23. Измерение времени и массы

Единица СИ времени – секунда (с). В качестве эталона времени используется одна из спектральных линий в спектре излучения атома цезия. Все механические счетчики времени из-за относительно большой инерции движущихся деталей механизма позволяют измерять промежутки времени с точностью, не превышающей десятых или сотых долей секунды. Наиболее часто в лабораторной практике применяются механические секундомеры с ценой деления 0,1 или 0,2 с. Основная ошибка этих секундомеров равна цене деления, однако точность отсчета зависит во многом от быстроты реакции на включение и остановку секундомера. Установлено, что ошибки пуска и остановки, складываясь, дают общую ошибку порядка 0,3 с. Таким образом, при работе с секундомером с ценой деления 0,2 с ошибка может достигать 0, 5 с.

Электромеханические счетчики времени имеют цену деления 0,01 и 0,001 с. Эти секундомеры следует использовать вместе с устройствами, которые обеспечивают автоматическое совпадение пуска и остановки с началом и концом процесса, длительность которого определяется. Для измерения длительности различных процессов можно использовать электронные осциллографы. Максимально возможная точность для специальных счетчиков времени составляет 10^-11 с.

Единица СИ массы – килограмм (кг), который определяется как масса международного прототипа килограмма – хранящегося в Париже платино-иридиевого цилиндра высотой 39 мм и диаметром 39 мм. Масса определяется сравнением на рычажных, а не на пружинных весах. Весы как прибор для определения массы тел характеризуется допустимой или предельной нагрузкой, а также допустимой ошибкой показаний. В лабораториях используют обычно аналитические и технические весы, основные характеристики которых приведены ниже в таблице.

Наименование весов	Предельная нагрузка, г	Допустимая ошибка показаний, мг
Аналитические весы	100-200 20-50	1-2 0,2
Технические весы	200 1000-2000	100 1000

Основной вклад в допустимую ошибку показаний привносят систематические ошибки, связанные с неравноплечностью коромысла, неуравновешенностью весов, температурой и влажностью воздуха, ошибками гирь. Допустимые ошибки некоторых типов гирь (мг) приведены ниже в таблице.

Номинальное значе-ние массы	Аналитические гири	Технические гири
1 кг 100 г 10 г 1 г 10 мг	- 1 0,6 0,6 0,2	20 3 1 0,5 0,5

24. Приборы для измерения температуры

В приборах для измерения температуры (Т) измеряют свойства тел, однозначно связанные с температурой. Используют такие свойства, которые с температурой изменяются непрерывно, монотонно, легко измеряются и могут быть точно воспроизведены. Всякое устройство для измерения Т состоит из двух основных частей – части, где происходит изменение свойств и измерительного прибора.

Газовые термометры (ГТ). Первой частью в ГТ служит некоторый объем, заполненный газом, второй – манометр. В основе работы ГТ лежит известное в термодинамике соотношение PV = RT, справедливое для идеального газа. Из него видно, что при постоянном объеме V температура Т пропорционально зависит от Р, т.е. Т = cР.

Жидкостные термометры (ЖТ). Действие ЖТ основано на видимом изменении объема жидкости, наполняющей резервуар и частично капилляр, при изменении Т окружающей среды. В качестве жидкости используют ртуть (-38÷750С), спирты, анилин, толуол, керосин. Верхний предел температур, измеряемых ЖТ, не выше 200С, а нижний определяется температурой замерзания этих жидкостей и достигает -200С. По госту выпускают термометры стеклянные ртутные для точных измерений Т. Комплект состоит из 37 термометров. Пределы измерения и цена деления их даны в таблице.

Группы термометров	Номер термометра	Пределы измерения, С	Цена деления, С
I	1 15	0-4 56-60	0,01
II	1 10	55-65 145-155	0,02
III	1 8	140-160 280-300	0,05
IV	1 4	300-350 450-500	0,1

Термометры сопротивления (ТС). В ТС используется зависимость R от T, имеющая обычно следующий вид R(T) = R₀(1+AT+BT²+CT³), где R₀ – сопротивление ТС при 0С, А, В, С – известные константы. В качестве материала ТС используют обычно платину (-200÷1100С) или медь (-50÷180С). Для определения Т пользуются обычно графиками и таблицами, составленными для каждого ТС. Точность измерений R, а следовательно и Т может быть очень большой.

Термоэлектрические термометры (ТТ). В качестве ТТ используют термопары (спаянные разнородные проводники, на концах которых возникает ЭДС). Примеры см. ниже.

На практике всегда используют две термопары, соединенные концами, один из которых помещают в воду с плавающим в ней льдом.