1.2 Виды физических величин. Размер и значение физической величины. Международная система единиц физических величин.

Физическая величина – это одно из свойств физического объекта, общее в ка-

чественном отношении для многих физических объектов, но в количественном от-

ношении индивидуальное для каждого физического объекта.

Физические величины делятся на измеряемые и оцениваемые.

Измеряемые физические величины могут быть выражены количественно в ус- тановленных единицах измерения (единицах физической величины).

Оцениваемые физические величины это величины, для которых единицы изме- рений не могут быть введены. Их определяют при помощи установленных шкал.

Физические величины классифицируются по следующим видам явлений:

а) вещественные – они описывают физические и физико-химические свойства веществ, материалов и изделий из них;

б) энергетические – описывают энергетические характеристики процессов преобразования, передачи и поглощение (использование) энергии;

в) физические величины, характеризующие протекание процессов во времени.

Основная физическая величина – физическая величина, входящая в систему величин и условно принятая в качестве не- зависимой от других величин этой системы. Семь основных еди- ниц физических величин: длина (размерность L; наименование метр); масса (М, килограмм); время (Т; секунда); электрический 8 ток (I; ампер); термодинамическая температура (Q; кельвин); ко- личества вещества (N; моль); сила света (J; кандела). Остальные являются производными единицами – единицами производной физической величины системы единиц, образованных в соответ- ствии с уравнением, связывающим их с основными единицами или с основными и уже определенными производными, Поста- новление Правительства РФ

Единицей физической величины – называют физическую величину фиксиро- ванного размера, которой условно присвоено числовое значение равное единице, и которое применяется для количественного выражения однородных с ней физических

величин. Различают основные и производные единицы физических величин. Для неко-

торых физических величин единицы устанавливаются произвольно, такие единицы

физических величин называют основными. Производные единицы физических вели- чин получают по формулам из основных единиц физических величин.

Система единиц физических величин – это совокупность основных и произ- водных единиц физических величин, относящихся к некоторой системе величин.

Так, в международной системе единиц СИ (Система Интернациональная) при- нято семь основных единиц физических величин: единица времени – секунда (с), единица длины – метр (м), массы – килограмм (кг), единица силы электрического тока – ампер (А), термодинамической температуры – кельвин (К), силы света – кан-

дела (кд) и единица количества вещества – моль (моль).

1.3 Классификация средств измерений. Виды и назначение эталонов и мер. Рабочие средства измерений. Измерительные установки и системы.

Измерения классифицируются по следующим признакам:

1. По физической сущности измеряемой величины

2. По характеристике точности

А) Равноточные измерения – это ряд измерений какой-либо физической вели- чины выполненных при одинаковых условиях (одно и тоже средство измерения, па- раметры среды, один и тот же оператор и т.д.)

Б) Неравноточные измерения – это ряд измерений какой-либо физической ве- личины выполненных либо разными по точности приборами, либо при разных усло- виях измерения.

3. По числу измерений

А) Однократные измерения

Б) Многократные измерения – измерения одной и той же физической величи- ны результат, которого получен из нескольких следующих друг за другом измере- ний.

4 По изменению измеряемой величины во времени А) Статические

Б) Динамические (при которых измеряемая величина изменяется во времени) 5 По метрологическому назначению

А) Технические

Б) Метрологические

6. По выражению результатов измерения

А) Абсолютные – измеряемые в кг., м., Н и т.д.

Б) Относительные – измеряемые в долях или процентах.

6. По способу получения числового значения физической величины

А) Прямые – это измерения, при которых искомое значение физической вели- чины получают непосредственно.

Б) Косвенные – это измерения, при которых искомое значение физической ве- личины получают на основании прямых измерений других физических величин.

В) Совместные измерения – одновременное измерение двух или нескольких не одноименных ФВ для определения зависимости между ними.

Г) Совокупные – это одновременное измерение нескольких одноименных фи- зических величин, а искомое значение величин находят путем решения системы уравнений, получаемых при прямых измерениях различных сочетаний этих величин.

Эталон — это высокоточная мера, предназначенная для воспроизведения и хранения единицы величины с целью передачи ее размера другим средствам измерений. От эталона единица величины передается разрядным эталонам, а от них — рабочим средствам измерений.

