ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 30.11.2023
Просмотров: 101
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
6 сколько раз больше или меньше. В некоторых случаях в шкалах порядка может быть нулевая отметка.
3. Шкала интервалов (разностей) содержит разность значений физической величины. Для этих шкал имеют смысл соотношения эквивалентности, порядка, суммирования интервалов (разностей) между количественными проявлениями свойств.
Шкала состоит из одинаковых интервалов, имеет условную (принятую по соглашению) единицу измерения и произвольно выбранное начало отсчета – ноль. Примером такой шкалы являются различные шкалы времени, начало которых выбрано по соглашению
(от Рождества Христова, от переселения пророка Мухаммеда из Мекки в Медину).
Температурные шкалы Цельсия и Фаренгейта также являются шкалами интервалов.
Результаты измерений по шкале интервалов (разностей) можно складывать и вычитать.
4. Шкала отношений – это шкала интервалов с естественным нулевым значением и принятой по соглашению единицей измерений. В ней нуль характеризует естественное нулевое количество данного свойства. Например, абсолютный нуль температурной шкалы. Это наиболее совершенная и информативная шкала. Результаты измерений в ней можно вычитать, умножать и делить. В некоторых случаях возможна и операция суммирования для аддитивных величин. Аддитивной называется величина, значения которой могут быть суммированы, умножены на числовой коэффициент и разделены друг на друга (например, длина, масса, сила и др.). Неаддитивной величиной называется величина, для которой эти операции не имеют физического смысла, например, термодинамическая температура. Примером шкалы отношений является шкала масс.
5. Абсолютные шкалы – это шкалы отношений, в которых однозначно (а не по соглашению) присутствует определение единицы измерения. Абсолютные шкалы присущи относительным единицам (коэффициенты усиления, полезного действия и др.), единицы таких шкал являются безразмерными.
Шкалы наименований и порядка называют неметрическими (концептуальными), а шкалы интервалов и отношений – метрическими (материальными). Абсолютные и метрические шкалы относятся к разряду линейных.
§ 4. МЕЖДУНАРОДНАЯ СИСТЕМА ЕДИНИЦ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН
Системой единиц физических величин называется совокупность основных и производных единиц физических величин, образованная в соответствии с принятыми принципами.
Обоснованно, но произвольным образом выбираются несколько ФВ, называемых основными. Остальные величины, называемые производными, выражаются через основные на основе известных уравнений связи между ними (например, плотность вещества, ускорение).
В 1960 г. ХI Генеральная конференция по мерам и весам утвердила
Международную систему единиц физических величин (русское обозначение СИ, международное SI) на основе шести основных единиц: метр, килограмм, секунда,
ампер, градус Кельвина и кандела (свеча). В 1971 г. к СИ была добавлена седьмая основная единица – количества вещества (моль). Кроме основных Генеральной конференцией были утверждены дополнительные и производные единицы физических величин.
7
Основные единицы:
единица длины: метр – длина пути, которую проходит свет 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 уровнями сверхтонкой структуры основного состояния атома цезия-133 при отсутствии возмущения со стороны внешних полей;
единица силы электрического тока: 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, создал бы между этими проводниками силу, равную 2*10-7 Н на каждый метр длины;
единица термодинамической температуры: кельвин - 1/273,161 часть термодинамической температуры тройной точки воды. Допускается также применение шкалы Цельсия;
единица количества вещества: моль – количество вещества системы, содержащей столько же структурных элементов, сколько атомов содержится в нуклиде углерода-12 массой 0,012 кг;
единица силы света: кандела (свеча) – сила света в заданном направлении источника, испускающего монохроматическое излучение частотой 540*1012 Гц, энергетическая сила которого в этом направлении составляет 1/683 Вт/cp(стерадиан).
В систему СИ введены две дополнительные единицы – радиан и стерадиан.
единица плоского угла: радиан – угол между двумя радиусами окружности, длина дуги которой равна радиусу. В градусном исчислении радиан равен 57°17΄44,8΄΄;
единица телесного угла: стерадиан – телесный угол с вершиной в центре сферы, вырезающий на поверхности сферы площадь, равную площади квадрата со стороной, равной радиусу сферы.
Дополнительные единицы СИ использованы для образования единиц угловой скорости, углового ускорения и некоторых других величин. Сами по себе радиан и стерадиан применяются в основном для теоретических построений и расчетов.
Производная единица СИ – это единица производной физической величины системы единиц, образованная в соответствии с уравнениями, связывающими ее с основными единицами или с основными и уже определенными производными.
Различают кратные и дольные единицы ФВ.
Кратная единица – это единица ФВ, в целое число раз превышающая системную или внесистемную единицу. Например, единица длины: километр – равна 103 м, т. е. кратна метру.
Дольная единица – единица ФВ, значение которой в целое число раз меньше системной или внесистемной единицы. Например, единица длины – миллиметр – равна
10-3 м, т. е. является дольной.
Все основные, производные, кратные и дольные единицы являются системными.
Системная единица – единица ФВ, входящая в одну из принятых систем. Единицы ФВ, не входящие ни в одну из принятых систем единиц называются внесистемными.
Внесистемные единицы по отношению к единицам СИ разделяют на четыре вида:
8
допускаемые наравне с единицами СИ: например, единица массы – тонна; плоского угла – градус, минута, секунда; объема – литр и др.; допускаемые к применению в специальных областях: например, астрономическая единица, парсек, световой год – единицы длины в астрономии; диоптрия – единица оптической силы в оптике; электрон-вольт – единица энергии в физике и т. д.;
временно допускаемые к применению наравне с единицами СИ: например, морская миля – в морской навигации; карат – единица массы в ювелирном деле и др.
Эти единицы должны изыматься из употребления в соответствии с международными соглашениями; изъятые из употребления: например, миллиметр ртутного столба – единица давления; лошадиная сила – единица мощности и некоторые другие.
В СССР Международная система (СИ) была введена в действие ГОСТ 8.417-81. В настоящее время в РФ действует межгосударственный стандарт ГОСТ 8.417-2002, который устанавливает единицы физических величин, применяемых в стране.
§ 5. ВИДЫ И МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН
Измерением называется совокупность действий, выполняемых с помощью средств измерений для нахождения числового значения, измеряемой величины в принятых единицах измерения.
Целью измерения является получение значения физической величины, характеризующей исследуемый объект
Виды измерений:
Прямые измерения, которые состоят в том, что искомое значение измеряемой величины находят из опытных данных с помощью средств измерения (линейки, рулетки, термометра и т. д.).
Косвенные измерения, применяемые в тех случаях, когда искомую величину невозможно или очень сложно измерить непосредственно, т. е. прямым видом измерения, или когда прямой вид измерения дает менее точный результат (например, определение удельного электрического сопротивления проводника по его сопротивлению, длине и площади поперечного сечения и т. д.).
Совокупные измерения, сопряженные с решением системы уравнений, составляемых по результатам одновременных измерений нескольких однородных величин. Решение системы уравнений дает возможность вычислить искомую величину.
Совместные измерения – одновременные измерения двух или нескольких не одноименных величин для нахождения зависимости между ними.
По отношению к основным единицам измерения:
Абсолютные измерения – измерения, при которых используются прямое измерение одной (иногда нескольких) основной величины и физическая константа.
Относительные измерения основаны на измерении отношения измеряемой величины, играющей роль единицы, или измерений величины по отношению к одноименной величине, принимаемой за исходную.
Статистические измерения, связанные с определением характеристик случайных процессов, звуковых сигналов, уровня шумов и т. д. Статические измерения, имеющие место тогда, когда измеряемая величина практически постоянна.
9
Динамические измерения, связанные с такими величинами, которые в процессе измерений претерпевают те или иные изменения. Статические и динамические измерения в идеальном виде на практике редки.
Однократные измерения – это одно измерение одной величины, т. е. число измерений равно числу измеряемых величин. Практическое применение такого вида измерений всегда сопряжено с большими погрешностями, поэтому следует проводить не менее трех однократных измерений и находить конечный результат как среднее арифметическое значение.
Многократные измерения характеризуются превышением числа измерений количества измеряемых величин. Преимущество многократных измерений – в значительном снижении влияний случайных факторов на погрешность измерения.
Метод измерения – прием или совокупность приемов сравнения измеряемой физической величины с ее единицей в соответствии с реализованным принципом измерений. Пример: измерение массы на рычажных весах с уравновешиванием гирями
(мерами массы с известным значением). Метод измерения должен по возможности иметь минимальную погрешность результата измерения и способствовать исключению систематических погрешностей или переводу их в разряд случайных.
Основными методами измерений являются:
1. Метод непосредственной оценки – метод измерений, в котором значение величины определяют непосредственно по отсчетному устройству измерительного прибора прямого действия.
2. Методы сравнения с мерой – методы, при которых измеряемая величина сравнивается с величиной, воспроизводимой мерой:
дифференциальный метод характеризуется измерением разности между измеряемой величиной и известной величиной, воспроизводимой мерой;
нулевой метод, при котором разность между измеряемой величиной и мерой сводится к нулю. При этом нулевой метод имеет то преимущество, что мера может быть во много раз меньше измеряемой величины, например взвешивание на весах, когда на одном плече находится взвешиваемый груз, а на другом – набор эталонных грузов;
метод замещения – метод сравнения с мерой, в котором измеренную величину замещают известной величиной, воспроизводимой мерой. Метод замещения применяется при взвешивании с поочередным помещением измеряемой массы и гирь на одну и ту же чашу весов;
метод совпадений – метод сравнения с мерой, в котором разность между измеряемой величиной и величиной, воспроизводимой мерой, измеряют, используя совпадение отметок шкал или периодических сигналов.
§ 6. СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ КЛАССИФИКАЦИЯ
СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ
Средство измерения (СИ) – техническое средство или комплекс технических средств, предназначенные для измерения, имеющие нормированные метрологические характеристики и воспроизводящие или хранящие одну или несколько единиц ФВ.
СИ производит две операции: обнаружение ФВ и сравнение неизвестного размера с известным. Это определение содержит метрологическую суть средства измерений. Измерять с приемлемой точностью можно при условии, что средство