Лекция №2. Теоретические основы метрологии

Наука начинается с тех пор,

как начинают измерять.

Точная наука немыслима без меры.

Д.И. Менделеев

В практической жизни человек всюду имеет дело с измерениями. На каждом шагу встречаются измерения таких величин, как длина, вес, время.

Измерения являются одним из важнейших путей познания природы человеком. Они дают количественную характеристику окружающего мира, раскрывая человеку действующие в природе закономерности. Все отрасли техники не могли бы существовать без развернутой системы измерений, определяющих как все технологические процессы, контроль и управление ими, так и свойства и качество выпускаемой продукций.

Далее необходимо ввести понятия «метрология» и «измерения». Рассказать об основных задачах метрологии и ввести классификацию метрологии на законодательную, фундаментальную и практическую.

Ввести понятие «физическая величина» и классификацию величин.

Ввести понятие «шкала измерений» и классификацию шкал.

Рассмотреть системы физических величин, подробно остановившись на системе SI. Привести основные и дополнительные физические величины, их размерности и единицы измерения. Объяснить правила образования когерентных производных единиц СИ, а также наименований и обозначений десятичных кратных и дольных единиц СИ.

Объяснить классификацию видов измерений, привести наиболее распространенные методы измерений.

Ввести понятия, характеризующие качество измерений: точность, достоверность, правильность, сходимость, воспроизводимость и погрешность измерений.

Дать определение средств измерений (СИ) и их классификацию.

Практическое занятие №1. Основные, дополнительные и производные физические величины. Размерности физических величин.

Мероприятие	Время проведения	Примечание
Теоретическая база	20 минут
Совместное решение на доске типовых задач	20 минут
Выдача задач для самостоятельного решения	5 минут
Самостоятельное решение задач обучающимися	45 минут	Задачи решаются самостоятельно в аудитории и в конце занятия показываются преподавателю для начисления баллов за практическое занятие. За каждую решенную самостоятельно задачу начисляется 1 балл, но максимально 4 балла за занятие.

Система физических величин – совокупность физических величин, образованная в соответствии с принятыми принципами, когда одни величины принимаются за независимые, а другие определяются как функции этих независимых величин.

Основная физическая величина – физическая величина, входящая в систему величин и условно принятая в качестве независимой от других величин этой системы.

Производная физическая величина – физическая величина, входящая в систему величин и определяемая через основные величины этой системы.

В нашей стране единая система единиц физических величин утверждена ГОСТ 8.417 – 2002, введенным в действие с 1 сентября 2003 года. Она соответствует Международной системе единиц SI (SI – начальные буквы французского наименования Systeme International) и включает семь основных и две дополнительных физических величины, с помощью которых создается все многообразие производных физических величин и обеспечивается описание любых свойств физических объектов и явлений.

Формализованным различием физических величин является их размерность. В таблице 1 приведены основные и дополнительные физические величины, их размерности и единицы измерения с указанием сокращенных обозначений.

Таблица 1 – Основные и дополнительные физические величины

Физическая величина	Размер–ность	Единица измерения	Сокращенное обозначение ед. изм.
			русское	международное
1	2	3	4	5
Длина	L	метр	м	m
Масса	M	килограмм	кг	kg
Время	T	секунда	с	s
Сила эл. тока	I	ампер	А	А
1	2	3	4	5
Термодин. темп–ра	θ	кельвин	К	К
Сила света	J	кандела	кд	cd
Кол–во вещества	N	моль	моль	mol
Плоский угол	–	радиан	рад	rad
Телесный угол	–	стерадиан	ср	sr

Согласно международному стандарту ИСО размерность обозначается символом dim, от латинского «dimension» – размерность.

Размерность производной физической величины выражается через размерность основных величин с помощью степенного одночлена:

dim X = L^α·M^β·T^γ·I^δ·θ^ε·J^ζ·N^η…,

где L, M, T, I, θ, J, N – размерности соответствующих физических величин; α, β, γ, ε, ζ, η – показатели степени, в которую эти размерности возведены.

Каждый показатель размерности может быть положительным или отрицательным, целым или дробным, нулем. Если все показатели размерности равны нулю, то величина называется безразмерной. Она может быть относительной, определяемой как отношение одноименных величин (например, относительная диэлектрическая проницаемость), и логарифмической, определяемая как логарифм относительно величины (например, логарифм отношения мощностей или напряжения).