1. Основные сведения о метрологии

В настоящее время все более возрастает значение измерений как источника объективной информации о параметрах, характеризующих состояние и свойства объектов, качество выпускаемой продукции. Любая область науки, техники и практической деятельности человека, в том числе радиолюбительская практика, немыслима без измерений, начиная с понятий «далеко — близко», «легкий — тяжелый» и кончая контролем сложных технологических процессов и выполнением научных исследований.

Метрология — наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности. Единство измерений — такое их состояние, при котором результаты выражены в стандартизованных единица* и погрешность измерений известна с заданной вероятностью. Единство измерений необходимо для того, чтобы можно было сопоставить результаты намерений, выполненных в разных местах, в разное время, с использованием разных методов и средств измерений.

Измерение — процесс нахождения значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств (средств измерений).

Средство измерения — техническое средство, используемое при измерениях и нмеюшее нормированные метрологические свойства. Появляются все более сложные, точные н удобные в работе приборы. Среди нх множества особое место занимают комбинированные приборы — постоянные спутники и помош-ники основной массы радиолюбителей и большого числа специалистов, занн-мающихся обслуживанием и ремонтом различного рода оборудования — от автоматических линий до бытовой техники-

Комбинированным прибором называют средство измерений, с помощью которого можно измерять несколько физических величин в широком интервале значений.

Физическая величина — свойство, общее и качественном отношении для многих физических объектов, но в количественном отношении индивидуальное для каждого объекта. Взять хотя бы электрическое напряжение — Это свойство, в качественном отношении общее для всех источников электрической энергии — от гидроэлектростанции до гальванического элемента, но в количественном отношении различное н характеризующееся конкретным численным значением Если на гальваническом элементе написано, например, *1,5 В», то число 1,5 — это значение напряжения, а буква В означает, что оно измерено в единицах напряжения, называемых вольтами.

Некоторые единицы физических величин предстаэлены в табл. 1.

Различают истинное и действительное значения физической величины. Истинное значение физической величины — значение, которое идеальным образом отражает в качественном и количественном отношениях соответствующее свойство данного объекта. Истинное значение практически недостижимо. По-

Этому на практике используют Действительное значение физической величины — значение, полученное экспериментальным путем н настолько приближающееся к истинному, что s том или ином конкретном случае может быть использовано вместо него.

По физическому смыслу измерения подразделяют на прямые и косвенные. Прямое измерение — измерение, прн котором искомое значение физической величины считывают непосредственно со шкалы прибора. Например, измерение напряжения вольтметром, тока — амперметром.

Косвенное измерение — измерение, прн котором искомое значение физической величины находят на основании известной зависимости между зтой величиной и величинами, определяемыми прямыми измерениями. Например, вычисление значения токв по формуле I=U/R, причем значение напряжения измеряют вольтметром, а значение сопротивления резистора, как правило, постоянно н известно.

Основная задача измерений — обеспечение точности, достоверности, сравнимости результатов и их единство. Вопросы теории и практики обеспечения единства н точности результатов измерений, получаемых с помощью, средств измерений, определяют содержание метрологии.

Точность измерений характеризуется блнвостью их результатов X к истинным (действительным) значениям Хо и выражается погрешностью измерения. Различают абсолютную АХ, относительную 5 и приведенную у погрешности.

Абсолютная погрешпость — непосредственное отклонение измеренного значения X от действительного Хо, выражаемое в единицах измеряемой величины:

Значение XN для однопредельных приборов принимают равным конечному значению шкалы прибора или сумме конечных значений, если шкала двусторонняя, для многопредельных приборов — пределу измерения, на котором ведут измерение.

Прн существенно неравномерной шкале (логарифмической, гиперболической) приведенную погрешность выражают в процентах от дакны шкалы:

Где L — длина рабочей части шкалы, мм; 1 — расстояние между двумя соседними дэлениямк на участке шкалы, где остановалась стрелка, мм; С — цена упомянутого расстояния в единицах измеряемой величины.

Приведенную погрешность, определенную для конкретного прибора ври нормальных условиях (определенных температуре, элаЖнОстн, атмосферном давлении н др.). называют основной погрешностью прибора. Нормальные условия укавывают в техническом описании прибора. Основная погрешность обусловлена выбранным методой измерения, конструктивными недостатками прибора, погрешностью градуировки шкалы, погрешностью отсчета. Прн отклонении условий эксплуатации прибора от нормальных возникают дополнительные погрешности (температурная, частотная н др.).

Обобщенную характеристику, определяемую пределами допускаемых основных н дополнительных погрешностей, а также другими, свойствами, алняющнми на точность, навивают классом точности прибора и определяют стандартом. Класс точност характеризует свойства приборов в отношении точности, но не ялляется непосредственным показателем точности отдельных измерений, выполняемых с помощью этих приборов. Приборам, у которых пределы допускаемой основной погрешности эадвны приведенной погрешностью, присваивают согласно ГОСТ 8.401—80 тот иЛи иной класс точности, выбираемый из ряда: 1 ■ 10"; »,5-10"; 2.10"; 2,5* 10"; 4-10"; 5-10"; 6*10", где п—1,0, —1, — 2 и т. д., например, для электроизмерительных приборов приняты классы точности 0,02; 0,05; 0,1;

0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0, где более точным яалявтся прибор с классом точности 0,02.

