Министерство образования и науки Российской Федерации

Южно-Уральский государственный университет

Кафедра «Радиотехника»

Ю.Е. Калугин метрология, стандартизация и сетрификация Лекции (определения и тезисы)

Челябинск

Издательство ЮУрГУ

2012

Тема 1. Физические величины, методы и средства их измерений

§1.1. Физические величины и шкалы измерений

Определение и виды физических величин, шкалы измерений

Наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства, способах достижения требуемой точности называется метрологией ( от греч. "метро"- мера,_"логос" - учение). Задачи, решаемые метрологией, можно условно разделить: научные, практические и законодательные.

Научные задачи заключаются в разработке общей теории измерений, разработке эталонов и образцовых средств измерений, исследовании вопросов математической обработки результатов измерений и др.

К практическим задачам метрологии относятся производство рабочих средств измерений, государственные испытания их, контроль единства и правильности измерений. Для обеспечения контроля и выполнения данных задач на промышленных предприятиях вводится отдел (служба) метрологии.

Законодательная метрология включает комплексы взаимосвязанных общих правил, требований и норм, контролируемых государством для обеспечения единства измерения и единообразия средств измерений.

Объектом измерения зачастую являются физические величины

Физической величиной называется одно из свойств физического объекта (явления, процесса, физической системы), которое является общим в качественном отношении для многих - физических объектов, отличаясь при этом количественным значением.

Каждая физическая величина имеет свои качественную и количественную характеристики. Качественная характеристика определяется тем, какое свойство материального объекта или какую особенность материального мира эта величина характеризует. Так, свойство "электрическая проводимость" в качественном отношении характеризует проводниковые материалы, в то время как количественное значение имеет электрическая проводимость конкретного проводника.

Для выражения количественного содержания свойства конкретного объекта употребляется понятие "размер физической величины" – свойство, общее в качественном отношении для множества объектов, но индивидуальное в количественном отношении для каждого из них, Этот размер устанавливается в процессе измерения.

Целью измерений является определение значения физической величины - некоторого числа принятых для нее единиц (например, результат измерения массы изделия составляет 2 кг, высоты здания -12 м и др.).

Измерение физической величины - это совокупность операций по применению технического средства, хранящего единицу, или воспроизводящую шкалу физической величины, заключающееся в сравнении (в явном или неявном виде) измеряемой величины с ее единицей или шкалой с целью получения значения этой величины в форме, наиболее удобной для использования.

Упорядоченная совокупность значений физической величины, принятая по соглашению на основании результатов точных измерений называется шкалой физической величины.

1. Шкала наименований (шкала классификации), основана на приписывании объекту простых имен, или цифр (знаков), играющих роль имен. Например, транзистор Т1, транзистор Т2 и т.д.

2. Шкала порядка (шкала рангов), предполагающая упорядочение объектов относительно какого-то определенного свойства, то есть расположение их в порядке возрастания или убывания – ранжирования. Это отношения типа "мягче", "тверже", "теплее", "холоднее" и т.д., причем, на сколько мягче, она не дает возможности ответить.

К величинам такого рода относятся, например, твердость, определяемая как способность тела оказывать сопротивление проникновению в него другого тела; температура, как степень нагретости тела и т.п.

3. Шкала интервалов (шкала разностей) состоит из одинаковых интервалов и произвольно выбранное начало – нулевую точку. Она позволяет ответить: на сколько то или иное значение меньше или больше предыдущего. Деления шкалы интервалов на равные части устанавливает единицу физической величины, что не только позволяет выразить результат в числовой форме, но и оценить погрешность измерения.

Характерный пример: шкала интервалов времени, температура по шкале Цельсия.

4. Шкала отношений – представляет собой интервальную шкалу с естественным началом, поэтому она охватывает интервал значений n от нуля и до бесконечности. Это дает возможность определить, во сколько раз одна величина больше или меньше по правилу: А₁/А₂ =к

К таким величинам относятся, например, масса, сила тока, температура по абсолютной шкале температур и т.п.

5. Абсолютные шкалы, соответствующие относительным величинам: коэффициент усиления, коэффициент мощности, коэффициент нелинейного искажения.

Различают истинное и действительное значения физической величины. Истинное значение - значение, идеально отражающее свойство объекта. Действительное значение - значение физической величины, найденное экспериментально, достаточно близкое к истинному значению, которое можно использовать вместо него.