- •Предисловие
- •Часть I. Метрология
- •Введение в метрологию
- •1.1.Исторические аспекты метрологии
- •Основные понятия и категории метрологии
- •Принципы построения систем единиц физических величин
- •Воспроизведение и передача размера единиц физических величин. Эталоны и образцовые средства измерения
- •Измерительные приборы и установки
- •Меры в метрологии и измерительной технике. Поверка средств измерений
- •Физические константы и стандартные справочные данные
- •Стандартизация в обеспечении единства измерений. Метрологический словарь
- •2. Основы построение систем единиц физических величин
- •2.1. Системы единиц физических величин
- •2.2. Формулы размерности
- •2.3. Основные единицы системы си
- •2.4. Единица длины системы си – метр
- •2.6. Единица температуры системы си – Кельвин
- •2.7. Единица силы электрического тока системы си – Ампера
- •2.8. Реализация основной единицы системы си - единицы силы света – канделы
- •2.9. Единица массы системы си - килограмм
- •2.10. Единица количества вещества системы си - моль
- •3. Оценка погрешностей результатов измерения
- •3.1.Введение
- •3.2. Систематические погрешности
- •Часть II. Измерительная технику
- •4. Введение в измерительную технику
- •5. Измерения механических величин
- •5.1. Линейные измерения
- •5.2. Измерения шероховатости
- •5.3. Измерения твердости
- •5.4. Измерения давления
- •5.5. Измерения массы и силы
- •5.6. Измерения вязкости
- •5.7. Измерение плотности
- •6. Измерения температуры
- •6.1. Методы измерения температуры
- •6.2. Контактные термометры
- •6.3. Неконтактные термометры
- •7. Электрические и магнитные измерения
- •7.1. Измерения электрических величин
- •7.2. Принципы, лежащие в основе магнитных измерений
- •7.3. Магнитные преобразователи
- •7.4. Приборы для измерения параметров магнитных полей
- •7.5. Квантовые магнитометрические и гальваномагнитные приборы
- •7.6. Индукционные магнитометрические приборы
- •8. Оптические измерения
- •8.1. Общие положения
- •8.2. Фотометрические приборы
- •8.3. Спектральные измерительные приборы
- •8.4. Фильтровые спектральные приборы
- •8.5. Интерференционные спектральные приборы
- •9. Физико-химические измерения
- •9.1. Особенности измерения состава веществ и материалов
- •9.2. Измерения влажности веществ и материалов
- •9.3. Анализ состава газовых смесей
- •9.4. Измерения состава жидкостей и твердых тел
- •9.5. Метрологическое обеспечение физико-химических измерений
- •Часть III. Стандартизация и сертификация
- •10. Организационные и методические основы метрологии и стандартизации
- •10.1. Введение
- •10.2. Правовые основы метрологии и стандартизации
- •10.3. Международные организации по стандартизации и метрологии
- •10.4. Структура и функции органов Госстандарта рф
- •10.5. Государственные службы по метрологии и стандартизации рф
- •10.6. Функции метрологических служб предприятий и учреждений, являющихся юридическими лицами
- •11. Основные положения государственной службы стандартизации рф
- •11.1. Научная база стандартизации рф
- •11.2. Органы и службы систем стандартизации рф
- •11.3. Характеристика стандартов разных категорий
- •11.4. Каталоги и классификаторы продукции как объект стандартизации. Стандартизация услуг
- •12. Сертификация измерительной техники
- •12.1. Основные цели и задачи сертификации
- •12.2. Термины и определения, специфические для cертификации
- •12.3. Системы и схемы сертификации
- •12.4. Обязательная и добровольная сертификация
- •12.5. Правила и порядок проведения сертификации
- •12.7. Сертификация услуг
- •Заключение
- •Приложения
5.5. Измерения массы и силы
Под
массой
тела подразумевается физическая
величина, являющаяся мерой инертности
тела или мерой взаимного притяжения
двух количеств вещества. В курсе общей
физики показывается, что масса инерционная,
определенная через 1-ый закон Ньютона,
тождественная масса гравитационной,
определяемой через
закон
всемирного тяготения.
Чаще
всего в измерениях механических величин
не делают отличия между массой (количества
вещества) и весом - силой притяжения
тела Землей. Для того чтобы сознательно
относиться к процессу измерений,
необходимо тщательно разграничивать
эти физические величины.