Через определенное время, установленное метрологическими документами, а также после ремонта при сомнении в показаниях и т. д. проводят проверку соответствия допускаемой основной погрешности прибора установленному классу точности, иначе говоря, прибор подвергают поверке. Поверкой средства измерений называют совокупность действий, выполняемых дая определения и оценки его погрешности с целью выяснить, Соответствуют ля точностные характеристики средства измерений регламентированным значениям и пригодно ли оно к применению.

Для поваркн приборов класса точности 0,5—4,0, к которым отнеоены и комбннировлниые приборы, применяют метод сравнения их показаний с показаниями образцовых (более точных) приборов. Образцовый прибор выбирают нсходв из характеристик поверяемого прибора, а именно’, рода измеряемой величины (амперметр, вольтметр, мнкроамперметр и т. д.), рода измеряемого тока (постоянный, неременный) и частотного двапазоиа двя переменного тока, класса точности (класс точности образцового прибора должен быть выше класса точное,™ поверяемого не менве чем в 4 раза), предэла измерений (конечные значения шкал образцового н поееряемого приборов не должны отличаться более чем на 25%).

При отсутствии образцового прибора, удовлетворяющего последнему требованию, можно Использовать прибор с большим пределом измерений, но болве высокого класса точности, определяемого по формуле

_ FaK -7&Г’

Где Vo — класс точности образцового прибора, уп — класс точности поверяемого

Прибора, Ал — предел измерения поверяемого прибора, До _ предел измерения

Образцового прибора.

При поверке основная погрешность прибора определяется для каждой числовой отметки шкалы поверяемого прибора 2 раза. Вначале, увеличивая выходное напряжение (ток) источника питания, устанавливают указатель поверяемого прибора поочередно на каждую числовую отметку шкалы, плавно подводя его к этой отметке со стороны меньшнх значений («снизу»), и определяют для каждой поверяемой точки действительное значение измеряемой величины по образцовому прибору fAo;. Дойдя до конца шкалы, увеличивают измеряемую величину так, чтобы указатель (стрелка) поверяемого прибора дошел до упора, и тогда плавно уменьшая напряжение, снимают показания образцового прибора }Aq; для каждой отметки шкалы А^ поверяемого прибора, подводя к ней указатель со стороны больших значений («сверху»).

Для каждой числовой отметки шкалы вычисляют среднее арифметическое, . fAoi+|Aoj

Действительных значений Aoj =-^- и абсолютные погрешности ДА| =

=Ani—Ао,.

Затем проверяют условие соответствия определенной допускаемой погрешности классу точности ДАтах

,  *-100<уп,

А„

Где i>„ — каасс точности поверяемого прибора, ДАгаах — наибольшее числовое значение абсолютной погрешности без учета знака, Ап — предел намерения, на ко. тором проводилась поверка.

Если условие выполняется, то точностные характеристики прибора соответствуют требуемым и его считают пригодным к эксплуатации.

Встроенные омметры и измерители емкости поверяют путем измерения известных значений соответствующих величин, например набора (магазинов) резисторов нли конденсаторов, параметры которых приняты за действительные значения. Допускаемая погрешность вычисляется как приведенная погрешность к длине шкалы прн каждом значении измеряемой величины.

Здесь описан упрошенный подход к проведению поверки. В действите. ьностн процесс поверки средств измерений есть сложный комплекс мероприятий, ( вязанный с определением большого числа характеристик. Поверку имеют право проводить поверители, имеющие специальную подготовку и удостоверение на право поверки, выдаваемое метрологическими органами. Факт поверки оформляют документально, а на прибор наносят специальное клеймо, несущее информацию о квартале и годе поверки, номере и принадлежности организации, ее прово* дившей.

2 вопрос

Общие сведения о системе СИ

       Система СИ была принята XI Генеральной конференцией по мерам и весам, некоторые последующие конференции внесли в СИ ряд изменений.

Система СИ определяет семь основных и производные единицы измерения, а также набор приставок. Установлены стандартные сокращённые обозначения для единиц измерения и правила записи производных единиц.

В России действует ГОСТ 8.417-2002, предписывающий обязательное использование системы СИ. В нем перечислены единицы измерения, приведены их русские и международные названия и установлены правила их применения. По этим правилам в международных документах и на шкалах приборов допускается использовать только международные обозначения. Во внутренних документах и публикациях можно использовать либо международные либо русские обозначения (но не те и другие одновременно).

Основные единицы системы СИ: килограмм, метр, секунда, ампер, кельвин, моль и кандела. В рамках системы СИ считается, что эти единицы имеют независимую размерность, т. е. ни одна из основных единиц не может быть получена из других.

