Объекты метрологии

Основными объектами метрологии являются физические величины (величины) и измерения.

Характеристика физических величин

Понятие и классификация величин

Все объекты (явления и процессы) окружающего мира характеризуются своими свойствами. Для количественной характеристики свойств физических тел и процессов используется понятие величины.

На рис. 23 представлена классификация величин.

Классификация величин

Рис. 23. Классификация величин [28]

Идеальные величины главным образом относятся к математике и являются моделью конкретных реальных понятий.

Реальные величины делятся, в свою очередь, на физические и нефизические.

К нефизическим следует отнести величины, используемые в нефизических науках — экономике, информатике и пр.

Основным объектом измерения в метрологии являются физические величины или кратко — величины.

Физические величины (ФВ) могут быть разделены на измеряемые и оцениваемые.

Измеряемые ФВ могут быть выражены количественно в виде определенного числа установленных единиц измерения. ФВ, для которых не может быть введена единица измерения, могут быть оценены. Оценивание величины осуществляется при помощи шкал. Нефизические величины, для которых единица измерения в принципе не может быть введена, могут быть только оценены.

ФВ применяются для описания материальных систем и объектов (явлений, процессов и т.п.), изучаемых в любых науках (физике, химии и др.).

Совокупность ФВ, образованная в соответствии с принятыми принципами (когда одни величины принимаются за независимые, а другие являются их функциями), называется системой физических величин.

Международная система единиц (SI)

Международная система единиц возникла на основе и в развитие всемирно прославленной Метрической системы мер.

Развитие промышленного производства вызвало необходимость унификации размеров ФВ, создание системы единиц. Первой системой единиц ФВ была метрическая система. Вначале она была введена во Франции (1840), затем в других странах (Великобритании, США, России и пр.). Наряду с метрической системой в этих и других странах применялись и применяются в настоящее время и национальные системы.

В Российской Федерации применяются в настоящее время единицы величин Международной системы единиц, обозначаемой сокращенно SI (начальные буквы французского наименования "Systeme International d Unites"). На территории нашей страны SI действует с 1 января 1982 г. в соответствии с ГОСТ 8.417 "ГСИ. Единицы физических величин".

Международная система единиц образована по принятой в физике методике построения систем единиц. Эта методика заключается в том, что за основу системы единиц принимают несколько независимых друг от друга основных единиц. Для практических целей в качестве основных единиц принято выбирать такие, которые можно воспроизвести с наибольшей точностью. Из основных в качестве производных выводят единицы остальных физических величин. Производные единицы определяют на основе физических формул (уравнений), связывающих между собой физические величины. Указанная совокупность выбранных основных и образованных с их помощью производных единиц для одной или нескольких областей измерений получила название системы единиц.

Международная система единиц имеет целый ряд преимуществ, главные из которых следующие.

  • 1. Унификация единиц ФВ на базе SI. Вместо исторически сложившегося многообразия единиц (системных, разных систем и внесистемных) для каждой ФВ устанавливается одна единица и четкая система образования кратных и дольных единиц.
  • 2. Универсальность SI. Система охватывает все области науки, техники и народного хозяйства.
  • 3. Принцип когерентности (согласованности). Выбор основных единиц системы обеспечивает согласованность механических и электрических единиц. Например, ватт — единица механической мощности (равный джоулю в секунду) равняется мощности, выделяемой электрическим током силой 1 ампер при напряжении 1 вольт.

В SI, подобно другим когерентным системам единиц, коэффициенты пропорциональности в физических уравнениях, определяющих производные единицы, равны безразмерной единице.

Когерентные производные единицы системы SI образуются с помощью простейших (определяющих) уравнений связи между величинами, в которых величины приняты равными единицам SI.

Пример простейшего уравнения связи для получения производной единицы скорости v= l/t, где V — скорость,

/ — длина пройденного пути, £ — время. Подстановка вместо /, £ и V их единиц дает [г>]= [/]/[£]= 1 м/с. Следовательно, когерентной единицей скорости в Э1 является метр в секунду.

