7.2 Основные понятия и определения метрологии

К наиболее общим понятиям относится понятие физической величины.

Физическая величина – это одно из свойств физического объекта, общее в качественном отношении для многих физических объектов, но в количественном отношении индивидуальное для каждого из них.

Основным свойством физической величины является ее размерность.

Единицей физической величины называют физическую величину фиксированного размера, которой условно присвоено числовое значение, равное единице, и применяемую для количественного выражения однородных с ней физических величин.

Наиболее распространенной во всем мире и принятой у нас в стране является Международная система единиц (СИ), содержащая семь основных единиц, две дополнительные и ряд производных.

Основные единицы: длина – метр (м); масса – килограмм (кг); время – секунда (с); сила электрического тока - ампер (А); термодинамическая температура - Кельвин (К); сила све­та - кандела (кд); количества вещества - моль (моль).

Дополни­тельные единицы приняты для измерения плоского угла - радиан (рад) и телесного угла - стерадиан (ср).

Производные единицы системы (СИ) получают из основных с помощью уравнений связи между физическими величинами. Так, единицей силы является ньютон: .

Кроме системных единиц у нас в стране применяются некоторые внесистемные единицы, удобные для практики и традиционно использующиеся, например, миллиметры ртутного столба для измерения давления, киловатт-час для измерения мощности.

На практике наиболее часто используют кратные и дольные единицы.

Кратная единица – это единица физической величины, в целое число раз большая системной или внесистемной единицы.

Дольная единица – это единица физической величины, в целое число раз меньшая системной единицы.

Всего различают три вида метрологии: фундаментальная метрология занимается общими законами; нормативная (правовая) – обеспечивает систему законов, которая определяет взаимодействие метрологических служб и промышленных предприятий; практическая метрология. Но все виды решают одну общую задачу – развитие науки об измерениях и внедрение результатов исследований в производственный процесс.

Измерению могут подвергаться и другие величины (математические), но мы будем рассматривать лишь о тех величины, которые объективно существуют.

Измерения – экспериментальное определение соответствия между физической величиной и ее единицей измерения с заранее известной точностью.

(7.1)

где Q – физическая величина, q – численной значение физической величины, U – единица измерения.

Таким образом из этого уравнения следует, что для проведения измерения необходимо иметь объект измерения т.е саму физическую величину (или источник этой величины), материальное воплощение единицы измерения, для того чтобы сопоставить с ней объект измерения. Необходимо также устройство, с помощью которого мы сможем измерить значение физической величины. Естественно, результат измерения необходимо проанализировать, в большинстве случаев эту роль выполняет человек, но сейчас появились и автоматические устройства, выполняющие эту функцию. В общем случае назовем это анализатором.

Для выполнения измерения необходимо наличие объекта измерения с набором физических величин , средств измерения для сопоставления физической величины и единиц измерения, наблюдателя (анализатора), - для анализа информации об измерении и, наконец, метода для передачи информации от объекта к средству измерения и метода обработки экспериментальных данных для передачи информации от средства измерения к наблюдателю.

Рисунок 7.1 – Схема измерения: ОИ – объект измерения, СИ – средство измерения, Н – наблюдатель, А – анализатор

Измерение – сложный информационный процесс. На всех этапах передачи информации возникает ее искажение, т.е. погрешности. Это связано с самими свойствами объектов и всегда, независимо от того каким мы способом производим измерение, система измерения выдает обратный сигнал на объект измерения . Наблюдатель также оказывает влияние на объект измерения и на средство измерения . Эта погрешность отсутствует в случае использования автоматического СИ. Но в этом случае возникают другие погрешности, и не обязательно использование автоматического средства измерения делает результат измерения более точным, нежели присутствие наблюдателя.