Международная система единиц (СИ)

Международная система единиц – это десятичная система мер и весов, которая основывается на метрической системе и расширяет ее. На всех языках она носит сокращенное наименование СИ. СИ включает семь основных единиц.

Единицей длины в СИ является метр, определяемый как 1.650.763,73 длины волны в вакууме красно-оранжевой линии спектра криптона-86.

Единицей массы в СИ является килограмм, который составляет примерно 2,2 фунта британской системы единиц массы и равен 1.000 граммов (как это определяет платино-иридиевый прототип килограмма, хранящийся в Международном бюро мер и весов в г. Севр, Франция). Это единственная основная единица, которая все еще имеет материальный прототип. Это также единственная единица СИ, имеющая приставку в качестве части наименования и обозначения.

Единицей времени в СИ является секунда, или время, равное 9.192.631.770 периода излучения, соответствующего определенному переходу между уровнями атома цезия-133.

Ампер – единица СИ для электрического тока. Это неизменяющийся ток, вызываемый одним вольтом и поддерживаемый в двух параллельных проводниках, расположенных в вакууме на расстоянии 1 м друг от друга, который генерирует электромагнитную силу в .

Кельвин, который равен 1/273,16 части термодинамической температуры тройной точки воды, является единицей СИ для термодинамической температуры. Значение кельвина равно значению градуса Цельсия; однако температура, выраженная в градусах Цельсия, является числовым эквивалентом температуры в кельвинах минус 273,15.

Моль – единица СИ для количества вещества; она содержит столько элементарных частиц вещества, сколько атомов в 0,012 кг углерода-12. Элементарные частицы должны быть точно специфицированы, т.к. они могут быть атомами, электронами, ионами, молекулами, радикалами и др.

Кандела – единица СИ для силы света. Она равна силе излучения черного тела в перпендикулярном направлении с площади в 1/600.000 квадратного метра при температуре затвердевания платины (2.042 кельвина) под давлением 101.325 паскаля, что примерно составляет силу света одной парафиновой свечи.

 

Средства, методы и погрешности измерений

Средства измерения

Для практического измерения единицы величины применяются технические средства, которые имеют нормированные погрешности и называются средствами измерений. К средствам измерений относятся: меры, измерительные преобразователи, измерительные приборы, измерительные установки и системы, измерительные принадлежности.

Мерой называют средство измерения, предназначенное для воспроизведения физических величин заданного размера. На практике используют однозначные и многозначные меры, а также наборы и магазины мер. Однозначные меры воспроизводят величины только одного размера (гиря). Многозначные меры воспроизводят несколько размеров физической величины. Например, миллиметровая линейка дает возможность выразить длину предмета в сантиметрах и в миллиметрах.

К однозначным мерам относят стандартные образцы и стандартные вещества.

Стандартный образец –это должным образом оформленная проба вещества (материала), которая подвергается метрологической аттестации с целью установления количественного значения определенной характеристики. Эта характеристика (или свойство) является величиной с известным значением при установленных условиях внешней среды. К подобным образцам относятся, например, наборы минералов с конкретными значениями твердости (шкала Мооса) для определения этого параметра у различных минералов.

Стандартным образцом является образец чистого цинка, который служит для воспроизведения температуры 419,527°С по международной температурной шкале МТШ-90.

При пользовании мерами следует учитывать номинальное и действительное значения мер, а также погрешность меры и ее разряд. Номинальным называют значение меры, указанное на ней. Действительное значение меры должно быть указано в специальном свидетельстве как результат высокоточного измерения с использованием официального эталона.

Разность между номинальным и действительным значениями называется погрешностью меры. Величина, противоположная по знаку погрешности, представляет собой поправку к указанному на мере номинальному значению. Поскольку при аттестации (поверке) также могут быть погрешности, меры подразделяют на разряды (1-го, 2-го и т.д. разрядов) и называют разрядными эталонами (образцовые измерительные средства), которые используют для поверки измерительных средств. Величина погрешности меры служит основой для разделения мер на классы, что обычно применимо к мерам, употребляемым для технических измерений.

