Тема 1.1. Метрология, основные понятия

Лекция №1 Метрология как наука. Основные понятия метрологии. Физические величины и их единицы. Уравнение связи между величинами

Метрология: (от греческого Μέτρο - мера и λόγος - слово, учение, рассуждение, понятие) - наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности.¹

Основной задачей метрологии является обеспечение единства и точности измерений.

До середины 19 века носила описательный характер далее, в связи с потребностями практики, стала приобретать черты науки основанной на развитом математическом аппарате. Одним из основателей современной метрологии является Д.И. Менделеев, с 1892 г. он руководил «Депо образцовых гирь и весов», в дальнейшем — «Главная палата мер и весов».

Метрология состоит из трех разделов теоретического, законодательного и практического.

Теоретическая метрология разрабатывает основы метрологии, поэтому иногда её называют фундаментальной.

Законодательная метрология устанавливает обязательные технические и юридические требования по применению единиц физических величин, эталонов, методов и средств измерений.

Предметом практической метрологии являются вопросы применения 2-х предыдущих разделов.

Основными понятиями метрологии являются:

- физическая величина;

- измеряемая физическая величина;

- размер физической величины;

- значение физической величины;

- числовое значение физической величины;

- истинное значение физической величины;

- действительное значение физической величины;

- измерение физической величины.

Физическая величина

Одно из свойств физического объекта (физической системы, явления или процесса), общее в качественном отношении для многих физических объектов, но в количественном отношении индивидуальное для каждого из них².

В "Международном словаре основных и общих терминов метрологии" (VIM-93) применено понятие величина (измеримая), раскрываемое как "характерный признак (атрибут) явления, тела или вещества, которое может выделяться качественно и определяться количественно"

Измеряемая физическая величина

Физическая величина, подлежащая измерению, измеряемая или измеренная в соответствии с основной целью измерительной задачи.

Размер физической величины

Количественная определенность физической величины, присущая конкретному материальному объекту, системе, явлению или процессу.

Значение физической величины

Выражение размера физической величины в виде некоторого числа принятых для нее единиц.

Числовое значение физической величины

Отвлеченное число, входящее в значение величины.

Истинное значение физической величины

Значение физической величины, которое идеальным образом характеризует в качественном и количественном отношении соответствующую физическую величину.

Действительное значение физической величины

Значение физической величины, полученное экспериментальным путем и настолько близкое к истинному значению, что в поставленной измерительной задаче может быть использовано вместо него.

Измерение физической величины³

Если физическая величина не измеряется, но влияет на размер измеряемой величины и (или) результат измерений она называется влияющей, а если при измерении используется в качестве вспомогательной, то носит название физического параметра⁴.

Физические величины сведены в систему физических величин, в настоящее время систему СИ (Systeme International d'Unites)⁵.

Система физических величин определяется как совокупность физических величин образованная по следующему принципу: одни величины определяются, как основные и независимые, все остальные образуются, как производные от них.

В системе СИ семь основных физических величин⁶

Физическая величина	Символ	Наименование	Единица измерения
Длина	L	метр	м
Масса	M	килограмм	кг
Время	T	секунда	с
Температура	Θ	Кельвин	К
Сила тока	I	Ампер	А
Сила Света	J	кандела	кд
Количество вещества	N	моль	моль

Для пяти единиц (метр, килограмм, секунда, кельвин и кандела) реализованы эталоны в соответствии с определением этих величин. Эталон Ампера представляет собой источник электрического потенциала. Эталон моля — не создан т.е. его нет.

Для расширения диапазона использования величин используют дольные и кратные приставки (санти..., милли..., кило... и т.п.)

Размерность производных физических величин выражается в форме степенного одночлена, составленного из произведений символов основных физических величин в различных степенях и отражающее связь данной физической величины с физическими величинами, принятыми в данной системе величин за основные с коэффициентом пропорциональности, равным 1. Размерность обозначается - dim.

Пример №1

Определить размерность линейной скорости.

Решение

- Запишем уравнение связи (т .е уравнение, отражающее связь между величинами, обусловленную законами природы, в котором под буквенными символами понимают физические величины)

V=l/t

- определим размерность линейной скорости

dim V = [l]/[t]=»LT^-1

Пример №2

Определить размерность линейного ускорения

(решение аналогично)

Ответ: dim a = LT^-2

Пример №3

Определить размерность силы

Ответ: dim F=LMT^-2; 1Ньютон=кг*M/c²

Пример №4

Определить размерность мощности

Ответ: L²MT^-3

1Ватт=1Дж/c=кг*м²/c³

Задачи для самостоятельного решения

Определить размерность	Ответ
Давления (Паскаль)	L-1MT-2
Работы (Джоуль)	L2MT-2
Электрического напряжения (Вольт)	L2MT-3I-1
Электрического сопротивления (Ом)	L2MT-3I-2
Электрической проводимости (Сименс)	L-2M-1T3I2