Производные единицы получаются из основных с помощью алгебраических действий, таких как умножение и деление. Некоторым из производных единиц в Системе СИ присвоены собственные названия.

Приставки можно использовать перед названиями единиц измерения; они означают, что единицу измерения нужно умножить или разделить на определенное целое число, степень числа 10. Например приставка «кило» означает умножение на 1000 (километр = 1000 метров). Приставки СИ называют также десятичными приставками.

История

Система СИ основана на метрической системе мер, которая была создана французскими учеными и впервые была широко внедрена после Великой Французской революции. До введения метрической системы, единицы измерения выбирались случайно и независимо друг от друга. Поэтому пересчет из одной единицы измерения в другую был сложным. К тому же в разных местах применялись разные единицы измерения, иногда с одинаковыми названиями. Метрическая система должна была стать удобной и единой системой мер и весов.

В 1799 г. были утверждены два эталона — для единицы измерения длины ( метр) и для единицы измерения веса ( килограмм).

В 1874 г. была введена система СГС, основанная на трех единицах измерения - сантиметр, грамм и секунда. Были также введены десятичные приставки от микро до мега.

В 1889 г. 1-ая Генеральная конференция по мерам и весам приняла систему мер, сходную с СГС, но основанную на метре, килограмме и секунде, т. к. эти единицы были признаны более удобными для практического использования.

В последующем были введены базовые единицы для измерения физических величин в области электричества и оптики.

В 1960 г. XI Генеральная конференция по мерам и весам приняла стандарт, который впервые получил название «Международная система единиц (СИ)».

В 1971 г. IV Генеральная конференция по мерам и весам внесла изменения в СИ, добавив, в частности, единицу измерения количества вещества ( моль).

В настоящее время система СИ принята в качестве законной системы единиц измерения большинством стран мира и почти всегда используется в области науки (даже в тех странах, которые не приняли СИ).

  Таблица 1. Основные единицы измерения СИ

Физическая величина	Единица измерения	Символ
длина	метр	м
время	секунда	с
масса	килограмм	кг
электрический ток	ампер	А
термодинамическая температура	кельвин	К
количество вещества	моль	моль

  Таблица 2. Единицы измерения СИ, образованные из основных единиц

Физическая величина	Единица измерения	Символ
сила света	кандела	кд
площадь	квадратный метр	м?
объем	кубический метр	м?
скорость	метр в секунду	м/с
ускорение	метр в секунду квадратную	м/с?
частота волны	обратный метр	1/м
плотность	килограмм на кубический метр	кг/м?
удельный объем	кубический метр на килограмм	м?/кг
плотность тока	ампер на квадратный метр	А/м?
напряженность магнитного поля	ампер на метр	А/м
удельное количество вещества	моль на кубический метр	моль/м?
яркость	кандела на квадратный метр	кд/м?

   Таблица 3. Единицы измерения СИ, образованные из основных и имеющие специальное имя и символическое обозначение

Физическая величина	Единица измерения	Символ	Выражение через основные единицы
угол	радиан	рад	m · m-1 = 1
объемный угол	стерадиан	ср	m2 · m-2 = 1
частота	герц	Гц	s-1
сила, вес	ньютон	Н	m · kg · s-2
давление	паскаль	Па	m-1 · kg · s-2
работа, энергия	джоуль	Дж	m2 · kg · s-2
мощность	ватт	Вт	m2 · kg · s-3
электрический заряд, количество электричества	кулон	Кл	s · A
напряжение, потенциал, электродвижущая сила	вольт	В	m2 · kg · s-3 · A-1
электрическая емкость	фарада	Ф	m-2 · kg-1 · s4 · A2
электрическое сопротивление	омм	Ом	m2 · kg · s-3 · A-2
электрическая проводимость	сименс	См	m-2 · kg-1 · s3 · A2
магнитный поток	вебэр	Вб	m2 · kg · s-2 · A-1
магнитная индукция	тесла	Тл	kg · s-2 · A-1
индуктивность	генри	Гн	m2 · kg · s-2 · A-2
световой поток	люмен	лм	cd
освещенность	люкс	лк	m-2 · cd

    Таблица 4. Внесистемные единицы измерения

Физическая величина	Единица измерения	Символ
угол	градус	град
температура	градус Цельсия	?C
цвет	цвет

     Таблица 5. Приставки единиц измерения

Коэффициент	Приставка	Обозначение
10*24
10*21
10*18	атто	а
10*15	фемто	ф
10*12	тэрра	Т
10*9	гига	Г
10*6	мега	М
10*3	кило	к
10*2	гекто	г
10*1	дэка	д
10-1	дэци	дц
10-2	санти	с
10-3	милли	мл
10-6	микро	мк
10-9	нано	н
10-12	пико	п
10-15	фемто	ф
10-18	атто	ат
10-21	цэпто	ц
10-24	окто	ок

3 вопрос