Принципы построения Международной системы единиц

Лекция 1

Вводное занятие. Предмет «метрология», задачи, принципы, объекты и средства метрологии, стандартизации и сертификации. Закон РФ «Об обеспечении единства измерений». Международные организации по метрологии.

Слово метрология образовано из двух греческих слов метрон (мера) и логос (учение, умение) и означает - учение о мерах. Метрология в современном понимании - наука об измерениях, методах и средст­вах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точ­ности.

Единством измерений называется состояние измерений, при которых их результаты выражены в узаконенных единицах и по­грешности известны с заданной вероятностью.

 

Долгое время метрология была в основном описатель­ной наукой о различных мерах и соотношениях между ними. Но в процессе развития общества роль измере­ний возрастала, и с конца прошлого века благодаря прогрессу физики метрология поднялась на качественно новый уровень.

Сегодня метрология — это не только наука об измерени­ях, но и деятельность, предусматривающая изучение физи­ческих величин, их воспроизведение и передачу, примене­ние эталонов, основных принципов и методов создания средств измерений, оценку их погрешности, а также метро­логический контроль и надзор.

Цель метрологии заключается в обеспечении единства измерений, т.е. сопоставимости и согласуемости их резуль­татов, причем независимо от того, где, когда и кем были эти результаты получены.

Поскольку по результатам измерений принимаются ответ­ственные решения, то должна быть обеспечена соответству­ющая точность, достоверность и своевременность измерений.

Можно выделить три главные функции измерений в на­родном хозяйстве:

1) учет продукции народного хозяйства, исчисляющейся по массе, длине, объему, расходу, мощности, энергии;

2) измерения, проводимые для контроля и регулирования технологических процессов и для обеспечения нормального функционирования транспорта и связи;

3) измерения физических величин, технических парамет­ров, состава и свойств веществ, проводимые при научных исследованиях, испытаниях и контроле продукции в различ­ных отраслях народного хозяйства.

Значимость измерений особенно важна при переходе к рыночным отношениям, связанным с конкуренцией произво­дителей и соответственно с повышенными требованиями к качеству и техническим параметрам продукции. Повышение качества измерений и внедрение новых методов измерений зависят от уровня развития метрологии.

Основными задачами метрологии являются;

· обеспечение исследований, производства и экс­плуатации технических устройств;

· контроль за состоянием окружающей среды;

· обеспечение учреждений организаций соответствующими средствами измерений.

Метрологию подразделяют на

· общую — теоретическую и экспериментальную;

· прикладную (практическую);

· законодательную.

Теоретическая метрология занимается вопросами фун­даментальных исследований, созданием системы единиц из­мерений, физических постоянных, разработкой новых мето­дов измерений.

Экспериментальная метрология — вопросами созда­ния эталонов, образцов мер, разработкой новых измеритель­ных приборов, устройств и информационных систем.

Прикладная (практическая) метрология занимается вопросами практического применения в различных сферах деятельности результатов теоретических исследований в рамках метрологии.

Законодательная метрология включает комплекс взаи­мосвязанных и взаимообусловленных общих правил, а также другие вопросы, регламентация и контроль которых необхо­димы со стороны государства и для обеспечения единства из­мерений и единообразия системы измерений.

Метрологическая служба— совокупность субъектов деятельности и видов работ, направленных на обеспечение единства измерений.

Закон определяет, что Государственная метрологическая служба находится в ведении Госстандарта России и включает: государствен­ные научные метрологические центры; органы Государственной мет­рологической службы на территории республик в составе Россий­ской Федерации, автономной области, автономных округов, краев, областей, городов Москвы и Санкт-Петербурга.

Госстандарт России осуществляет руководство Государственной службой времени и частоты и определения параметров вращения Зем­ли (ГСВЧ), Государственной службой стандартных образцов состава и свойств веществ и материалов (ГССО) и Государственной службой стандартных справочных данных о физических константах и свойствах веществ и материалов (ГСССД) и координацию их деятельности.

Объектами государственного надзора являются:

1. нормативные документы по стандартизации и техническая документация;

2. продук­ция, процессы и услуги;

3. иные объекты в соответствии с действую­щим законодательством о государственном надзоре.

.