Сила
вообще - это физическая величина,
характеризующая взаимодействие тел и
определяющая ускорение, с которым будет
двигаться определенное количество
вещества с массой m. Определение силы
опирается на II-ой закон Ньютона:
F=m*a. (5.19)
В
различных системах единиц в качестве
основной, выбираемой произвольно,
выбирается либо масса (
система
СИ, система СГС, система МТС), либо сила
- практическая система единиц.
Основной метод определения массы - взвешивание - метод определения массы тела путем сравнения с массой эталонных тел - гирь.
Измерения
массы проводятся методом компарирования
по нескольким схемам. Самая древняя из
схем - взвешивание на безмене, который
представляет собой гирю постоянной
массы, укрепленной на конце длинного
стержня. На другой конец стержня
укрепляется взвешиваемый груз по схеме,
приведенной на рис. 5.17
.
|
Рис. 05.17. Схема измерения массы на безмене |
|
|
|
|
При наличии равновесия будет выполнено равенство моментов сил:
(5.20)
Это
дает возможность оцифровать стержень
безмена в единицах массы. Самым
распространенным до недавнего времени
было взвешивание на двухплечих весах.
В этом случае весы имеют два коромысла,
на одно из которых помещают тело, а на
второе - определенный набор мер массы
-гирь. Схема весов с коромыслами приведена
на рис. 5.18
.
|
Рис. 05.18. Схема весов с двумя коромыслами |
|
|
|
|
Конструкция весов по схеме, приведенной на рис. 5.18, позволяет определять массу по равенству веса тела и гирь, а также оценивать небольшую разницу в них по углу отклонения стрелки на нижней шкале. Поскольку отклонение от положения равновесия конца стрелки за висит от разности веса тела и гирь ΔР = P2- P1, как
(5.21)
где I - расстояние от точки опоры С до точки установления нагрузки; L -длина стрелки весов и h - расстояние от центра инерции подвижной части весов до точки опоры С. Последняя является константой весов и, как правило, известна из паспортных данных.
Как было указано в части Iосновные источники погрешности при взвешивании на весах с двумя коромыслами - это неравенство плеч весов и сила Архимеда, действующая на гири и на тело. Если тело и гири изготовлены из разных по плотности материалов, то масса тела будет меньше истинной на величину е, а масса взвешиваемого тела будет равна:
![]()
где ε - поправка на архимедову силу, mT- масса тела и mг- масса гири.
Гири как меры массы изготавливаются нескольких классов точности. Допустимые нормированные стандартные отклонения массы гирь от номинала приведены в табл. 5.3.
Таблица 5.3.
Допустимые отклонения массы гирь, мг. (в скобках указана поправка на архимедову силу для стальной гири)
|
Номинальная масса |
КЛАСС | |||
|
2 |
3 |
4 |
5 | |
|
1-2 мг 5 мг 10-20 мг 50-200 мг 500 мг |
0,02(0.003)' 0,04(0,007) 0,04(0,007) 0,06(0,010) 0,10(0,017) |
- - 0,10(0,025) 0,15(0,038) 0,25(0,017) |
- - 0,50(0,13) 0,75(0,19)0 1,25(0,31) |
- - - - - |
|
1-2г 5г 10-20 г 50-100 г 200 г 500 г |
0,16(0,027) 0,32(0,05) 0,6(0,10) 1,0(0,16) 1,6(0,27) 3,2(0,5) |
0,4(0,10) 0,8(0,20) 1,6(0,40) 2,4(0,60) 4,0(1,0) 8(2,0) |
2,0 (0,50) 4,0(1,0) 8,0(2,0) 12(3,0) 20(5,0) 40(10) |
- - 40(10) 60(15) 100(25) 200(75) |
|
1 кг 2кг 5кг 10кг 20 кг |
6,4(1,1) 13(2,1) 25(4,3) 50(8,3) 100(16,6) |
16(4,0) 32(8,0) 64(16) 130(33) 250(63) |
80(20) 160(40) 320(80) 650(160) 1250(310) |
400(100) 800(200) 1600(400) 3200(810) - |
Примечание:Гири первого класса имеют точность в 2 - 3 раза более высокую, чем 2 класса.


