СТАРООСКОЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ИМ. А.А. УГАРОВА

(ФИЛИАЛ)

ФЕДЕРАЛЬНОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО АВТОНОМНОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

«МИСиС»

КАФЕДРА ГОРНОГО ДЕЛА

Киселева Н.А.

Метрология и стандартизация /

Метрология, стандартизация и сертификация в горном деле

Рабочая тетрадь

для выполнения лабораторных работ

для студентов, обучающихся по направлению 21.05.04 Горное дело

(всех форм обучения)

______________________________________________

(ФИО)

______________________________________________

группа

Старый Оскол

2016

СТАРООСКОЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ИМ. А.А. УГАРОВА

(ФИЛИАЛ)

ФЕДЕРАЛЬНОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО АВТОНОМНОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

«МИСиС»

КАФЕДРА ГОРНОГО ДЕЛА

Киселева Н.А.

Метрология и стандартизация /

Метрология, стандартизация и сертификация в горном деле

Рабочая тетрадь

для выполнения лабораторных работ

для студентов, обучающихся по направлению 21.05.04 Горное дело

(всех форм обучения)

Одобрено редакционно-издательским советом

СТИ МИСиС

Старый Оскол

2016

УДК 687.2

ББК 34.9

К 44

Рецензент: доцент, к.т.н. Королькова Л.Н.

Киселева Н.А. Метрология и стандартизация. Рабочая тетрадь. Старый Оскол, СТИ МИСиС, 2016.- 67с.

Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине «Метрология и стандартизация» предназначена для студентов, обучающихся по направлению 21.05.04 Горное дело всех форм обучения.

© Киселева Н.А.

Рабочая тетрадь предназначена для выполнения лабораторных работ по курсу «Метрология и стандартизация» и охватывает часть курса, посвященного изучению методов обработки многократных рядов измерений, определению составляющих погрешности измерения, расчётов метрологических характеристик средств измерений.

Указания по технике безопасности

1.Перед началом выполнения практикума студенты проходят инструктаж по ТБ и правилам работы в лаборатории. Студент не прошедший инструктаж к работе не допускается.

2.Для допуска к выполнению работы студент должен ознакомиться с установкой, методом измерения и порядком выполнения работы.

3.После получения допуска студент может приступить к выполнению лабораторной работы.

4.Запрещается производить перестановку приборов, проводить действия с установкой, не оговоренные в рабочей тетради.

5.Обо всех неисправностях установки необходимо сообщать мастеру или преподавателю.

6.Об окончании работы необходимо сообщить преподавателю, с его разрешения отключить установку согласно инструкции.

Лабораторная работа № 1 Системы физических величин и их единиц

I. Цель работы

Изучить системные и внесистемные единицы физических величин, принципы построения систем единиц физических величин. Научиться определять соотношение между единицами измерения СИ и наиболее часто встречающимися единицами других систем и внесистемными.

II. Введение

Стандарт ГОСТ 8.417-2002 «ГСИ. Единицы величин» устанавливает единицы физических величин, применяемые в стране: наименования, обозначения, определения и правила применения этих единиц.

Физическая величина - одно из свойств физического объекта, в качественном отношении общее для многих физических объектов, а в количественном — индивидуальное для каждого из них. Физические величины — это измеренные свойства физических объектов или процессов, с помощью которых они могут быть изучены.

Размер физической величины — это количественное содержание в данном объекте свойства, соответствующего понятию "физическая величина". Например, каждое тело обладает определенной массой, вследствие чего тела можно различать по их массе, т.е. по размеру интересующей нас ФВ.

Значение физической величины — это оценка ее размера в виде некоторого числа принятых для нее единиц.

Единица физической величины — это ФВ фиксированного размера, которой условно присвоено числовое значение, равное единице, и которая применяется для количественного выражения однородных ФВ.

Размерность dim Q — выражение в форме степенного многочлена, отражающее связь данной величины с основными ФВ, коэффициент пропорциональности в нем принят равным единице:

,

где L, М, Т, I — условные обозначения основных величин данной системы; , , ,  — целые или дробные, положительные или отрицательные вещественные числа. Показатель степени, в которую возведена размерность основной величины, называют показателем размерности. Если все показатели размерности равны нулю, то такую величину называют безразмерной.

Различают основные, производные, кратные, дольные, когерентные (СИ), системные и внесистемные единицы.

