Производные единицы СИ

1. Частота - герц (Гц).

2. Сила, вес - ньютон (Н).

3. Давление - паскаль (Па).

4. Энергия, работа, количество теплоты - джоуль (Дж).

5. Мощность, поток энергии - ватт (Вт).

6. Электрический заряд - кулон (Кл).

7. Эл. напряжение, потенциал - вольт (В).

8. Эл. емкость - фарад (Ф).

9. Эл.сопротивление - ом (Ом).

10. Эл.проводимость - сименс (См).

11. Поток магнитной индукции - вебер (Вб).

12. Плотность магнитного поля - тесла (Тл).

13. Индуктивность - генри (Гн).

14. Световой поток - люмен (лм).

15. Освещенность - люкс (лк).

16. Активность радионуклида - беккерель (Бк).

17. Поглощенная доза излучения - грэй (Гр).

18. Эквивалентная доза излучения - зиверт (Зв).

С помощью простейших уравнений можно определить размерности и других важнейших производных величин.

Единицы:

скорости v = S/t , м/с,

площади S = l × l = l² = м × м = м²,

частота вращения n = N/t, оборотов/с,

где N - число циклов равномерного вращения;

t - время вращения.

Аналогично определяются размерности и других производных величин.

На слайде представлены некоторые ранее использовавшиеся единицы физических величин.

Приведем лишь некоторые примеры погрешностей, имевших большие последствия.

Погрешность измерения температуры топлива в один градус (по Цельсию) приводит к отклонению головной части жидкотопливной ракеты до 100 м.

В 1999 г. американцы запустили к Марсу космический аппарат Mars Climate Orbiter стоимостью 125 млн долларов. Аппарат прошел от планеты на расстоянии около 100 км. Причина подобного промаха довольно быстро была обнаружена специалистами НАСА и фирм — разработчиков аппарата. Оказалось, что данные о единице силы, действующей на аппарат со стороны двигателей, рассчитывались с помощью фунтов и футов, причем другие узлы аппарата рассчитывались в ньютонах, т. е. в кг•м•с^-2. Таким образом, смешение винчестерских мер, ранее использовавшихся в США, и новых (по Международной системе единиц), как полагают, и привело к «уводу» космического аппарата в сторону от планеты Марс.

Так что же такое измерение?

Измерение - это определение числового значения какой-либо величины путем ее сравнения с единицей измерения.

(Слайд 4) А основное уравнение измерения имеет вид:

А = m × U,

 

где А - измеряемая величина;

m - число, показывающее во сколько раз измеряемая величина больше или меньше единицы измерения;

U - единица измерения.

Но если быть более точным, то измерение представляет собой совокупность операций, выполняемых с помощью технического средства, хранящего единицу величины и позволяющего сопоставить с нею измеряемую величину.

Измерения как основной объект метрологии связаны с физическими величинами.

Физической величиной называют одно из свойств физического объекта (явления, процесса), которое является общим в качественном отношении для многих физических объектов, отличаясь при этом количественным значением.

Технические средства, которыми пользуются при измерениях, называют измерительной техникой, в ее состав могут входить, средства измерения (приборы) и метрологические комплексы, а также вспомогательные устройства и оборудование.

СИ – техническое устройство, имеющее нормированные МХ и предназначенное для измерений.

К СИ относятся эталоны, меры, измерительные приборы и преобразователи величин и т.п.

Меры, в свою очередь делятся на меры с постоянным значением и меры с переменным значением.

Мера с постоянным значением или однозначная имеет одно определенное значение. К таким мерам относятся гири, измерительные колбы, калибры, образцовые сопротивления, камертоны и др.

Мера с переменным значением или многозначная, кроме полного размера, содержит также и дробные значения. Например, измерительная линейка с делениями представляет собой меру с переменным значением.

Из отдельных, разных по величине, однородных мер может быть составлен набор. К наборам относятся: разновесы для рычажных весов, набор колб для измерения объема жидкостей и т.д.

Набор мер, соединенных конструктивно в единое устройство, называют магазином мер. Существует магазины сопротивлений, емкостей, индуктивностей.

С помощью одних мер можно осуществлять лишь незначительное число видов измерений. Большинство измерений выполняют средствами измерений (приборами). Средства измерений (СИ) – устройства, предназначенные для прямого или косвенного сравнения какой-либо величины с ее единицей измерения. Количество разнообразных по принципу действия и по конструктивному исполнению средств измерений чрезвычайно велико. Парк войсковых средств измерений и систем контроля в современной армии и флоте - миллионы единиц.