В 1993 г. был принят «Закон Российской Федерации об обеспе­чении единства измерений», который устанавливает правовые ос­новы обеспечения единства измерений в Российской Федерации. Закон регулирует отношения государственных органов управления Российской Федерации с юридическими и физическими лицами по вопросам изготовления, выпуска, эксплуатации, ремонта, про­дажи и импорта средств измерений и направлен на защиту прав и законных интересов граждан, установленного правопорядка и экономики Российской Федерации от отрицательных послед­ствий недостоверных результатов измерений.

Закон «Об обеспечении единства измерений» состоит из семи разделов: общие положения; единицы величин, средства и методи­ки выполнения измерений; метрологические службы; государствен­ный метрологический контроль и надзор; калибровка и сертификация средств измерений; ответственность за нарушение закона и финансирование работ по обеспечению единства измерений.

В первом разделе Закон «Об обеспечении единства измерений» устанавливает и законодательно закрепляет основные понятия, при­нимаемые для целей Закона: единство измерений, средство измере­ний, государственный эталон единицы величины, нормативные до­кументы по обеспечению единства измерений, метрологическая служ­ба, метрологический контроль и надзор, поверка и калибровка средств измерений, сертификат об утверждении типа средств измерений, аккредитация на право поверки средств измерений и сертификат о калибровке. В первой статье закона дается следующее определение понятия «единство измерений».

единство измерений— состояние измерений, при котором их резуль­таты выражены в узаконенных единицах величин и погрешности измере­ний не выходят за установленные границы с заданной вероятностью.

Понятие «единство измерений» охватывает важнейшие задачи метрологии: унификацию единиц, разработку систем воспроизведе­ния единиц и передачи их размеров рабочим средствам измерений сустановленной точностью, проведение измерений с погрешнос­тью, не превышающей установленные пределы, и др. Единство из­мерений должно выдерживаться при любой точности измерений, необходимой отрасли экономики.

Обеспечение единства измерений является задачей метрологических служб.

Комплекс нормативных, нормативно-технических и методических документов межотраслевого уровня, ус­танавливающих правила, нормы, требования, направ­ленные на достижение и поддержание единства измерений в стране при требуемой точности, составляет государствен­ную систему обеспечения единства измерений (ГСИ).

В ГСИ выделяются базовые стандарты, устанавливающие общие требования, правила и нормы, а также стандарты, ох­ватывающие конкретную область или вид измерений.

К основополагающим базовым стандартам относятся, например, ГОСТ 8.417 «ГСИ. Единицы физических ве­личин», ГОСТ 16363 «Метрология. Термины и опреде­ления». Базовые стандарты можно подразделить на группы в зависимости от объекта стандартизации:

· эталоны единиц физических величин;

· передача информации о размере единицы от этало­нов к средствам измерений;

· порядок нормирования метрологических характери­стик средств измерений;

· правила выполнения и оформления результатов изме­рений;

· единообразие средств измерений;

· метрологический надзор за разработкой, состоянием и применением средств измерений;

· государственная служба стандартных справочных данных.

В настоящее время нормативная база ГС И насчиты­вает более 2600 документов, в том числе 388 ГОСТов, около 2000 методических указаний метрологических институтов, 77 руководящих документов и 87 инструкций.

Сеть организаций, на которые возложена ответственность за метрологическое обеспечение измерений, составляет мет­рологическую службу. Различают два уровня метрологиче­ской службы — государственную метрологическую службу и метрологические службы юридических лиц (предприятий и объединений).

В состав государственной службы входят территориаль­ные органы и государственные научные метрологические центры (НИИ Госстандарта России). В структуру государ­ственной метрологической службы включены также специа­лизированные службы: государственная служба времени и частоты — ГСВЧ, государственная служба стандартных об­разцов — ГССО, государственная служба стандартных спра­вочных данных — ГСССД.

К основным видам метрологической деятельности от­носятся метрологическое обеспечение подготовки производства, государственные испытания средств измерений, поверка средств измерений.

Метрологическое обеспечение подготовки производ­ства— это комплекс организационно-технических меро­приятий, направленных на определение с требуемой точно­стью параметров продукции (изделий, узлов, материалов) и сырья, технологических процессов и оборудования и позволяющих добиться высокого качества выпускаемой продукции, а также снижения непроизводительных затрат на ее выпуск.