Эталоны классифицируют на первичные, вторичные и рабочие.

РАБОЧИЕ СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ - меры, измерительные приборы, измерительные преобразователи, установки и системы, применяемые для практических измерений при научных исследованиях, в технике, торговле и др. областях. Поверка рабочих средств измерений осуществляется образцовыми средствами измерений. 

Рабочие Средства Измерений `Современный толковый словарь`

Рабочие Средства Измерений меры, измерительные приборы, измерительные преобразователи, установки и системы, применяемые для практических измерений при научных исследованиях, в технике, торговле и др. областях. Поверка рабочих средств измерений осуществляется образцовыми средствами измерений.

Рабочие средства измерений `Большая Советская энциклопедия`

Рабочие средства измерений

применяются для практических измерений при научных исследованиях, в производстве, торговле и др. областях. Этим они отличаются от образцовых средств измерений (См. Образцовые средства измерений), применяемых только для поверки (См. Поверка) др. средств измерений. Р. с. и. подразделяются по категориям на Меры, измерительные приборы (См. Измерительный прибор), измерительные преобразователи (См. Измерительный преобразователь), измерительные установки и измерительные системы. Р. с. и. последних двух категорий представляют собой различные сочетания первых трёх категорий Р. с. и. с добавлением вспомогательных устройств для обеспечения требуемых условий измерений (источников тока, переключающих и регулирующих устройств, линий связи, стабилизаторов, ...

РАБОЧИЕ СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ `Физическая энциклопедия`

применяются для практич. измерений при науч. исследованиях, в произ-ве и др. областях. Этим они отличаются от образцовых средств измерений, применяемых только для поверки др. средств измерений.

 СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ

• Классификация средств измерений

Средства измерений - технические средства, используемые при измерениях и имеющие нормированные метрологические свойства.  По назначению средства измерений разделяют на меры, измерительные преобразователи, измерительные приборы, измерительные установки и измерительные системы (рис. 3.1) [1]. По метрологическому назначению средства измерений делят на образцовые и рабочие [4].    Образцовые средства измерений предназначены для поверки по ним как рабочих, так и образцовых средств измерений менее высокой точности. Процесс передачи размера единиц от образцовых средств измерений высшей точности рабочим  и  образцовым  средствам  измерений более низкой точности   

представляет собой поверку средств измерений, поэтому все образцовые средства измерения являются средствами поверки. Рабочие средства измерений применяются для измерений, не связанных с передачей размера единиц. Они предназначены для измерений размеров величин, необходимых в разнообразной деятельности человека.   Каждое средство измерения должно применяться только по своему прямому назначению. Не разрешается применять рабочие средства измерений для проведения поверочных работ; точно так же запрещается использование образцовых средств для измерений, не связанных с поверкой.    Запрещение применять образцовые средства измерений для практических измерений - одно из важнейших требований метрологии. Однако им нередко пренебрегают или недооценивают его значение. Каким бы точным не было бы средство измерений, применяемое для практических измерений, его нельзя использовать для поверки других средств измерений. Само оно должно поверяться по образцовому средству измерений, имеющему более высокую точность [4].

• Меры и наборы мер

        Мерой называется средство измерений, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного размера. Примерами мер являются аттенюаторы - меры затухания, магазины сопротивлений - меры сопротивления, измерительные генераторы — меры напряжения (мощности) и частоты сигналов и т.д. К мерам относятся также образцы и образцовые вещества [6].         Существуют  однозначные  и многозначные (переменные) меры  (рис. 3.2). Мера, воспроизводящая физическую величину одного размера, называется однозначной, например, гиря, плоскопараллельная концевая мера длины, измерительная колба, мера ЭДС. - нормальный элемент, конденсатор постоянной емкости. Величины, для которых операция сложения выполняется сравнительно легко, воспроизводятся с помощью многозначных или однозначных мер, объединяемых в наборы или магазины мер [4].   

