2.5. Виды и методы измерений

Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Метрология, стандартизация, подтверждение соответствия в общей системе управления качеством. Учебное пособие.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

07.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 34 / 114 5 6 7 8 9 10 11 > Следующая >>>

• числа и указания стандартного образца (например, Условная молярная

Классификационный

Кратная единица – единица величины, в целое число

Дольная единица – единица величины, в целое число раз

Основная единица – принятая по соглашению единица Производная единица – единица производной величины, Системная единица – единица величины, входящая

Внесистемная единица – единица величины, не входя-

концентрация лютропина в данном образце плазмы (международный стандарт

Всемирной организации здравоохранения WHO 80/552) 5,0 Международных

Единиц/л) [9].

Большинство значений величин выражается через единицу измерения.

Единица измерения (единица величины) – это величина фиксированного разме-

ра, которой условно присвоено числовое значение, равное 1. Данная величина

принимается по соглашению для количественного сравнения однородных с ней величин и выражения их отношения в виде числа. Таким же образом единицам измерения присваиваются наименования и обозначения.

В зависимости от выбранной единицы измерения одной и той же величины будет меняться числовое значение величины, тогда как размер ее будет одним и тем же. Например, ширина материала: 150 сантиметров, 59,05 дюймов и 1,371 ярдов. Выборочная классификация единиц измерения дана в табл. 5.

Классификация единиц измерения

признак

Степень величины

Независимость единицы

Таблица 5

Виды единиц измерения

раз большая системной или внесистемной единицы

меньшая системной или внесистемной единицы

основной величины, т. е. величины, входящей в систему величин и условно принятой в качестве независимой от других величин этой системы

т. е. величины, входящей в систему величин и определяемой через основные величины этой системы

Системность

в одну из принятых систем

щая ни в одну из принятых систем

Названия кратных и дольных единиц образуются с помощью множителей

и приставок (прил. А).

Внесистемные единицы по отношению к единицам Международной си-

стемы СИ делятся на четыре вида:

• допускаемые к применению наравне с единицами международной си-

стемы (прил. Б);

• допускаемые к применению в специальных областях;

• временно допускаемые к применению наравне с единицами междуна-

родной системы;

• изъятые из употребления.

Как указывалось ранее, качественной характеристикой величины служит

её размерность. При этом качественной определенностью величины и общим аспектом для взаимного сопоставления величин является род величины. Напри-

мер, однородными величинами будут считаться диаметр окружности, рост че-

ловека, обхват талии. Все они относятся к величине, именуемой длиной.

Однородные величины, как правило, имеют одинаковую размерность.

Размерность является формализованным выражением качественной характе-

ристики величины и отражает связь данной величины с основными величинами

той или иной системы. Обозначение размерности – dim. Размерности основных величин обозначаются соответствующими заглавными буквами.

Размерность выражается степенным одночленом с коэффициентом про-

порциональности, равным единице:

dim Q = L

α Mβ TγΘδ Nε Jζ Fη

, (2)

где L M T Θ N J F – размерность основных величин;

α β γ δ ε ζ η – показатели размерности (показатели степени, в которую возведена размерность основной величины). Могут быть целыми, дробными, положительными и отрицательными.

Если все показатели размерности физической величины равны нулю, то

такую величину называют безразмерной. Безразмерными являются все относи-

тельные величины (например, относительная плотность).

Помимо основных правил решения уравнений при определении размерно-

сти следует учитывать:

• что алгебра размерностей мультипликативна, т. е. состоит из одного

действия – умножения;

• размерность произведения нескольких величин равна произведению их

размерностей;

• размерность частного при делении одной величины на другую равна от-

ношению их размерностей;

• размерность любой величины, возведенной в некоторую степень, равна

ее размерности в той же степени.

2.3. СИСТЕМЫ ВЕЛИЧИН И ИХ ЕДИНИЦ

Согласованная совокупность основных и производных величин и уравне-

ний связи между ними называется системой величин. Соответственно, сово-

купность основных и производных единиц вместе с их кратными и дольными

единицами носит название системы единиц.

Изначально в качестве величин выступали меры, которые отличались

большим разнообразием и отсутствием структурированности и системности.

Попытки создания стройной и рациональной системы мер предпринимались

еще в древности. Например, около пяти тысяч лет назад была создана доста-

точно логичная и стройная для своего времени вавилонская система мер. В ос-

нове этой системы лежал локоть, а деление использовалось как десятизначное,

так и шестидесятизначное.

Чтобы между странами развивались торговые, экономические и культурные связи, было необходимо создать единую международную систему мер, основанную на естественном происхождении и определенности мер, их незави-

симости, неизменности и постоянстве. Система мер, отвечающая всем вышепе-

речисленным требованиям, была предложена в 1791 году Парижской академией

наук.