Работы по метрологическому обеспечению подготовки производства выполняют метрологические, конструкторские, технологические службы предприятий с момента получения исходных документов на осваиваемое изделие.

Испытания средств измерений проводятся государствен­ными научными центрами Госстандарта России.

В состав комиссии входят представители:

· государственного центра испытаний средств изме­рений;

· заказчика средств измерений;

· ведомственной метрологической службы;

· организации-разработчика;

· производителя средств измерений.

В случае успешного испытания средства измерений, в ре­зультате которого подтверждены все параметры и характери­стики средств измерений, документация предоставляется в Госстандарт России и принимается решение об утверждении типа средства измерений. Это решение удостоверяется сер­тификатом об утверждении типа средств измерений. Утвер­жденный тип заносится в государственный реестр средств измерений.

Государственный метрологический контроль и надзор является технической и правовой деятельностью, осуществ­ляемой органами государственной метрологической службы в целях проверки соблюдения правил законодательной мет­рологии — Закона РФ «Об обеспечении единства измерений», нормативных актов по вопросам метрологии.

К объектам государственного метрологического контро­ля и надзора относятся:

· средства измерений;

· эталоны, применяемые для поверки средств измерений;

· методики выполнения измерений;

· количество фасованных товаров в упаковках любого вида при их продаже и расфасовке.

Государственный метрологический контроль (ГМК) рас­пространяется:

1. на здравоохранение, ветеринарию, охрану окружа­ющей среды, обеспечение безопасности;

2. торговые операции и взаимные расчеты между поку­пателем и продавцом;

3. государственные учетные операции;

4. обеспечение обороны;

5. геодезические и гидрометеорологические работы;

6. банковские, налоговые, таможенные и почтовые опе­рации;

7. продукцию, поставляемую по государственным кон­трактам;

8. испытания и контроль качества продукции на соот­ветствие обязательным требованиям стандартов и при обязательной сертификации продукции;

9. измерения, проводимые по поручению органов суда, прокуратуры, арбитража, других органов государ­ственного управления;

 

10. регистрацию национальных и международных спор­тивных рекордов.

Характеристика видов государственного метро­логического контроля и надзора. Государственный метрологический контроль и надзор включает:

1. государственный метрологический надзор за коли­чеством товаров, отчуждаемых при совершении тор­говых операций; за количеством фасованных то­варов в упаковках любого вида при их расфасовке и продаже;

2. поверку средств измерений, в том числе эталонов;

3. утверждение типа средств измерений;

лицензирование деятельности юридических и физи­ческих лиц по изготовлению, ремонту, продаже, про­кату средств измерений. Государственному метрологическому контролю подлежат торговые операции, при совершении которых определяется масса, объем, расход и другие величины, характеризующие количество отчуждаемых товаров.

Государственному метрологическому надзору в сфере банковских операций подлежат средства измерения для иден­тификации ценных бумаг и валют (например, детекторы ва­лют, счетчики банкнот), электронных подписей, залоговых ценностей. Принимая на депозитное хранение такие ценно­сти, как, например, благородные металлы, драгоценные кам­ни, банки должны обеспечить измерение их количества и состава с требуемой точностью.

Государственному метрологическому надзору подлежат фасованные товары в упаковках любого вида при их прода­же или расфасовке, в случаях, когда содержимое упаковки не может быть изменено без ее вскрытия или деформации, а количество содержимого указано нанесенным на упаковку значением массы. При проведении надзора проверяют соот­ветствие действительного значения массы, объема и других величин количеству фактически содержащегося в упаковке товара и нанесенному на упаковку значению.

Средства измерений, используемые в указанных сферах государственного метрологического контроля и надзора, под­лежат поверке органами государственной метрологической службы при выпуске и после ремонта, при эксплуатации и продаже, ввозе по импорту. Поверку средств измерений осу­ществляют лица, аттестованные в качестве поверителей в органах государственной метрологической службы. Положи­тельные результаты поверки средств измерений удостоверя­ют знаком поверительного клейма или сертификатом о по­верке. Знак поверительного клейма наносят на средства измерений и в эксплуатационную документацию, а в случае выдачи сертификата о поверке — на сертификат. Если знак поверительного клейма поврежден, а также если сертифи­кат утрачен, средство измерений признается непригодным к применению.