По степени условной независимости от других величин данной группы ФВ делятся на основные (условно независимые), производные (условно зависимые) и дополнительные. Совокупность основных и производных единиц ФВ, образованная в соответствии с принятыми принципами, называется системой единиц физических величин. Единица основной ФВ является основной единицей данной системы. В Российской Федерации используется система единиц СИ, введенная ГОСТ 8.417-2002 «ГСИ. Единицы физических величин». В качестве основных единиц приняты метр, килограмм, секунда, ампер, кельвин, моль и кандела. Дополнительными величинами являются радиан и стерадиан (см. таблицу 1.1). Действующая в настоящее время международная система СИ должна обозначаться символами LMTIQNJ, соответствующими символам основных величин: длине (L), массе (М), времени (Т), силе электрического тока (I), температуре (Q), количеству вещества (N) и силе света (J).

Производная единица - это единица производной ФВ системы единиц, образованная в соответствии с уравнениями, связывающими ее с основными единицами или же с основными и уже определенными производными (таблица 1.2). Некоторые производные единицы системы СИ, имеющие собственное название, приведены в таблице 1.3.

Для установления производной единицы следует:

• выбрать ФВ, единицы которых принимаются в качестве основных;

• установить размер этих единиц;

-выбрать определяющее уравнение, связывающее величины, измеряемые основными единицами, с величиной, для которой устанавливается производная единица. При этом символы всех величин, входящих в определяющее уравнение, должны рассматриваться не как сами величины, а как их именованные числовые значения;

- приравнять единице (или другому постоянному числу) коэффициент пропорциональности К_е, входящий в определяющее уравнение. Это уравнение следует записывать в виде явной функциональной зависимости производной величины от основных.

Таблица 1.1 - Основные и дополнительные единицы физических величин системы СИ

Величина			Единица
				Обозначение
Наименование	Размерность	Рекомендуемое обозначение	Наименование	русское	международное
Длина	Основные
	L	l	метр	м	m
Масса	М	m	килограмм	кг	kg
Время	Т	t	секунда	с	s
Сила электрического тока	I	I	ампер	А	А
Термодинамическая температура	Θ	Т	кельвин	К	К
Количество вещества	N	n, v	моль	моль	mol
Сила света	j	J	кандела	кд	cd
Плоский угол	Дополнительные
	—	—	радиан	рад	red
Телесный угол	—	—	стерадиан	ср	sr

Таблица 1.2 - Производных единиц СИ, наименования и обозначения которых образованы с использованием наименований и обозначений основных единиц СИ

Величина		Единица
Наименование	Размерность	Наименование	Обозначение
			международное	русское
Площадь		квадратный метр	m	м
Объем, вместимость		кубический метр	m	м
Скорость		метр в секунду	m/s	м/с
Ускорение		метр на секунду в квадрате	m/s2	м/с2
Волновое число		метр в минус первой степени	m-1	м-1
Плотность		килограмм на кубический метр	kg/m	кг/м
Удельный объем		кубический метр на килограмм	m3/kg	м3/кг
Плотность электрического тока		ампер на квадратный метр	А/m2	А/м2
Напряженность магнитного поля		ампер на метр	А/m	А/м
Молярная концентрация компонента		моль на кубический метр	mol/m3	моль/м3
Яркость		кандела на квадратный метр	cd/m2	кд/м2

Таблица 1.3 - Производные единицы системы СИ, имеющие специальное название

Величина		Единица
Наименование	Размерность	Наименование	Обозначение	Выражение через единицы СИ
Частота	T	герц	Гц	c
Сила, вес	LMT	ньютон	Н	м·кг·c
Давление, механическое напряжение	L MT	паскаль	Па	м ·кг·с
Энергия, работа, количество теплоты	L M T	джоуль	Дж	м2·кг·с
Мощность	L MT	ватт	Вт	м ·кг·с
Количество электричества	TI	кулон	Кл	с·А
Электрическое напряжение, потенциал, электродвижущая сила	L MT I	вольт	В	м ·кг·с · А
Электрическая емкость	L M T I	фарад	Ф	м ·кг ·с ·А
Электрическое сопротивление	L MT I	ом	Ом	м ·кг·с ·А
Магнитная индукция	MT I	тесла	Тл	кг·с ·А
Индуктивность, взаимная индуктивность		генри	Гн	м ·кг·с ·А
Магнитный поток		вебер	Вб	м ·кг·с ·А

Производные единицы бывают когерентными и некогерентыми. Когерентной называется производная единица ФВ, связанная с другими единицами системы уравнением, в котором числовой множитель принят равным единице.

Все основные, производные, кратные и дольные единицы являются системными. Внесистемная единица - это единица ФВ, не входящая ни в одну из принятых систем единиц. Внесистемные единицы по отношению к единицам СИ разделяют на 4 вида:

- допускаемые наравне с единицами СИ, например: единицы массы - тонна; плоского угла - градус, минута, секунда; объема - литр и др. (см. таблицу 1.4);

- допускаемые к применению в специальных областях, например: астрономическая единица, парсек - единицы длины в астрономии; диоптрия - единица оптической силы в оптике; электрон-вольт - единица энергии в физике и т.д.

- временно допускаемые к применению наравне с единицами СИ, например: морская миля - в морской навигации; карат - единица массы в ювелирном деле и др.

- изъятые из употребления, например; миллиметр ртутного столба – единица давления; лошадиная сила - единица мощности и некоторые другие.

Различают кратные и дольные единицы ФВ. Кратная единица - это единица ФВ, в целое число раз превышающая системную или внесистемную единицу. Например, единица длинны - километр равна 10³ м, т.е. кратная метру. Дольная единица - единица ФВ, значение которой в целое число раз меньше системой или внесистемной единицы. Например, единица длины миллиметр равна 10^-3 м, т.е. является дольной. Приставки для образования кратных и дольных единиц СИ приведены в таблице 1.5.

Таблица 1.4 - Внесистемные единицы, допускаемые к применению наравне с единицами СИ

Наименование величины	Единица
	Наименование	Обозна- чение	Соотношение с единицей СИ
Масса	тонна	т	103 кг
	атомная единиц массы	а. е. м.	1, 6605710-27 кг (приблизительно)
Время	минута	мин	60 с
	час	ч	3600 с
	сутки	сут	86400 с
Плоский угол	градус	…	(/180) рад = 1, 745329. ..10-2 рад
	минута	...′	(/10800) рад = 2,908882... 10-4 рад
	секунда	... ″	(/648000) рад = 4,848137...10-4 рад
	град	град	(/200) рад
Объем	литр	л	10-3 м 3
Длина	астрономическая единица	а. е.	1, 455981011 м (приблизительно)
	световой год	св. год	9,4605-Ю15 м (приблизительно)
	парсек	ПК	3,08571016м (приблизительно)
Оптическая сила	диоптрия	Дптр	1 м-1
Площадь	гектар	га	104 м2
Энергия	электрон-вольт	эВ	1,6021910-19Дж (приблизительно)
Полная мощность	вольт-ампер	ВА	—
Реактивная мощность	вар	вар	—

Таблица 1.5 - Множители и приставки для образования десятичных кратных и дольных единиц и их наименований

Множитель	Приставка	Обозначение	Множитель	Приставка	Обозначение
10	экса	Э	10	деци	d
10	пета	П	10	санти	с
10	тера	Т	10	милли	м
10	гига	Г	10	микро	мк
10	мега	М	10	нано	н
10	кило	к	10	пико	п
10	гекто	г	10	фемто	ф
10	дека	да	10	атто	а

Существует соотношение между единицами измерения СИ и наиболее часто встречающимися единицами других систем и внесистемными (см. таблицу 1.6).

Таблица 1.6 - Соотношения между единицами измерения

Величины	Единицы измерения в СИ	Соотношение между единицами измерения СИ и наиболее часто встречающимися единицами других систем и внесистемными.
Длина	м	1мкм = 10 м
Масса	кг	1т = 1000 кг 1ц = 100 кг
Температура	К	О = (t + 273,15) К
Вес (сила тяжести)	Н	1кг = 9,81Н 1дин = 10 Н
Давление	Па	1бар = 10 Па 1мбар = 100 Па 1дин /см = 1мкбар = 0,1 Па 1кгс /см = 1 ат = 9,81·10 Па = 735 мм.рт.ст. 1 кгс / м = 9,81 Па 1 мм.вод.ст. = 9,81 Па 1 мм.рт.ст. = 133,3 Па
Мощность	Вт	1 кгс · м / с = 9,81 Вт 1 эрг / с = 10 Вт 1ккал/ч = 1,163Вт
Объем	м	1 л = 10 м = 1 дм
Плотность	кг / м	1 т / м = 1 кг / дм = 1 г / см = 10 кг / м 1 кгс · с / м = 9,81 кг /м
Работа, энергия, количество теплоты	Дж	1 кгс · м = 9,81 Дж 1 эрг = 10 Дж 1 кВт · ч = 3,6·10 Дж 1 кал = 4,1868 Дж