Измерительный преобразователь – это средство измерений, которое служит для преобразования сигнала измерительной информации в форму, удобную для обработки или хранения, а также передачи в показывающее устройство

Измерительные приборы – это средства измерений, которые позволяют получать измерительную информацию в форме, удобной для восприятия пользователем. Различаются измерительные приборы прямого действия и приборы сравнения.

Приборы прямого действия отображают измеряемую величину на показывающем устройстве, имеющем соответствующую градуировку в единицах это величины. Изменения рода физической величины при этом не происходит. К приборам прямого действия относят, например, амперметры, вольтметры, термометры и т.п.

Приборы сравнения предназначаются для сравнения измеряемых величин с величинами, значения которых известны. Такие приборы широко используются в научных целях, а также и на практике для измерения таких величин, как яркость источников излучения, давление сжатого воздуха и др.

Измерительные установки и системы – это совокупность средств измерений, объединенных по функциональному признаку со вспомогательными устройствами, для измерения одной или нескольких физических величин объекта измерений. Обычно такие системы автоматизированы и обеспечивают ввод информации в систему, автоматизацию самого процесса измерения, обработку и отображение результатов измерений для восприятия их пользователем.

Измерительные принадлежности – это вспомогательные средства измерений величин. Они необходимы для вычисления поправок к результатам измерений, если требуется высокая степень точности.

 

 

Методы измерений

При методе непосредственной оценки численное значение измеряемой величины определяют непосредственно по показанию измерительного прибора (например, измерение напряжения с помощью вольтметра). Быстрота процесса измерения методом непосредственной оценки делает его часто незаменимым для практического использования, хотя точность измерения обычно ограничена.

Метод сравнения – метод измерений, при котором измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой. Это может быть, например, измерение уровня напряжения постоянного тока путем сравнения с ЭДС нормального (эталонного) элемента.

Различают следующие разновидности метода сравнения:

1) Нулевой метод, при котором действие измеряемой величины полностью уравновешивается образцовой.

2) Дифференциальный метод, когда измеряется разница между измеряемой величиной и близкой ей по значению известной эталонной (например, измерение электрического сопротивления методом неуравновешенного моста).

3) Метод замещения, при котором действие измеряемой величины замещается (например, с помощью последовательно проводимых во времени действий) образцовой.

Из всех перечисленных методов нулевой метод обеспечивает наибольшую точность измерений физической величины.

По способу преобразования измеряемой величины и форме представления результата измерения делятся на аналоговые (непрерывные) и цифровые (дискретные).

При аналоговых измерениях измерительный прибор производит непрерывное преобразование измеряемой величины, результатом которого является перемещение указателя относительно шкалы. Заключение о численном значении величины делает оператор, отмечая положение указателя относительно отметок шкалы измерительного прибора. Точность такого измерения ограничивается геометрическими особенностями указателя и шкалы и часто не превышает 0,05 %.

При цифровых измерениях сравнение физической величины с рядом образцовых значений производится в измерительном приборе автоматически, оператор же получает численное значение измеренной величины в цифровой форме. Естественно, что здесь все зависит от точности сравнения в измерительном приборе и, к тому же, исключаются субъективные ошибки оператора. Современные цифровые приборы, как правило, обеспечивают более высокую точность, чем аналоговые.

По характеру изменения измеряемой величины во времени различают статический и динамический режимы измерений.

Статический режим измерений – это режим измерений, при котором средство измерений работает в статическом режиме, т. е. когда выходной сигнал остается неизменным в течение времени его использования.

Динамический режим измерений – это режим измерений, результатом которого является функциональная зависимость измеряемой величины от времени, т.е. когда выходной сигнал средства изменяется во времени, в соответствии с изменением по времени измеряемой величины.