Средства измерений, предназначенные для выпуска или ввоза по импорту, подвергаются обязательным испытаниям с последующим утверждением типа. Решение об утвержде­нии типа средства измерений принимается Госстандартом России и удостоверяется сертификатом. Утвержденный тип вносится в Государственный реестр средств измерений. В необходимых случаях тип средства измерений подверга­ется также обязательной сертификации на безопасность применения в соответствии с законодательством о защите здоровья, жизни и имущества граждан, охране труда и ок­ружающей среды.

Организация государственного метрологическо­го контроля и надзора. Контроль и надзор осущест­вляются государственными инспекторами органов го­сударственной метрологической службы. Госинспекторы беспрепятственно посещают объекты, где эксплуатируются средства измерений, с целью их поверки, отбора образцов товара для осуществления контроля при их продаже и рас­фасовке и других видов контроля. При выявлении наруше­ния госинспектор имеет право запрещать применение средств измерения неутвержденных, а также неповеренных типов; гасить клейма или аннулировать сертификат о поверке, в слу­чаях когда средство измерений дает неправильные показа­ния или просрочен межповерочный интервал; давать обя­зательные предписания и устанавливать сроки устранения нарушения метрологических правил; составлять протоколы об административной ответственности нарушителей метро­логических правил для принятия решений о применении сан­кций.

Юридические и физические лица обязаны оказывать со­действие инспектору в выполнении возложенных на него обязанностей. Лица, препятствующие осуществлению госу­дарственного метрологического контроля и надзора, несут ответственность в соответствии с действующим законода­тельством.

В соответствии с действующим законодательством за нарушение правил законодательной метрологии предусмотре­ны административная и уголовная ответственность, эконо­мические санкции.

Административную ответственность за нарушение правил несут руководители и должностные лица юри­дических лиц, а также физические лица, по вине кото­рых были допущены нарушения. Административные взыска­ния налагаются в виде штрафа. Основанием для взыскания служат несоблюдение правил метрологии при продаже и рас­фасовке товаров в упаковки, несоблюдение правил поверки средств измерений, воспрепятствование осуществлению мет­рологического контроля и надзора уполномоченными на то органами.

Уголовная ответственность наступает в случае приме­нения неповеренных или иных непригодных средств измерений в розничной торговой сети или сфере об­щественного питания, здравоохранения, охраны окружа­ющей среды, обеспечения безопасности. В зависимости от степени нарушения метрологических правил предусматри­ваются крупный штраф, исправительные работы, лишение права занимать должности, связанные с измерением, лише­ние свободы. Экономические санкции применяются, как пра­вило, к юридическим лицам. Размер санкций определяется действующим законодательством.

 

	Состав Государственной метрологической службы РФ (ГМС).
	Наименование учреждения	Функции учреждения
	Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии - возглавляет ГМС	Разработка, обсуждение, утверждение и учет технических регламентов, национальных стандартов, общероссийских классификаторов, систем каталогизации и т.д. Руководствод_координация деятельностлГМС. Проведение конкурсов на соискание премий Правительства РФ.
	Государственные научные метрологические центры (ГНМЦ) -7ВНИИ	Хранение государственных эталонов, проведение исследования; разработка методов высокоточных измерении и нормативных документов
	Региональные центры стандартизации, метрологии и сертификации (ЦСМ и С) - более	Госконтроль и надзор за обеспечением единства измерений в регионе, метрологическое обеспечение предприятий, поверка и калибровка средст измерений, аккредитация измерительных лабораторий, обучение и аттестация поверителей, разработка новых средств измерений, техобслуживание и ремонхср^Д£гв^13з1ер^ний.
	Государственная служба времени, частоты и определения параметров вращения земли (ГСВЧ)	Межрегиональная и межотраслевая координация работ в данной области, хранение и передача размеров единицы времени и частоты, координат полюсов земли. Измерительную информацию используют службы навигации и управления судами, самолетами и спутниками и р.
	Государственная служба стандартных образцов состава и свойств материалов (ГССО)	Обеспечивают разработку средств сопоставления стандартных образцов с характеристиками веществ и материалов, которые производятся промышленными и сельскохозяйственными предприятиями, для их идентификации и контроля.
	Государственная служба стандартных справочных данных о физических константах и свойствах веществ и материалов (ГСССД)	Обеспечивают разработку достоверных данных о физических константах, свойствах веществ, нефти, газа и др. Информацию используют организации, создающие новую технику.

