1. Лекция

1.1 Понятие об измерении

1.2 Система единиц физических величин

В процессе различной деятельности людей, индивидуально каждого человека и во взаимодействии сообщества возникает множество задач, для решения которых необходимо иметь достаточное количество и качество информации о том или ином свойстве объектов материального мира (явления, процесса, вещества, параметра продукции, детали или машины в целом и т.д.).

Одним из главных способов получения информации – являются измерения. Измерение – нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств. Это процесс получения информации, т.е. познавательный процесс. При всяком измерении с помощью эксперимента оцениваем физическую величину в виде некоторого числа принятых для нее единиц, т.е. находим ее значение. Информация, полученная с помощью измерений, называется ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ИНФОРМАЦИЕЙ.

Измерения дают количественную характеристику окружающего мира, раскрывая человеку действующие в природе закономерности. На каждом шагу встречаются и известны с незапамятных времен измерения таких величин как длина, объем, вес, время и др.

Самые древние из единиц относятся к антропометрическим, т.е., которые отождествлялись с названиями частей человеческого тела. Недаром изречение древних гласит: «Человек - мера всех вещей».

Например, ладонь (ширина 4-х пальцев без большого).

Вершок - длина фаланги указательного пальца.

Маховая сажень-расстояние между концами пальцев вытянутых рук.

Косая сажень-расстояние от пятки одной ноги до конца пальцев дру­гой руки.

Пядь – расстояние между расставленными большим и средним пальцами рук

Пядь малая - расстояние между концами раздвинутых большого и ука­зательного пальца руки.

Пядь великая - расстояние между концами раздвинутых большого паль­ца и мизинца.

Локоть или по персидски арш, т.е. аршин - расстояние от локтевого из­гиба руки человека до конца среднего пальца вытянутой руки.

Дюйм - длина второго сустава большого пальца руки.

Фут - длина ступни человека.

Ярд - расстояние от кончика носа английского короля Генриха I (XI-XII вв.) до конца среднего пальца его вытянутой руки (по другим све­дениям - длина меча этого же короля).

принятые предками в качестве эталонов примеры естественных мер физических величин являются и следующие:

В 1324 г. английским королем Эдвардом II был установлен «законный дюйм» - длина трех ячменных зерен.

Шток (16 футов) - длина ступней 16 человек, выходящих из церкви от заутрени в воскресенье.

Гран (зерно) - единица аптекарского веса.

Карат-масса семени одного из видов бобов (0,2 г) - единица массы драгоценных камней и жемчуга. И многие другие единицы.

Математика, механика, физика стали именоваться точными науками только потому, что благодаря измерениям они получили возможность устанавливать точные количественные соотношения, выражающие законы природы. Менделеев Д.И. выразил значение измерений для науки следующим образом: «Наука начинается … с тех пор, как начинают измерять; точная наука немыслима без меры». Английский ученый Кельвин писал: «Каждая вещь известна лишь в той степени, в какой ее можно измерить».

Велико значение измерений в современном обществе. Они служат не только основой научно-технических знаний, но имеют первостепенное значение для учета материальных ресурсов и планирования, для внутренней и внешней торговли, для обеспечения качества продукции, для повышения качества и конкурентоспособности продукции, для обеспечения безопасности труда и других видов человеческой деятельности.

Большое разнообразие явлений, с которыми приходится сталкиваться, определяет широкий круг величин, подлежащих измерению.

Классификация измерений по областям измерений:

- геометрические измерения:

а) линейно-угловые измерения (линейки, штангенциркули, микрометры);

б) геодезические измерения (нивелиры, теодолиты).

- механические измерения:

а) измерения твердости материалов: 1) измерения твердости и других характеристик стали (Пресс Бри Неля); 2) измерение твердости и других характеристик цветных металлов; 3) измерение твердости и других характеристик каучука и резиновых изделий, полиуретановых заменителей резин;

б) измерение массы материалов (весы, динамометры, гири).

в) измерение плотности материалов: 1) измерение плотности жидкостей; 2) измерение плотности газообразных материалов. 3) измерение влагосодержания материалов.

г) измерение времени.

д) измерение скоростных параметров физических величин: 1) измерение скорости движения материальных тел и веществ; 2) измерение скорости движения материальных явлений.

- измерение теплоты:

а) измерение температуры вещества или тела при прямых измерениях; б) измерение температуры вещества или тела при косвенных измерениях;

Измерения комплекса - температуры, скорости движения, расхода через определенное сечение вещества (горячей воды, пара, других горячих продуктов (нефтепродуктов, спиртов и продуктов на его основе, молокопродуктов, расплавленных металлов и др.).

- измерение расхода.

- измерение давления.

- измерение вязкости материалов и жидкостей.

- измерение электрических величин:

а) измерение электрического тока;

б) измерение электрического напряжения;

в) измерение электрического сопротивления;

г) измерение электрической мощности;

д) измерение расхода электроэнергии.

- измерение величин магнетизма.

- измерение колебаний механических величин.

- измерение колебаний электрических величин.

- измерение акустики.

- измерение оптических величин.

- измерение лучистой энергии:

а) измерение излучений звуковой частоты;

б) измерение инфракрасных излучений;

в) измерение ультразвуковых излучений;

г) измерение световых излучений;

д) измерение излучений атомной и ядерной энергии.

Отраслью науки, изучающей измерения является метрология. Слово «метрология» образовано из 2-х греческих слов: метрон – мера и логос – учение. Дословный перевод слова – учение о мерах. Метрология – наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способа достижения требуемой точности.

Единство измерений — состояние измерений, характеризующееся тем, что их результаты выражаются в узаконенных единицах, размеры которых в установленных пределах равны размерам единиц, воспроизводимых первичными эталонами, а погрешности результатов измерений известны и с заданной вероятностью не выходят за установленные пределы.

Точность измерений – одна из характеристик качества измерения, отражающая близость к нулю погрешности результата измерения.

Таким образом, важнейшей задачей метрологии является обеспечение единства и необходимой точности измерений.

В зависимости от цели различают три раздела метрологии: теоретическую, законодательную и прикладную.

В теоретической (фундаментальной) метрологии разра­батываются фундаментальные основы этой науки.

Предметом законодательной метрологии является уста­новление обязательных технических и юридических требо­ваний по применению единиц физических величин, эталонов, методов и средств измерений, направленных на обеспечение единства и необходимой точности измерений.

Практическая (прикладная) метрология освещает вопросы практического применения разработок теоретической и поло­жений законодательной метрологии.