерительные преобразователи, измерительные приборы, измерительные установки и измерительные системы.

К метрологическим показателям средств измерений относятся:

1. Длина деления шкалы — это расстояние между серединами двух соседних от­меток (штрихов, точек и т. п.) ткали.

2. Цена деления шкалы — это разность значении величин, соответствующих двум соседним отметкам шкалы (у микрометра она равна 0,01 мм).

3. Градуированная характеристика — зависимость между значениями величин на выходе и входе средства измерений.

4. Диапазон показаний — область значении шкалы, ограниченная конечным и начальным значениями шкалы, то есть наибольшим и наименьшим значения­ми измеряемой величины.

5. Диапазон измерений — область значений измеряемой величины, в пределах которой нормированы допускаемые пределы погрешности средства измере­ния.

6. Чувствительность прибора — отношение изменения сигнала на выходе изме­рительного прибора к изменению измеряемой величины (сигнала) на входе.  Для шкальиых измерительных приборов абсолютная чувствительность чис­ленно равна передаточному отношению.            

7. Вариация (нестабильность) показаний прибора — алгебраическая разность между наибольшим и наименьшим результатами измерений при многократ­ном измерении одной и той же величины в неизменных условиях.

8. Стабильность средства измерений — свойство, выражающее неизменность во времени его метрологических характеристик (показаний).

Средства измерений по полноте метрологических характеристик делятся на классы точности.

Виды и методы измерений

Измерение — совокупность операций по применению системы измерений для получения значения измеряемой физической величины.

Можно выделить следующие виды измерений.

1. По характеру зависимости измеряемой величины от времени измерения ме­тоды измерений подразделяются на:

      статические, при которых измеряемая величина остается постоянной во времени;

      динамические, в процессе которых измеряемая величина изменяется и яв­ляется непостоянной во времени.

Статическими измерениями являются, например, измерения размеров тела, постоянного давления; динамическими - измерения пульсирующих давле­ний, вибраций.

2. По способу получения результатов измерений  методы измерений разделяют на прямые, косвенные, совокупные и совмест­ные.

При прямом измерении искомое значение величины находят непосредст­венно из опытных данных, например, измерение угла угломером или изме­рение диаметра штангенциркулем.

При косвенном измерении искомое значение величины определяют на ос­новании известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям, например определение среднего диа­метра резьбы с помощью трех проволочек или угла с помощью синусной линейки.                                   

Совместными называют измерения, производимые одновременно (прямые или косвенные) двух или нескольких не одноименных величин. Целью со­вместных измерений является нахождение функциональной зависимости между величинами, например зависимости длины тела от температуры, зависимости электрического сопротивления проводника от давления.

Совокупные — это такие измерения, в которых значения измеряемых вели­чин находят но данным повторных  измерений одной или нескольких од­ноименных величии при различных сочетаниях мер или этих величин.

3. По условиям, определяющим точность результата измерения, методы делятся на три класса.

Измерения максимально возможной точности, достижимой при существующем уровне техники. К ним относятся в первую очередь эталонные изме­рения, связанные с максимально возможной точностью воспроизведения установленных единиц физических величин, и, кроме того, измерения фи­зических констант, прежде всего универсальных (например, абсолютного значения ускорения свободного падения и др.).

К этому же классу относятся и некоторые специальные измерения, требую­щие высокой точности.

Контрольно-поверочные измерения, погрешность которых с определенной вероятностью не должна превышать некоторое заданное значение. К ним относятся измерения, выполняемые лабораториями государственного над­зора за внедрением и соблюдением стандартов и состоянием измерительной техники и заводскими измерительными лабораториями с погрешностью заранее заданного значения.

Технические измерения, в которых погрешность результата определяется характеристиками средств измерений. Примерами технических измерений являются измерения, выполняемые в процессе производства на машино­строительных предприятиях, на щитах распределительных устройств элек­трических станций и др.

4. По способу выражения результатов измерений различают абсолютные и от­носительные измерения.

Абсолютное измерение основано на прямых измерениях величины и (или) использовании значений физических констант, например, измерение раз­меров деталей штангенциркулем или микрометром.

При относительных измерениях величину сравнивают с одноименной, иг­рающей роль единицы или принятой за исходную, например измерение диаметра вращающейся детали по числу оборотов соприкасающегося с ней аттестованного ролика.

5. В зависимости от совокупности измеряемых параметров изделия различают поэлементный и комплексный методы измерения.

Поэлементный метод характеризуется измерением каждого параметра из­делия в отдельности (например, эксцентриситета, овальности, огранки ци­линдрического вала).

О Комплексный метод характеризуется измерением суммарного показателя качества (а не физической величины), на который оказывают влияние от­дельные его составляющие (например, измерение радиального биения ци­линдрической  детали на которое    влияют эксцентриситет, овальность и др.)

Можно выделить следующие методы измерений:

1. По способу получения значений измеряемых величин различают два основных метода измерений: метод непосредственной оценки и метод сравнения с ме­рой.

Метод непосредственной оценки — метод измерения, при котором значе­ние величины определяют непосредственно по отсчётному устройству из­мерительного прибора прямого действия (например, измерение длины с помощью линейки или размеров деталей микрометром, угломером н т. д.).

О Метод сравнения с мерой — метод измерения, при котором измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой. Например, для измерения диаметра калибра микрокатор устанавливают на нуль по блоку концевых мер длины, а результаты измерения получают по отклонению стрелки микрокатора от нуля, то есть сравнивается измеряемая величина с размером блока концевых мер. О точности размера судят но отклонению стрелки микрокатора относительно нулевого положения.

2. При измерении линейных величин независимо от рассмотренных методов раз­личают контактный и бесконтактный методы измерений.

3. В зависимости от измерительных средств, используемых в процессе измере­ния, различают инструментальный, экспертный, эвристический и органолептический методы измерений.

Инструментальный метод основан на использовании специальных техни­ческих средств, в том числе автоматизированных и автоматических.

Экспертный метод оценки основан на использовании данных нескольких специалистов. Широко применяется в квалиметрии, спорте, искусстве, ме­дицине.