 

Международные организации по метрологии
Наименование организации	Цели, задачи и деятельность организации
1. Международная организация законодательной метрологии (МОЗМ)	Создана в 1955 г. Объединяет более 80 государств. Цели: разработка общих вопросов законодательной метрологии, в т.ч. установление классов точности СИ, обеспечение единообразия определения типов и образцов систем СИ, рекомендаций по испытаниям и подготовке кадров. Высший орган Международная конференция законодательной метрологии. Созывается 1 раз в 4 года. Решения носят рекомендательный характер. Россию в МОЗМ представляет Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии, а также 12 министерств и ведомств. Участие России позволяет влиять на содержание принимаемых рекомендаций, добиваясь их соответствия российским стандартам, позволяет совершенствовать метрологическую работу.
2. Международная организация мер и весов (МОМБ)	Создана в 1875 г. - подписана Метрологическая конвенция. Цели: унификация национальных единиц измерений и установление единых фактических эталонов длины и массы. МБМВ - научно-исследовательская лаборатория, которая хранит и поддерживает международные эталоны. ЕЕ главная задача - сличение национальных эталонов с международными, совершенствование систем измерений. Высший орган МОМБ - Генеральная конференция мер и весов. (1 раз в 4 года). Работой МОБВ между конференциями руководит Международный комитет мер и весов, в который входят крупнейшие физики и метрологи мира, в т.ч. представители России. Всего 18 членов. Важнейший результат деятельности - переход стран на единые единицы и эталоны.
3. Международная организация по стандартизации (ИСО)	Создана в 1946 г. Члены ИСО - национальные организации по стандартизации стран мира. 135 стран представлены. Сфера деятельности ИСО распространяется на все области, кроме электротехники и электроники. Главные задачи: развитие стандартизации, метрологии и сертификации с целью обеспечения обмена товарами и услугами, развитие сотрудничества в научно-технической и экономической областях. Стандарты ИСО - наиболее широко используются в мире, их общее число превышает 12000. Ежегодно принимается и пересматривается около 1000 стандартов. Они не являются обязательными для применения странами - членами ИСО. Все зависит от степени участия страны в международном разделении труда и состояния ее внешней торговли. В России идет активный процесс внедрения стандартов ИСО а национальную систему стандартизации.
4. Международная электротехническая комиссия (МЭК)	Создана в 1906 г. Автономная организация в составе ИСО. Основная цель определена Уставом - содействие международному сотрудничеству по стандартизации в области электротехники и радиотехники путем разработки стандартов. Страны представлены в МЭК своими национальными органами по
	стандартизации (РФ - Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии).Высший руководящий орган МЭК - Совет национальных комитетов всех стран. МЭК принято более 2000 стандартов. Они более конкретны, чем стандарты ИСО и поэтому более пригодны для применения в странах - членах МЭК. В России внедрено более половины принятых МЭК стандартов.
Европейская организация по метрологии (ЕВРОМЕТ)	Региональная международная организация. Работает в области исследования и разработки национальных эталонов, содействует развитию поверочных служб, разрабатывает методы наивысшей точности.

 

Международная организация мер и весов (МОМВ) обеспечи­вает хранение и поддержание международных эталонов различных единиц и сличение с ними государственных эталонов и состоит из Генеральной конференции мер и весов, Международного комитета по мерам и весам, Международного бюро мер и весов (МБМВ).

В большинстве стран мира мероприятия по обеспечению единства измерений установлены законодательно. Поэтому один из разделов метрологии называется законодательной метрологией и включает комплекс общих правил, требований и норм, направлен­ных на обеспечение единства измерений и единообразия средств измерений. Для единообразия в единицах измерений в 1978 г. был утвержден Международный стандарт «Единицы физических вели­чин» (СИ), который введен с 1 января 1979 г. как обязательный во всех областях народного хозяйства, науки, техники и при препо­давании.

