- •Общая теория измерений
- •1. Метрология. Основные термины и определения
- •2. Методы и средства измерений
- •2.1 Основное уравнение измерений
- •2.2 Шкалы измерений
- •2.3 Методы и средства измерений
- •2.4 Основные характеристики измерений
- •I. Метод противопоставления.
- •II. Дифференциальный метод.
- •IV. Метод совпадений.
- •2.5 Средства измерения, меры и эталоны
- •IV. Измерительные установки и системы.
- •3. Системы единиц величин
- •3.1 Виды физических величин и единиц
- •3.2 Системы единиц физических величин
- •3.3 Международная система единиц физических величин.
- •3.4 Определение основных единиц величин
- •3.5 Пояснения к формулировкам единичных величин.
- •3.6 Дополнительные единицы в системе си
- •3.7 Производные единицы.
- •3.8 Эталоны единиц величин в системе си
- •3.8.1 Эталоны единиц длины
- •3.8.2 Эталон единицы массы
- •3.8.3 Эталоны единицы времени и частоты
- •3.8.4 Эталон единицы силы электрического тока
- •3.8.5 Эталон единицы температуры
- •4. Модели измеряемых величин и средств измерения
- •4.1 Виды физических величин
- •4.2 Математические модели детерминированных случайных величин
- •4.3 Математические модели средств измерений
- •4.3.1 Виды измерительных преобразований
- •4.3.2 Математическая модель средств измерений в форме дифференциального уравнения.
- •4.3.3 Математическая модель средств измерений в форме передаточных и частотных характеристик
- •4.3.4 Математические модели средств измерения в форме весовой и переходной функций (характеристик)
- •5. Понятия метрологических характеристик и средств измерения
- •5.1 Номенклатура метрологических характеристик
- •1. Характеристики средств измерений, предназначенные для определения результатов измерений:
- •2. Характеристики погрешностей средств измерений:
- •3. Характеристики чувствительности приборов к влияющим величинам:
- •4. Динамические характеристики средств измерений:
- •5. Характеристики средств измерений по входу или выходу
- •6. Значения неинформативных параметров выходного сигнала приборов.
- •5.2 Способы нормирования метрологических характеристик
- •6. Классы точности средств измерений
- •6.1 Обозначение классов точности
- •7. Теория результатов измерений
- •7.1 Определение погрешности результат измерения
- •7.2 Основные источники погрешности результата измерения
- •7. 3 Классификации погрешности измерения γ
- •По форме представления:
- •По характеру изменения результатов при повторных измерениях погрешности измерения делятся на следующие виды:
- •По причине возникновения погрешности измерений делятся на следующие виды:
- •По условиям проведения измерений погрешности измерений делятся на следующие виды:
- •По характеру изменения физической величины погрешности измерений делятся на следующие виды:
- •7.4.Способы выявления систематической составляющей погрешностей измерения
- •7.5 Выбор количества измерений
- •7.6 Требования к оценкам измеряемой величины
- •7.7 Точечные и интервальные оценки истинного значения измеряемой величины
- •7.7.1 Точечные оценки.
- •7.7.2 Интервальные оценки
- •8. Обработка результатов измерений
- •8.1 Обработка результатов прямых равноточных многократных измерений
- •8.1.1 Методика обработки результатов прямых многократных равноточных измерений
- •8.2 Обработка результатов неравнорассеянных (неравноточных) измерений
- •8.3 Совместная обработка нескольких рядов (серий измерений)
- •8.4 Обработка результатов косвенных измерений
- •8.5 Совокупные и совместные измерения
3.3 Международная система единиц физических величин.
В 60-е гг. xx века на основании научных исследований практического опыта была создана единая универсальная международная система единиц СИ, которая полностью отвечала условию когерентности.
В 1954 году 10 генеральная конференция по мерам и весам (ГКМВ) установила 6 основных единиц:
- метр;
- килограмм;
- секунда;
- ампер;
- градус Кельвина;
- свеча
В 1960 году ХI ГКМВ официально утвердила международную систему единичной величины СИ.
В настоящее время система СИ состоит из 7 следующих основных единичных величин (таблица 3.1)
Таблица 3.1 – Основные единицы величин системы СИ
N п/п |
Название физической величины
|
Единица |
Обозначение |
Размерность |
|
русское |
м/у народн |
||||
1. |
Длина |
метр |
м |
m |
L |
2. |
Масса |
кг |
кг |
kg |
M |
3. |
Время |
секунда |
с |
S |
T |
4. |
Сила электронного тока |
Ампер |
А |
А |
I |
5. |
Термодинамическая температура |
Кельвин |
К |
К |
Q |
6. |
Количество вещества |
моль |
моль |
mol |
N |
7. |
Сила света |
Кандела |
кд |
kd |
J |
3.4 Определение основных единиц величин
- Единица длины - метр- длина пути, проходимого светом в атоме за 1/299792458 доли секунды, (это есть решение 17 ГКМВ 1983г);
- Единица массы - килограмм – это масса равная массе международного прототипа килограмма.(1 ГКМВ 1889г);
- Секунда- продолжительность 9192631770 количество периодов излучения соответствующего перехода между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия 133 невозмущёнными внешними полями решетки. (13 ГКМВ 1967г);
- Ампер- это сила, не изменяющегося тока, которая при прохождении по двум параллельным проводникам бесконечной длины и ничтожно малого кругового сечения расположенных на расстоянии 1метра один от другого в атоме, создал бы между этими проводниками силу равную 2*107 Н на каждый метр длины.(9 ГКМВ 1948г);
- Кельвин (до 1967г - градус Кельвин)- это 1/273,16 часть термодинамической температуры тройной точки воды;
Допускается выражение температура в градусах Цельсия (13 ГКМВ 1967г).