Виды измерений

Классификация видов измерений должна быть следующей (МИ 2222):

Измерения геометрических величин

Измерения механических величин

Измерения параметров потока, расхода, уровня, объема веществ

Измерения давления, вакуумные измерения

Измерения физико-химического состава и свойств веществ

Теплофизические и температурные измерения

Измерения времени и частоты

Измерения электрических и магнитных величин, радиотехнические и радиоэлектронные измерения*

Измерения акустических величин

Оптико-физические измерения

Измерения характеристик ионизирующих излучений и ядерных констант

В обоснованных случаях этот вид измерений может быть разделен на два вида:

- измерения электрических и магнитных величин,

- радиотехнические и радиоэлектронные измерения.

По способу получения информации измерения разделяют на прямые, косвенные, совокупные и совместные.

Прямые измерения – это непосредственное сравнение физической величины с ее мерой. Например: измерение длины с помощью рулетки, времени с помощью секундомера и т.д.

Косвенными измерениями называют такие, которые осуществляются путем вычисления искомых величин с использованием зависимостей, связывающих известные величины, определяемые путем прямых измерений. Например: расход жидкости Q вычисляется через объем (V) и время (t) по известной формуле, а входящие в него величины определяются прямыми измерениями.

 

 м³/с.

 

Совокупными называют производимые одновременно измерения нескольких одноименных величин, при которых искомые значения величин находят решением системы линейных уравнений:

f₁ (x, у, z₁ .....; a₁, b₁ ...) = 0

f₂ (x, у, z₂ .....; a₂, b₂ ...) = 0

Например, расчет взаимоиндуктивности катушки методом сложения и вычитания полей.

Совместными называют производимые одновременно измерения (прямые и косвенные) двух или нескольких неодноименных величин для нахождения зависимости между ними. Например, нахождение функциональной зависимости электрического сопротивления проводника при фиксированной температуре.

По количеству измерительной информации различают однократные и многократные измерения.

Однократные измерения – это однократное измерение одной величины.

Многократные измерения характеризуются превышением числа измерений над количеством измеряемых величин.

Обычно число измерений при многократных измерениях больше трех. В том случае, когда имеются результаты N независимых равноточных измерений X_измi алгоритм обработки многократных измерений таков:

 

,

 

где X_изм – среднее значение измеряемой величины;

X_измi – i-ое измерение величины;

N – количество измерений.

Все средства измерения характеризуются несколькими показателями.

Характеристики СИ, т.е. характеристики оказывающие влияние на результаты измерений - класс точности, диапазон шкалы, цена деления, чувствительность и др. Все средства измерения служат для измерения какой-либо величины (параметра).

Измеряемая величина (параметр) - физическая величина, определяемая в процессе измерения (длина, давление, температура и т.п.).

Диапазон показаний (диапазон шкалы) измерительного устройства - область значений измеряемой величины, в которой они могут быть отсчитаны на средстве измерения или область значений шкалы, ограниченная конечным и начальным значением шкалы.

Измеренное значение - значение физической величины, определяемое по показанию: оно выражается в виде произведения числового значения, определяемого по шкале, и единицы измерения величины (например: 3 м, 120 ^оС).

Действительное значение физической величины - значение физической величины, найденное экспериментальным путем и настолько приближающееся к истинному значению, что для данной цели может быть использовано вместо него.

Предел измерений (предел шкалы) – максимальное значение измеряемой величины на шкале прибора.

Цена деления шкалы – минимальное значение измеряемой величины, определяемое по шкале прибора или значение наименьшего деления шкалы прибора.

Шкала измерений (прибора) – это упорядоченная совокупность значений физической величины, которая служит основой для ее измерения.

Одной из важнейших характеристик прибора, определяющих его пригодность для тех или иных целей является чувствительность. На практике чувствительность определяется чаще всего по цене деления шкалы, о которой мы уже говорили. Чувствительность – отношение линейного или углового перемещения указателя (стрелки) Δy к изменению измеряемой величины, вызвавшей это перемещение Δx:

S=Δy/Δx.

 

Чувствительность и цена деления взаимно обратные величины, т.е., чем меньше цена деления шкалы, тем больше чувствительность прибора (средства измерения).