Мера, воспроизводящая ряд одноименных величин различного размера, называется многозначной. Этот ряд может быть непрерывным или дискретным. Наиболее распространенными многозначными мерами являются миллиметровая линейка, вариометр индуктивности, конденсатор переменной емкости.   В качестве многозначной меры может быть использован набор  мер - специально подобранный комплект мер, применяемых не только по отдельности, но и в различных сочетаниях с целью воспроизведения ряда одноименных величин различного размера; например набор гирь, набор образцовых конденсаторов и т. д. Магазин  мер - это набор мер, конструктивно объединенных в одно целое. Магазин мер имеет коммутирующее устройство для получения требуемого значения воспроизводимой величины, например магазин активных сопротивлений как набор резисторов.  При изготовлении наборов или магазинов мер к выбору ряда значений предъявляют особые требования. При этом стремятся наиболее рационально, используя наименьшее число мер, обеспечить возможность получения числа сочетаний. Например, набор гирь строится по ряду 1; 2; 2; 5 (в каждом десятичном числовом разряде), что дает возможность воспроизвести все значения от 1 до 10. Такой ряд признан более рациональным, чем ряд 1; 2; 3; 4, содержащий гири четырех размеров вместо трех. Это имеет большее значение при массовом производстве. Кроме того, гири 2 и 3, а особенно 3 и 4 не очень заметно отличаются по размерам, что усложняет пользование ими.         К наборам плоскопараллельных концевых мер длины предъявляется другое требование: любое значение длины (в заданных пределах) должно воспроизводиться с помощью не более чем четырех-пяти мер. Так, набор из 87 концевых  мер  от  0,5  до  100 мм позволяет воспроизводить длину от 0,5 до 340 мм с интервалами 0,005; 0,01 и 0,1 мм, применяя не более четырех концевых мер. Меры применяются как самостоятельные средства, так и в качестве элементов других средств измерений (приборов, преобразователей).

• Измерительные преобразователи

Согласно ГОСТ 16263 - 70  измерительный преобразователь - это средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и (или) хранения, но не поддающейся непосредственному восприятию наблюдателем. Принцип их действия основан на различных физических явлениях. Измерительные преобразователи преобразуют любые физические величины х(электрические, неэлектрические, магнитные) в выходной электрический сигнал Y = f(х). Измерительные преобразователи являются составными частями измерительных приборов, установок и систем. Измерительные преобразователи можно классифицировать по характеру входной и выходной величин, месту в измерительной цепи, физическим явлениям, положенным в их принцип действия, и другим признакам (рис. 3.3). Физические величины могут быть непрерывными по значению и квантованными (они представляются обычно кодовыми сигналами). Если входная и выходная величины измерительного преобразователя – непрерывные величины, такой преобразователь называют – аналоговым. Измерительный преобразователи одного кодового сигнала в другой  получили название кодовых. Преобразователи аналог-код превращают непрерывную величину в кодовый сигнал, а преобразователи код-аналог  -  кодовый сигнал в сигнал, непрерывный по значению (например, преобразователь двоичного числа в постоянное напряжение).

• Измерительные установки и системы

        Измерительная установка - это совокупность функционально объединенных средств измерений (мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей) и вспомогательных устройств, предназначенных для выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной для непосредственного восприятия наблюдателя и расположенных в одном месте. В качестве примера можно привести измерительные установки для измерений удельного сопротивления электротехнических материалов, для поверки счетчиков электрической энергии и др. Измерительные установки в большинстве случаев обладают большей или меньшей универсальностью как в отношении номенклатуры измеряемых величин, так и в отношении диапазонов измерения. Иногда установки более узкого назначения называют измерительными машинами. К измерительным машинам относятся силоизмерительные машины и машины для измерения больших длин. Измерительная система также представляет собой совокупность средств измерений и вспомогательных устройств, но предназначенных для выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной для автоматической обработки, передачи и использования в автоматических системах управления. Средства измерений могут находиться в разных местах, а передача измерительной информации осуществляться по специальным каналам связи. Измерительные системы широко используются для автоматизации технологических процессов в различных отраслях промышленности, сельского хозяйства и энергетики. С развитием вычислительной техники, совершенствованием измерительных систем открываются возможности перехода на автоматизированную технологию во многих отраслях народного хозяйства. В этом случае управление технологическим процессом берет на себя вычислительно-измерительный комплекс, включающий широко разветвленную измерительную систему, функционально связанную с ЭВМ. Таким образом, измерительная информация, вырабатываемая измерительной системой, является основой для автоматизации технологических процессов [4].