В соответствии с данной системой в качестве основной единицы (единицы

длины) был принят метр, равный одной сорокамиллионной части дуги земного

меридиана, проходящего через Париж. Все остальные единицы были связаны с метром и подчинялись десятичному принципу деления (табл. 6).

Единицы метрической системы мер

Единица

Определение

Метр – единица длины

Расстояние, равное одной сорокамиллионной части

Метр квадратный – единица

Квадрат со стороной 1 метр

Стер (метр кубический) –

Куб со стороной 1 метр

Килограмм – единица массы

Масса чистой воды одного кубического дециметра

Ар – мера поверхности

Площадь квадрата со стороной 10 м

Литр – мера объема

Объем жидкости одного кубического дециметра

дуги парижского меридиана

Таблица 6

площади

единица объема

при температуре 4 ºС

для жидких и сыпучих тел

Дольные и кратные единицы устанавливались при помощи коэффициента

10, а их наименования образовывались за счет добавления приставок (древнегреческих и латинских числительных) к основным единицам.

Метрическая система мер изначально задумывалась как международная,

Обозначение

бозначение

Между-

бозначение

Основные единицы

но, несмотря на свое очевидное преимущество, внедрялась она с большим тру-

дом. В решении данной задачи значительно продвинулись в 1875 году, когда по

предложению Петербургской академии наук была созвана дипломатическая

конференция, на которой 17 государств, в том числе Россия, подписали Метрическую конвенцию.

Метрическая система как единственная окончательно была введена в Рос-

сии в 1927 году. В настоящее время практически все государства мира, кроме США, Либерии и Мьянмы, перешли на данную систему мер.

Все последующие системы основывались на метрической.

В 1832 году немецкий ученый К.Ф. Гаусс впервые предложил рассматри-

вать систему единиц как совокупность основных и производных единиц. Гауссом была разработана система единиц, названная им абсолютной. В 1881 году

была предложена система СГС. В начале ХХ века была разработана система

МКСА. Но ни одна из предложенных систем не являлась универсальной.

В связи с этим для обеспечения единства измерений, унификации и систе-

матизации единиц величин в 1960 году на XI Генеральной конференции по мерам и весам была принята Международная система единиц (СИ) (от фр.

Systeme international d’unites (SI)).

Система СИ является универсальной, и в настоящее время состоит из семи

основных (табл. 7, прил. В), двух дополнительных и необходимого числа производных единиц.

Таблица 7

Основные и дополнительные единицы

физических величин системы СИ

Русское

народное

единицы

Величина

Размерность

величины

Наимено-

вание

величины

единицы

Длина L l метр м m

Масса M m килограмм кг kg

Окончание табл. 7

Размерность

Обозначение

бозначение бозначение

Количество

Дополнительные единицы

Наимено-

Величина

Время T t секунда с s

Сила

электрического

тока

Термодинами-

ческая

температура

вещества

величины

I I ампер А F

N n, v моль моль mol

величины

T кельвин К K

вание

единицы

Русское

единицы

Между-

народное

единицы

Сила света J J кандела кд cd

Плоский угол – – радиан рад rad

Телесный угол – – стерадиан ср sr

Как указывалось ранее, производные величины (единицы) получены по-

средством уравнений и отражают связь данной величины (единицы) с основ-

ными величинами (единицами) системы. Связь некоторых производных единиц

системы СИ с основными единицами представлена в прил. Г.

На территории России Международная система единиц СИ постоянно действует с 1 января 1982 года в соответствии с ГОСТ 8.417–2002 «ГСИ. Единицы величин». Все ранее действующие системы единиц были изъяты.

2.4. ШКАЛЫ ИЗМЕРЕНИЙ

Получение информации о количественной характеристике объекта осуществляется с помощью шкал. В соответствии с РМГ 83–2007 «ГСИ. Шкалы измерений. Термины и определения» под шкалой измерений понимается отоб-

ражение множества различных проявлений количественного и качественного

свойства на принятое по соглашению упорядоченное множество чисел или дру-

гую систему логически связанных знаков (обозначений).

Если быть точным, то измерению подлежат лишь физические величины,

а нефизические величины и качественные характеристики объекта могут быть

либо оценены, либо вычислены. Последние операции не входят в задачи клас-

сической метрологии. Однако практическая метрология (на основе квалимет-

рии) предполагает не только измерение величин, но и оценивание качественных

свойств различных объектов. Поэтому принято выделять два типа шкал: метрические (шкалы интервалов, отношений и абсолютные шкалы измерений) и неметрические (шкалы наименований и порядка).