  • 4. Удобство для практического применения основных и большинства производных единиц SI.
  • 5. Четкое разграничение в единиц массы (килограмм) и силы (ньютон).
  • 6. Упрощенная запись уравнений и формул в различных областях науки и техники. Достигается значительная экономия времени при расчетах в силу отсутствия в формулах, составленных с применением единиц SI, пересчетных коэффициентов, вводимых в связи с тем, что отдельные величины в этих формулах выражены в разных системах единиц.
  • 7. Установление одной общей единицы — джоуль -для всех видов энергии (механической, тепловой, электрической и др.) в Международной системе единиц.

Преимущества системы обусловливают: а) повышение эффективности труда проектировщиков, конструкторов, производственников, научных работников; б) облегчение педагогического процесса в средней и высшей школах; в) лучшее взаимопонимание при дальнейшем развитии научно-технических и экономических связей между разными странами...

В связи с тем, что национальные стандарты приобрели статус добровольно применяемых документов, возникла необходимость в регламентации применения единиц величин в Российской Федерации с помощью нормативного документа высокого ранга. Постановлением Правительства РФ от 31.10.2009 № 879 утверждено "Положение о единицах величин, допускаемых к применению в Российской Федерации". При разработке этого документа был учтен опыт регламентации применения единиц величин, накопленный в период применения ГОСТ 8.417.

В акте закреплены единицы величин, допускаемые к применению:

  • • основные единицы международной системы — метр, килограмм, секунда, ампер, кельвин, моль, кандела;
  • • производные единицы величин, определенные через основные единицы 81;
  • • когерентные единицы 81;
  • • десятичные кратные и дольные единицы Б!;
  • • относительные и логарифмические единицы;
  • • внесистемные единицы величин, применяемые в отдельных областях деятельности.

Кроме того, в постановлении установлены правила образования наименований производных, когерентных, десятичных кратных и дольных единиц SI, правила применения единиц величин в нормативных правовых актах, нормативно-технических, научно-технических, конструкторских, технологических документах, учебниках и других изданиях.

Следует обратить внимание на отмену применения такой устаревшей величины, как лошадиная сила, и замену ее на современную единицу мощности — киловатт (1 л.с. = = 0,7355 кВт), а также на допуск к применению новых величин, таких как байт, которые необходимы для решения вопроса метрологического обеспечения средств цифровой связи.

До 2016 г. допускаются к применению следующие внесистемные единицы величин: грамм-сила, килограмм-сила; килограмм-сила на квадратный сантиметр; миллиметр водяного столба; техническая атмосфера. Почти пятьдесят внесистемных единиц допускаются к применению в различных областях измерений без какого-либо ограничения срока применения.

Внесистемные единицы но отношению к единицам Э1 разделяют на четыре вида:

  • 1) допускаемые наравне с единицами (например, тонна, градус, минута, секунда, литр);
  • 2) допускаемые к применению в специальных областях (например, диоптрия — единица оптической силы в оптике; карат — единица массы в ювелирном деле; тскс — единица плотности в текстильной промышленности и т.д.);
  • 3) временно допускаемые к применению единицы;
  • 4) изъятые из употребления (например, миллиметр ртутного столба — единица давления и некоторые другие).

Хотя SI нашла очень широкое применение в мире, тем не менее, в некоторых странах, как отмечалось выше, существуют также другие национальные системы единиц. Например, в США применяются такие единицы, как фунт (1 фунт = 0,454 кг), галлон (1 галлон = 3,785 л), дюйм (1 дюйм = 2,54 см), а также другие внесистемные единицы. Внесистемные единицы могут также использоваться, например, в навигации (1 морская миля = 1852 м) или в торговле сырой нефтью (1 баррель = 159 л).

В заключение следует сослаться на высказывание известного российского метролога В. А. Брюханова: "Реальная метрологическая практика не позволяет реализовать в "стерильном" виде идею монопольного применения Международной системы. Жизнь богаче нюансами и красками любой системы, даже такой, казалось бы, совершенной, как Международная система единиц".

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >