Измеряемые физические величины

•
РАЗДЕЛ 2 ОСНОВЫ МЕТРОЛОГИИ –
•
2.1 СТРУКТУРА МЕТРОЛОГИИ
•
Современная метрология- область знаний и вид деятельности, связанный с измерениями.
•
Метрология- это наука об измерениях, методах, средствах обеспечения их единства и способах
достижения требуемой точности., РМГ 29-99. ГСИ. Метрология. Основные термины и определения:
•
Измерения являются одним из самых древних занятий в познавательной деятельности человека. Их возникновение относится к истокам
материальной культуры человечества. В практической жизни человек всюду имеет дело с измерениями. Только в РФ ежедневно проводится
около 200 млрд измерений. Свыше 4 млн человек считают измерения своей профессией. Доля затрат на измерения составляет 10 – 15 %
затрат общественного труда, а в отраслях промышленности, производящих сложную технику она достигает 50 – 70 %.
•
Значимость измерений выражается в 3-х аспектах: философском, научном и техническом.
•
--Философский аспект состоит в том, что измерения являются важнейшим универсальным средством познания физических явлений и
процессов. Процесс познания в обобщенном виде представляет собой исследование, заканчивающееся получением качественной или
количественной информации. Количественную информацию получают посредством измерений.
•
--Научный аспект измерений состоит в том, что с их помощью в науке осуществляется связь теории и практики. На получении точной
измерительной информации, питающей абстрактное мышление, основаны успехи всех естественных наук. Математика, механика, физика
стали именоваться точными науками потому, что благодаря измерениям они получили возможность устанавливать точные и количественные
соотношения, выражающие объективные законы природы. Без измерений невозможна проверка научных гипотез и, соответственно, развитие
науки.
•
•
•
--Технический аспект: В народном хозяйстве можно выделить три главные функции измерений:
Учет продукции по массе, длине, объёму, расходу, мощности, энергии;
Измерения, проводимые для контроля и регулирования технологических процессов, а также обеспечения нормального функционирования
транспорта и связи. Технологические процессы в значительной мере состоят из измерительных операций; по мере автоматизации
производства удельный вес измерений возрастает в несколько раз.
Например, при изготовлении интегральных схем различной сложности осуществляется от 400 до 1500 совокупных операций измерений,
испытаний и контроля. Для того, чтобы изготовить современный авиационный двигатель, нужно выполнить более ста тысяч различных
измерительных операций, почти половина из которых – контрольные, связанные с теми или иными измерениями. При изготовлении же
самолета ИЛ-86 количество контрольно-измерительных операций составляет более 50 млн [ЗиПМ, 2002]. На химическом производстве
нередко используются до 20 000 точек измерения температуры.
Измерение технических характеристик продукции, отражающих её свойства и состав при испытаниях и контроле продукции на различных
стадиях её производства в различных отраслях народного хозяйства.
•
•
•
Степень проникновения метрологии в различные сферы деятельности человека и качество количественных оценок вполне может служить
мерой уровня цивилизации общества.
•
•
•
•
Метрология делится на три самостоятельных и взаимодополняющих раздела:
--Теоретическая метрология (общая теория измерений)
--Законодательная метрология
--Прикладная метрология
•
Теоретическая метрология – это раздел метрологии, предметом которого является
разработка фундаментальных основ или общих вопросов теории измерений.
•
Законодательная метрология – это раздел метрологии, предметом которого является
установление обязательных технических (метрологических) или юридических требований
по применению единиц физических величин, эталонов, методов и средств измерений,
направленных на обеспечение единства и необходимой точности измерений в интересах
общества.
•
Законодательная метрология служит средством государственного регулирования
метрологической деятельности посредством законов и законодательных положений,
которые вводятся в практику через государственную метрологическую службу и
метрологические службы государственных органов управления и юридических лиц.
Метрологические правила и нормы законодательной метрологии гармонизированы с
рекомендациями и документами соответствующих международных организаций. Тем самым
законодательная метрология способствует развитию международных экономических и
торговых связей и содействует взаимопониманию в международном метрологическом
сотрудничестве.
•
Прикладная метрология – это раздел метрологии, предметом которого являются вопросы
практического применения разработок теоретической метрологии и положений
законодательной метрологии.
•
2.2 КЛАССИФИКАЦИЯ ВЕЛИЧИН
•
Основные понятия метрологии это величина и измерение.
•
Все объекты окружающего мира характеризуются своими свойствами. Свойство – это философская
категория, выражающая такую сторону объекта, которая обуславливает его различие или общность с
другими объектами и обнаруживается в его отношениях к ним. Свойство - категория качественная. Для
количественного описания различных свойств объектов вводится понятие величины.
•
Величина - это характерный признак явления, тела или вещества, который может выделяться
качественно и определяться количественно.
•
Например, любые события и явления в реальном мире происходят не мгновенно, а имеют некоторую
длительность. Общепринятой характеристикой данного свойства является время. Физическое
пространство обладает сложным свойством – протяженностью по трем направлениям (координатам);
пространство может быть охарактеризовано через простые свойства – угол, площадь, объём.
Свойство тел сохранять в отсутствии внешних воздействий состояние покоя или равномерного
прямолинейного движения называется инерцией. Инерция тела может быть количественно описано
массой. Нагретость тела – свойство тела, состоящее в том, что оно нагрето до некоторого
состояния, качественно отличающееся от предыдущего и количественно определяется
(термодинамической) температурой.
•
•
•
•
Классификация величин
Все величины разделяют на реальные и идеальные
Идеальные величины
- Математические
•
Реальные Величины
- Физические - Измеряемые Оцениваемые
- Нефизические - Оцениваемые
•
Идеальные величины относятся к математике и являются моделью конкретных реальных понятий. Они
вычисляются тем или иным способом. Реальные величины делятся на физические и нефизические.
•
Физической величиной называют одно из свойств физического объекта (физической
системы, явления или процесса), общее в качественном отношении для многих физических
объектов, но в количественном отношении индивидуальное для каждого из них.
•
Кроме физических величин в последние десятилетия в прикладной метрологии стали
использовать нефизические величины. Это связано с применением термина «измерение» в
новых для метрологии сферах: экономике, медицине, информатике, управлении качеством,
в педагогике, философии, социологии, психологии и других науках и видах деятельности.
•
Например, в экономике оперируют со свойством, общим для всех видов товарной продукции, но в
количественном отношении индивидуальным для каждого из них –стоимостью и ценой товара. Цена
выражается в денежных знаках. Цена и стоимость называются экономическими показателями. В сфере
промышленного производства используют такое сложное свойство продукции как её качество. Качество это совокупность свойств продукции, обуславливающих удовлетворение определенных потребностей в
соответствии с назначением продукции. В квалиметрии – процедуре измерения (оценивания) качества,
качество продукции определяется через такие показатели как функциональное назначение продукции, её
безопасность, надежность, сохраняемость, эстетичность и т.д.
•
•
Физические величины разделяют на измеряемые и оцениваемые.
•
Измеряемые физические величины могут быть выражены количественно, в виде
определенного числа установленных единиц измерения. Если по тем или иным причинам
единица измерения не может быть введена, то ФВ может быть только оценена, то есть ей
может быть приписано определенное число по установленным правилам. Нефизические
величины, для которых единица измерения в принципе не может быть введена, могут быть
только оценены.
•
Предметом метрологии является извлечение путем измерения количественной
информации о свойствах объектов измерения с заданной точностью и достоверностью.
•
Объект измерения – это тело (физическая система, явление, процесс), которое
характеризуется одной или несколькими измеряемыми физическими величинами. Примеры
объектов метрологии – болт, технологический процесс, спутник Земли, кровь и т.д.
•
2.3 ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ В МЕТРОЛОГИИ
•
Измерение – совокупность операций, выполняемых для определения количественного
значения величины;- ФЗ 2008 Об обеспечении единства измерений
•
•
- нахождение значения величины опытным путём с помощью специальных технических средств – ГОСТ Р
8.000-2000 ГСИ. Общие положения
- совокупность операций по применению технического средства, хранящего единицу физической
величины, обеспечивающих нахождение соотношения (в явном или неявном виде) измеряемой величины
с её единицей и получение значения этой величины _РМГ 29-99 ГСИ. Метрология, термины и определения
•
Для установления различия в количественном содержании свойства изучаемых объектов, отображаемого
данной физической величиной, введено понятие размера физической величины.
•
Размер – это количественная определённость физической величины, присущая
конкретному материальному объекту, системе, явлению или процессу. Размер физической
величины - это объективная реальность, независящая от того, измеряют или не измеряют
соответствующую характеристику свойства объекта. Он существует, но не всегда может
быть выражен через числовое значение (шкалы)
•
Значение физической величины – это выражение размера физической величины в виде
некоторого числа принятых для неё единиц.
•
Единица измерения физической величины –это физическая величина фиксированного
размера, которой условно присвоено числовое значение, равное единице, и применяемая
для количественного выражения однородных с ней физических величин.
•
Числовое значение физической величины – это отвлечённое число, входящее в
значение величины.
•
Результат измерения физической величины – это значение величины, полученное путём
её измерения.
•
Истинное значение физической величины – это значение величины, которое идеальным образом
характеризует в качественном и количественном отношении соответствующую физическую величину.