Для целей идентификации, определения вероятности или частоты прояв-

ления свойств определенного объекта применяется шкала наименований. Она является самым простым типом шкал и служит для определения качественных

свойств объекта. Данные свойства при этом характеризуются только соотноше-

ниями эквивалентности или отличиями проявления этих свойств. Например,

атласы цветов (или шкалы измерений цвета) упорядочены по цветовым разно-

образиям. Отличительные особенности шкалы наименований и всех прочих

шкал представлены в табл. 8.

Для получения измерительной информации о количественных свойствах

сравниваемых объектов, которые характеризуются отношениями эквивалентно-

сти и порядка по возрастанию или убыванию, используется шкала рангов (по- рядка). Эти шкалы, как правило, применяют для оценивания единиц, когда нет

возможности провести точные измерения либо применение данной шкалы

удобно и достаточно для практики.

Для облегчения измерения по шкале порядка некоторые точки на ней фик-

сируются в качестве реперных, которые в свою очередь могут быть обозначены соответствующими цифрами, называемыми баллами. Баллы, в отличие от сим-

волов шкалы наименований, имеют строгий порядок расположения и являются

условными единицами, образующими условные шкалы величин. К условным

шкалам относится, например, 12-балльная шкала Бофорта для определения си-

Название

Характеристика

Отсутствие нуля, фиксиПри необходимости про-

лы ветра. Шкалы порядка нашли широкое применение во всех областях дея-

тельности, связанных с оценкой качества.

Таблица 8

Характеристика основных шкал измерений

шкалы

Шкала

наименований

Примеры шкал измерений

шкал измерений

рованных интервалов,

всех математических действий, единиц измерения;

использование в качестве обозначений знаков и сим-

волов, приписанных кон-

кретному объекту; ис-

пользование для получе-

ния измерительной ин-

формации операций оце-

нивания качественных свойств

Шкала

порядка

извольно выбранный нуль;

отсутствие фиксирован-

ных интервалов, всех ма-

тематических действий, единиц измерения; испо-

льзование в качестве обо-

значений реперных точек

или наименований вели-

чин; использование для

получения измерительной

информации операций оценивания

Окончание табл. 8

Название

Характеристика

При необходимости про-

Однозначное естествен-

Логарифмический масштаб (шкала) –

Однозначное естествен-

шкалы

Шкала

интервалов

Примеры шкал измерений

шкал измерений

извольно выбранное нача-

ло отсчета; наличие фик-

сированных интервалов,

действий сложения и вы-

читания, единиц измере-

ния; использование изме-

рений для получения ин-

формации о размере физических величин

ное начало отсчета; нали-

чие фиксированных ин-

тервалов, всех математи-

Шкала

отношений

шкала, длина отрезка которой пропорциональна логарифму отношения

величин, отмеченных на концах этого

Абсолютная

шкала

отрезка, в то время как на шкале в линейном масштабе длина отрезка

пропорциональна разности величин на его концах

ческих действий, единиц

измерения; использование измерений для получения

информации о размере физических величин

ное начало отсчета; нали-

чие фиксированных ин-

тервалов, всех математи-

ческих действий, есте-

ственных однозначных

единиц измерения; ис-

пользование измерений

для получения информа-

ции о размере физических величин

Наиболее простой из всех метрических шкал является шкала интервалов.

Шкала интервалов, в отличие от неметрических (качественных) шкал, состоит

из одинаковых интервалов между реперными точками, имеет единицу измере-

ния и произвольно выбранное начало отсчета, за которое принимается, как пра-

вило, начало изучаемого явления.

Принципиальное отличие шкалы отношений от шкалы интервалов – есте-

ственное начало отсчета. Данная шкала является самой совершенной из всех

типов шкал, а к значениям, полученным в результате применения данных шкал, применимы все математические действия.

Абсолютная шкала обладает всеми признаками предыдущей шкалы, но

дополнительно включает естественное однозначное определение единицы из-

мерения, не зависящее от принятой системы.

2.5. ВИДЫ И МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ

На практике все операции по получению информации о значении величи-

ны называются измерениями. Однако это утверждение не совсем верно. Вели-

чины могут быть измерены (рис. 3), оценены или вычислены, а качественные свойства объектов – только оценены или вычислены.

Если сформулировать понятие более точно, то измерение – это нахождение

значения величины опытным путем с помощью специальных технических

средств. При этом результат измерения может быть отличным от истинного

значения и действительного значения (значения, полученного экспериментальным путем и настолько близкого к истинному, что в поставленной измерительной задаче может быть использовано вместо него).

При многократном измерении одной и той же величины постоянного раз-

мера результат все время получается разным. Это положение, проверенное на

практике, формулируется в виде аксиомы, являющейся основным постулатом

метрологии: отсчет является случайным числом.

Измерения классифицируются по различным признакам (табл. 9).

<<< < Предыдущая 1 2 34 / 114 5 6 7 8 9 10 11 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]