Л 2

Основные понятия и определения принятые в метрологии. Физические величины. Типы шкал. Понятия о системе физических величин.

Основные термины и определения сформулированы в ряде нормативно-технических документов.

В 1994 г. введен новый рекомендательный документ «Рекомен­дации. Метрология. Основные термины и определения», раз­работанный НИИ метрологии.

Физическая величина — свойство физического объекта, явления или процесса, общее в качественном отношении для многих физических объектов, но в ко­личественном выражении индивидуальное для каждого из них, например длина, масса, электрическое сопротивление.

Измерение — совокупность операций по применению технического средства, хранящего единицу физической величины, заключающихся в сравнении измеряемой ве­личины с единицей.

Диапазон измерений — область значений величин, в пределах которых нормированы допускаемые пре­делы погрешности. Значения величины, ограничива­ющие диапазон измерений снизу или сверху (слева или спра­ва), называют нижним пределом или верхним пределом измерений.

Порог чувствительности — наименьшее значение измеряемой величины, которое вызывает заметное из­менение выходного сигнала. Например, если порог чувствительности весов равен $Q mi» to это означает, что за­метное перемещение стрелки весов достигается при таком малом изменении массы, как 10 мг.

ШКАЛЫ ИЗМЕРЕНИЙ

 

Шкала измерений— это упорядоченная совокупность зна­чений физической величины, служащих основой для изме­рения данной величины. Упорядочение значений физиче­ской величины может быть достигнуто разными способами.

Шкала наименований характеризуется только отно­шением эквивалентности различных качественных проявлений свойства. Эти шкалы не имеют нулевой от­метки, единиц измерения, в них нет отношений сопоставле­ния типа больше, меньше, лучше, хуже и т.д. Например, в шкале цветов процесс измерений достигается определением эквивалентности при визуальном наблюдении испытуемого образца с одним из эталонов, входящих в атлас цветов.

Простейший способ получения информации, позволя­ющий составить некоторое представление о размере изме­ряемой величины, заключается в сравнении его с другим по принципу «что больше (меньше)?», или «что лучше (хуже)?».

При этом число сравниваемых между собой размеров может быть достаточно большим. Расположенные в порядке возра­стания или убывания размеры измеряемых величин образу­ют шкалы порядка.

Операция расстановки размеров по их возрастанию или убыванию с целью получения измерительной информации по шкале порядка называется ранжированием. Для облегчения измерений по шкале порядка некоторые точки на ней можно зафиксировать в качестве опорных (реперных). Точкам шка­лы могут быть присвоены цифры, часто называемые балла­ми. Например, знания оценивают по четырехбалльной реперной шкале, имеющей следующий вид: неудовлетворительно, удовлетворительно, хорошо, отлично. По реперным шкалам измеряется твердость минералов, чувствительность пленок и другие величины (интенсивность землетрясений измеряется по 12-балльной шкале, называемой международной сейсми­ческой шкалой).

Шкала интервалов (разности) описывает свойства величины не только с помощью отношений эквивален­тности, но также с помощью суммирования и пропор­циональности интервалов между количественными проявле­ниями свойства. Примером может служить шкала измерения времени, которая разбита на крупные интервалы — года, на более мелкие — сутки и т.д.

По шкале интервалов можно судить не только о том, что один размер больше другого, но и о том, насколько больше. Однако по шкале интервалов нельзя оценить, во сколько раз один размер больше другого. Это обусловлено тем, что на шкале интервалов известен только масштаб, а начало отсче­та может быть выбрано произвольно.

Наиболее совершенной является шкала отношений. Примером ее может служить температурная шкала Кельви­на, шкала Цельсия, шкалы массы и т.д.

По шкале отношений можно определить не только, на сколько один размер больше другого, но и во сколько раз больше или меньше.

ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ

Основным объектом измерения в метрологии явля­ются физические величины. Физическая величина применяется для описания материальных систем, объектов, явлений, процессов, изучаемых в любых науках. Существуют основные и производные величины. В качестве основных выбирают величины, которые характеризуют фун­даментальные свойства материального мира. ГОСТ 8. 417 устанавливает семь основных физических величин: длину, массу, время, термодинамическую температуру, количество вещества, силу света, силу тока. Измеряемые величины име­ют количественную и качественную характеристики.