- Моль- это количество вещества системы, содержащей столько же структурных элементов, сколько атомов содержится в нуклиде 12С массой 0.012 кг (14 ГКМВ 1971г);
- Кандела - сила света в заданном направлении источника испускающего монохроматическое излучение частотой 540*1012 ГЦ энергетическая сила света, которого в данном направлении составляет 1/683 вт/лм (16 ГКМВ 1979г).
3.5 Пояснения к формулировкам единичных величин.
- До 1983 года метр определялся как длина равная 1650763,73 длины волны излучения в вакууме 2р10 и 2 d5 атома криптона- 86. Первая формулировка: метр - это 1/40106 часть парижского меридиана. В настоящее время применяются внесистемные единичные величины в астрономии, мореплавание: Å = 10-10 , дюйм 14=25,4мм;
- Масса: 0,001м3 (1дм3) часть чистой океанской воды при температуре +4˚С. Внесистемные единичные массы:1 тонна = 1000кг, центнер = 100кг, карат = 2∙10-4 кг = 0, 2г.
- Единица времени: основная единица- секунда (внесистемные: час, месяц, год). В астрономии используется понятие солнечого и звёздного времени, соответствующие сутки. Солнечное время связывается с вращением земли вокруг собственной оси относительно диска солнца. Солнечное время делится:
- Всемирное солнечное время - привязано к Гринвичскому меридиану;
- Местное солнечное время.
Звёздное время - связано с вращением земли вокруг эфемериды (определённые звёзды, положение которых определёно во времени- таблица эфемерид). Звёздный год- полный оборот Земли относительно некоторой звезды.
Тропический год- это промежуток времени между двумя последовательными прохождениями Солнца через точку весеннего равноденствия. Тропический год составляет 365,2422 часть средних солнечных суток (по состоянию на 1990 г.).
В 1956г. ГКМВ рекомендовал использование шкалы эфемеридного времени ЕТ. Эта шкала воспроизводит течение времени по положению Земли с помощью эфемерид. Эфемероидная секунда равна 1/31556925,9744 доли тропического года по состоянию на нулевое января 1990 г. 12ч. Гринвичского эфемероидного времени. С понятием солнечного времени связана шкала ИТ2. В настоящее время точность шкал ЕТ ИТ2 недостаточна для космической навигации.
В 1967г. принято решение перейти к исчислению времени в системе, независящей от возмущений динамического состояния звёздной системы (ТА- шкала) и перейти к стабильным энергетическим процессам в атоме.
В СССР размер атомной секунды был точно воспроизведён в 12 часов 01.01.1964 года. Считается, что шкалы ИТ2, ЕТ, ТА взаимно согласованы.
-Пульсарная шкала времени. Шкала основана на высокой стабильности периодов повторения импульсов излучения пульсаров - нейтронных звёзд. Точность 0,2 млс. Пульсарная шкала намечена быть реперной по отношению к атомным часам.
- Календарное время. В большинстве стран действует солнечный календарь. Впервые создан Юлием Цезарем 46 год до н.э. Год составляет 365,25 суток. В 1582г Римский папа Григорий XIII ввел Григорианский календарь. Год равный 365,2425суткам. Точнее Юлианского в 26 раз. В России Григорианский календарь введен 25.01.18 г.
В странах Азии и Африки применяют лунные и лунно-солнечные календари. В лунном календаре год составляет 354 дня. В лунно-солнечном 353-385 дней.
- Единица силы электрического тока - Ампер. В настоящее время воспроизводится с помощью токовых весов. Создан эталон единицы силы тока на основе закона Ома.
- Единица термодинамической температуры. Шкала Кельвина была создана в 1848г. В ней использовалась одна реперная точка. Тройная точка воды +0,01˚С. Остальные точки шкалы устанавливались на основе температуры фазовых переходов различных веществ.
1927г. – VII ГКМВ приняла первую международную температурную шкалу. МТШ- 27. в ней 6 реперных точек. В 1989г. Утверждена новая шкала МТШ- 90 в которой существенно увеличено число реперных точек.
- Количество вещества – Моль. Объективно моль не может считаться основной единицей, так как имеет связь с другой основной единицей- килограммом. В настоящее время эталоны моля не создана, (так как масса моля различных веществ различна)
- Единица силы света.В различное время использовались различные источники для установления силы света на различных участках частотного спектра. В 1979г. XVI ГКМВ приняла частоту монохроматического источника 540*10-12 Гц. Наибольшая световая эффективность 683 Люмпена/Вт принята как константа.