Истинное значение физической величины может быть соотнесено с понятием абсолютной истины. Оно
может быть получено только в результате бесконечного процесса измерений с бесконечным
совершенствованием методов и средств измерений.
•
Постулаты метрологии (реферат 8): истинное значение измеряемой величины отыскать невозможно.
•
Действительное значение физической величины – это значение физической величины, полученное
экспериментальным путем и настолько близкое к истинному значению, что в поставленной измерительной
задаче может быть использовано вместо него.
•
В 2002 году в России в практическую метрологию вместо неопределённого действительного значения
величины ГОСТ Р ИСО 5725-1-2002 введено понятие «принятое опорное значение» . В качестве
опорного значения может быть принято – теоретическое или научно установленное значение;
- аттестованное значение стандартного образца;
- аттестованное значение аттестованной смеси;
- математическое ожидание измеряемой характеристики, например, среднее арифметическое значение
заданной совокупности результатов.
•
•
•
•
Точность результата измерений – одна из характеристик качества измерения, отражающая близость к
нулю погрешности результата измерения. Характеризуется совокупностью показателей точности –
правильностью, прецизионностью. Считают, что чем меньше погрешность измерения, тем больше его
точность
•
Погрешность результата измерения – разность между результатом измерения и истинным
(действительным) значением измеряемой величины.
•
Для обеспечения единства измерений независимо от того, кем, где, когда, в каких условиях они проведены,
знание погрешности измерений недостаточно. Необходимо иметь уверенность в том, что погрешность
измерений не превысила пределов, установленных в соответствии с поставленной измерительной
задачей. С этой целью пользуются понятием «достоверность измерений», представляющим искомую
величину известной с заданной вероятностью.
•
Метод измерений– это приём или совокупность приёмов сравнения измеряемой величины
с её единицей в соответствии с реализованным принципом измерений.
•
Метод измерений обычно обусловлен устройством средств измерений.
•
Принцип измерений – это физическое явление или эффект, положенные в основу
измерений. (Применение эффекта Джозефсона для измерения электрического напряжения,
Эффекта Доплера для измерения скорости, закона светопоглощения Бугера-ЛамбертаБера для определения концентрации компонентов в смеси по спектрам поглощения, закона
Фарадея для определения количества электричества, прошедшего через раствор
электролита, путем измерения массы выделившегося на электроде металла и т.д.).
•
•
Средство измерений
Значение величины может быть получено с помощью технических средств,
предназначенных для измерений – средств измерений – ФЗ 2008.
- по РМГ 29-99 – это техническое средство, предназначенное для измерений, имеющее
нормированные метрологические характеристики, воспроизводящее или хранящее
единицу физической величины, размер которой принимают неизменным (в пределах
установленной погрешности) в течение известного интервала времени.
•
•
Методика выполнения измерений – это совокупность операций и правил, выполнение
которых обеспечивает получение результатов измерений с известной погрешностью.
Погрешность результатов измерений указывают в методиках выполнения измерений. Их
оценивают разработчики этих методик на стадии разработки методики.
•
Единство измерений – это состояние измерений, характеризуюшееся тем, что их
результаты выражаются в узаконенных единицах, размеры которых в установленных
пределах равны размерам единиц, воспроизводимых первичными эталонами, а
погрешности результатов измерений известны и с заданной вероятностью не выходят за
установленные пределы.
•
Измеряемые величины имеют качественную и количественную характеристики.
Формализованным отражением качественного различия измеряемых величин является их
размерность.
•
Размерность – это выражение в форме степенного одночлена, составленного из
произведения символов основных физических величин в различных степенях и
отражающее связь данной физической величины с физическими величинами, принятыми в
используемой системе величин за основные и с коэффициентом пропорциональности,
равным единице. (РМГ 29-99).
•
Размерность зависит от выбора основных физических величин, то есть от системы единиц.
На практике понятие размерности используют для перевода единиц из одной системы в
другую, для проверки правильности сложных расчетных формул, полученных в результате
теоретического вывода, для выяснения зависимости между величинами и в теории
физического подобия.
•
•
Если имеется некоторая физическая величина Х и принятая для неё единица измерения
равна [X], то значение физической величины Х равно
Х = q [X]
Это основное уравнение измерений
•
Например, Р = 10 Н, m = 50 kg
•
В основном уравнении измерений отражена процедура сравнения неизвестного размера Х
с известным [X]. В тоже время из основного уравнения измерений видно, что числовое
значение величины зависит от размера принятой единицы измерения.
•
Размер величины зависит от того, какая единица принята при измерении величины.
•
Длина удава равна 38 попугаям или двум слонёнкам