Формализованным отражением качественного разли­чия измеряемых величин служит их размерность. В соответствии с документами ИСО размерность обо­значается символом dim (от лат. dimension — измерение).

Размерность основных физических величин — длины, массы, времени — обозначается соответствующими заглав­ными буквами:

dim L = L

dim m=M

dim t = Т.

Размерность физической величины записывается в виде произведения символов соответствующих основных физи­ческих величин, возведенных в определенную степень — показатель размерности:

где L, М, Т— размерности основных физических величин;

— показатели размерности (показатели степени, в кото­рую возведены размерности основных физических ве­личин).

Например: размерность ускорения — м/с²

 

Каждый показатель размерности может быть положи­тельным или отрицательным, целым или дробным, нулем. Если все показатели размерности равны нулю, то величина назы­вается безразмерной.

Количественной характеристикой измеряемой величины служит ее размер. Получение информации о размере физи­ческой величины является содержанием любого измерения.

Значение измеряемой величины — оценка размера фи­зической величины в виде некоторого числа принятых для нее единиц.

Например: L = 1 м = 100 см = 1000 мм.

Входящее в него отвлеченное число называется числовым значением. В приведенном примере это 1, 100, 1000.

Значение физической величины получают в результате ее измерения или вычисления в соответствии с основным уравнением измерения:

где Q — значение физической величины;

X — числовое значение измеряемой величины в принятой еди­нице; [Q] — выбранная для измерения единица.

Допустим, измеряется длина отрезка прямой в 10 см с помощью линейки, имеющей деления в сантиметрах и милли­метрах. Для данного случая:

В то же время применение различных единиц (1 см и 1 мм) привело к изменению числового значения результата изме­рений.

 

 

Л 3

Принципы построения Международной системы единиц. Преимущества СИ.

Единица физической величины— это физическая вели­чина, которой по определению присвоено числовое зна­чение, равное единице (1 м, 1 фунт, 1 см). Система единиц физических величин — совокупность основных и производных единиц, относящихся к некоторой системе величин и образованная в соответствии с приняты­ми принципами.

В России, как практически во всех странах мира, действу­ет Международная система единиц, основными физически­ми величинами которой являются метр, килограмм, секунда, ампер, кандела, кельвин, моль. Международная система была утверждена в 1960 г. на XI конференции мер и весов.

Единицы физических величин международной системы физических величин образуются на основе законов, устанав­ливающих связь между физическими величинами, или на ос­новании принятых в определенных НИИ физических величин.

. Для единообразия в единицах измерений в 1978 г. был утвержден Международный стандарт «Единицы физических вели­чин» (СИ), который введен с 1 января 1979 г. как обязательный во всех областях народного хозяйства, науки, техники и при препо­давании.

СИ содержит семь основных единиц, которые затрагивают из­мерения всевозможных параметров: механических, тепловых, элек­трических, магнитных, световых, акустических и ионизирующих излучений и в области химии. Основными единицами установлены: метр (м) - для измерения длины; килограмм (кг) - для измерения массы; секунда (с) - для измерения времени; ампер (А) - для изме­рения силы электрического тока; Кельвин (К) - для измерения тем­пературы; кандела (свеча) кд - для измерения силы света, моль - для измерения количества вещества.

До 1960 г. за международный эталон и национальный эталон длины 1 м принималось расстояние между серединами двух штри­хов на бруске Х-образного сечения, сделанном из сплава платины с иридием. У этого эталона расстояние между серединами штрихов было невозможно измерить точнее ±0,1 мкм, что не отвечало требо­ваниям современного состояния науки и техники. Недостатком эта­лона являлось и то, что он представлял собой металлический брусок, который при стихийном бедствии (например, землетрясении или наводнении) мог пропасть или потерять со временем точное значе­ние метра.

 

Принципы построения Международной системы единиц

Первая система единиц физических величин, хотя она и не яв­лялась еще системой единиц в современном понимании, была при­нята Национальным собранием Франции в 1791 г. Она включала в себя единицы длины, площади, объема, вместимости и массы, ос­новными из которых были две единицы: метр и килограмм.

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 систем

 

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.