1. Измерение веса, линейных размеров и плотности предметов

1.1. Цель и основные задачи работы

1.1.1. Целью работы является закрепление теоретических знаний в области теории измерений, получение практических навыков применения приборов и инструментов для измерений веса и линейных размеров предметов, определения их объема и плотности, а также оценки результатов измерений с учетом погрешностей измерения.

1.1.2. Работа выполняется в два этапа.

На первом этапе проводятся исследования, в ходе которых студент должен освоить методики измерения веса и оценки погрешностей измерения веса.

На втором этапе студент должен освоить методику измерений линейных размеров, вычислений по ним площади и объема, а также оценки погрешностей измерений и расчетов.

1.1.3. Для проведения работы рекомендуется использовать следующие приборы и инструменты:

• измерение весовых характеристик  весы механические, электронные и аптекарские;

• измерение линейных размеров  линейка, штангенциркуль и микрометр;

• измерение объема сыпучих веществ  мерная посуда.

Работа проводится с образцами, предоставляемыми преподавателем, ведущим занятие.

1.1.4. В ходе занятия каждый студент должен:

 ознакомиться с настоящими методическими материалами, изучить инструкции по эксплуатации приборов;

 самостоятельно подготовить приборы к работе;

 произвести измерения на представленных учебных образцах в соответствии с заданиями;

 с учетом метрологических характеристик использованных для измерений приборов определить возможные диапазоны действительных значений измеренных величин;

 по результатам измерений выполнить расчеты объемов и плотностей заданных объектов, оценить погрешности вычислений.

По результатам работы необходимо:

 оформить письменный отчет;

 защитить отчет, в ходе защиты дать ответы на контрольные вопросы.

1.2. Понятия измерения, погрешности и единиц измерений

1.2.1. Чтобы определить вес объекта таможенного контроля, отнести кристалл к группе алмазов или менее ценных камней, определить состав веществ в объекте контроля и т.п., необходимо произвести некоторые измерения.

Измерение – нахождение значения физической величины опытным путем с помощью технического средства. Результатом измерения является значение физической величины.

Средство измерений – техническое устройство, предназначенное для измерений.

По своей сложности средства измерений могут существенно различаться, даже если предназначены для измерения одной и той же величины. Так, для измерения длины может применяться обычная линейка, представляющая собой деревянную или металлическую рейку с делениями. В то же время для измерения длины существуют лазерные измерительные электронно-оптические устройства  более сложные и дорогостоящие, но обеспечивающие значительно более высокую точность измерений.

1.2.2. Все измерения разделяются на прямые и косвенные.

При проведении прямых измерений непосредственно регистрируется численное значение интересующей нас величины Y_к. Например, механические стрелочные весы выполняют прямое измерение веса объекта контроля. Под весом объекта прогибается пружина, связанная со стрелкой. Положение стрелки на проградуированном циферблате сразу показывает вес. Измерение линейкой длины предмета  также пример прямых измерений.

При косвенных измерениях интересующая нас величина недоступна прямому измерению. В этом случае наблюдается и измеряется другая величина  Z_к, которая является некоторой функцией от интересующей нас величины Y_к. Например, объем древесины в некотором штабеле досок обычно определяют, измеряя линейные размеры штабеля (высоту, ширину, длину). Для определения объема перемножают полученные при измерениях значения.

В качестве других примеров можно указать на определение электрической мощности по измерениям действующей силы тока и активного сопротивления электроприбора (P=I²·R), измерение плотности твердого тела путем измерений его массы и объема (ρ=m/V), определение типа кристалла по измерению его температуропроводности и т.д.

1.2.3. Измерения должны выполняться в узаконенных единицах с определенной неизменной погрешностью. Очень важно также, чтобы разные средства, производящие измерение одной и той же величины, давали одинаковые значения. Например, весы экспортера и таможни при взвешивании одного и того же веса должны давать одинаковые показания.

Поэтому проведение измерений предполагает наличие системы единиц для оценки значений измеряемых параметров, которая должна быть всеобщей, понятной и удобной для применения, а также наличие эталонов единиц измерений.

1.2.4. Эталон единицы величины – средство измерения, предназначенное для воспроизведения и хранения единицы величины (или кратных либо дольных значений единицы величины) с целью передачи ее размера другим средствам измерения данной величины¹.

В 1960 г. на XI Генеральной конференции по мерам и весам была утверждена Международная система единиц СИ. Она включает в себя систему единиц МКС (механические единицы) и систему МКСА, или систему Джорджи (электрические единицы). В системе СИ первоначально было шесть основных единиц, которые в 1971 г. были дополнены величиной для определения количества вещества (табл. 1.1).

Таблица 1.1