Система единиц физических величин СИ

Физическая величина – свойство общее в качественном отношении многим физическим объектам, но в количественном отношении индивидуальное для каждого объекта (длина, масса, температура и т.п.).

Размер физической величины – количественная определённость физической величины, присущая конкретному материальному объекту, системе, явлению или процессу.

Значение физической величины – выражение физической величины в виде некоторого числа принятых для неё единиц. Отвлечённое число, входящее в значение физической величины, называется числовым значением. Например, диаметр отверстия - 10 мм, вес детали – 2,7 кг и т.п.

Размер единицы физической величины – устанавливается законодательно путём закрепления определения метрологическими органами государства.

Система физических величин – совокупность физических величин, образованная в соответствии с принятыми принципами, когда одни величины принимаются за независимые, а другие являются их функциями. Обоснованно, но произвольным образом выбираются несколько физических величин, называемых основными. Остальные величины, называемые производными, выражаются через основные на основе известных уравнений связи между ними. Например, плотность – это масса вещества заключённого в единице объёма, ускорение – изменение скорости за единицу времени и т.п.

В РФ используется система единиц СИ, введённая ГОСТ 8.417-81. В качестве основных единиц в системе СИ приняты: метр, килограмм, секунда, ампер, кельвин, моль, канделла, а также дополнительные единицы: плоский угол и телесный угол (табл.1).

Производная единица – это единица производной физической величины системы единиц, образованная в соответствии с уравнениями, связывающие её с основными единицами и уже определёнными производными.

Для установления производных единиц следует:

- выбрать физические величины, 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

 

Таблица 1

Основные и дополнительные единицы

Физических величин системы СИ

 

Физическая величина			Единица
Наименова-ние	Обозначение		Наиме- нование	Обозначение
	Размерность	Рекомендуемое обозначение		Русское	Между- народное
Длина	Основные единицы физических величин
	L	l	метр	м	m
Масса	М	m	кило- грамм	кг	kg
Время	Т	t	секунда	с	s
Сила элект- рического тока	I	I	ампер	А	А
Термодина- мическая температура	Q	Т	кельвин	К	К
Количество вещества	N	n, v	моль	моль	mol
Сила света	J	J	канделла	кд	cd
Плоский угол	Дополнительные единицы физических величин
	-	-	радиан	рад	rad
Телесный угол	-	-	стерадиан	ср	sr

 

определяющее уравнение, должны рассматриваться не как сами величины, а как именованные числовые значения;

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

Установленные таким образом производные единицы могут быть использованы для введения новых производных величин.

 

 

Федеральный закон «Об обеспечении единства измерений»

От 18.06.2008 № 102-ФЗ

Обеспечение науки, промышленности, экономики и коммуникаций измерениями, позволяющими подтвердить качество выполненных работ, соответствие изготовленной продукции требованиям потребителей, обеспечить надёжную работу коммуникаций, является общегосударственной задачей, поэтому обеспечение единства измерений регулируется Федеральными законами. В настоящее время - Федеральным законом «Об обеспечении единства измерений» от 18.06.2008 № 102-ФЗ.

Целями этого закона являются:

- установление правовых основ обеспечения единства измерений в РФ;

- защита прав и законных интересов граждан, общества и государства от отрицательных последствий недостоверных результатов измерений;

- обеспечение потребности граждан, общества и государства в получении объективных, достоверных и сопоставимых результатов измерений, используемых в целях защиты жизни и здоровья граждан, охраны окружающей среды, животного и растительного мира, обеспечения обороны и безопасности государства, в том числе экономической безопасности;

- содействие развитию экономики РФ и научно-техническому прогрессу.

Закон регулирует отношения, возникающие при:

- выполнении измерений;

- установлении и соблюдении требований к измерениям, единицам величин, эталонам единиц величин, стандартным образцам, средствам измерений;

- применении стандартных образцов, средств измерений, методик (методов) измерений, а также при осуществлении деятельности по обеспечению единства измерений, предусмотренной законодательством РФ об обеспечения единства измерений, в том числе при выполнении работ и оказании услуг по обеспечению единства измерений.

Сфера государственного регулирования обеспечения единства измерений распространяется на измерения, к которым в целях закона установлены обязательные метрологические требования и которые выполняются при осуществлении:

- деятельности в области здравоохранения;

- ветеринарной деятельности;

- деятельности в области охраны окружающей среды;

- осуществлении деятельности в области гражданской обороны, защиты населения и территорий от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера, обеспечения пожарной безопасности, безопасности людей на водных объектах;

- выполнении работ по обеспечению безопасных условий и охраны труда;

- осуществлении производственного контроля за соблюдением установленных законодательством РФ требований промышленной безопасности к эксплуатации опасного производственного объекта;

- осуществлении торговли, выполнении работ по расфасовке товаров;

- выполнении государственных учётных операций и учёте количества энергетических ресурсов;

- оказании услуг почтовой связи, учёте объёма оказанных услуг электросвязи операторами связи и обеспечении целостности и устойчивости функционирования сети связи общего пользования;

- осуществлении деятельности в области обороны и безопасности государства;

- осуществлении геодезической и картографической деятельности;

- осуществлении деятельности в области гидрометеорологии, мониторинга состояния и загрязнения окружающей среды;

- проведении банковских, налоговых, таможенных операций и таможенного контроля;

- выполнении работ по оценке соответствия продукции и иных объектов обязательным требованиям в соответствии с законодательством РФ о техническом регулировании;

- проведении официальных спортивных соревнований, обеспечении подготовки спортсменов высокого класса;

- выполнении поручений суда, органов прокуратуры, государственных органов исполнительной власти;

- осуществлении мероприятий государственного контроля (надзора);

- осуществлении деятельности в области использования атомной энергии;

- обеспечении безопасности дорожного движения.

К сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений относятся также измерения, предусмотренные законодательством РФ о техническом регулировании.

Сфера государственного регулирования обеспечения единства измерений распространяется также на единицы величин, эталоны единиц величин, стандартные образцы и СИ, к которым установлены обязательные требования.

В ст.6 закон установил, что в РФ применяются единицы величин системы СИ.

Формы государственного регулирования в области обеспечения единства измерений:

- утверждение типа стандартных образцов или типа средств измерений;

- поверка средств измерений;

- метрологическая экспертиза;

- федеральный государственный метрологический надзор;

- аттестация методик (методов) измерений;

- аккредитация юридических лиц и индивидуальных предпринимателей на выполнение работ и (или) оказание услуг в области обеспечения единства измерений.

Поверка средств измерений (далее также – поверка) – совокупность операций, выполняемых органами Государственной метрологической службы (ГМС), другими уполномоченными органами, организациями с целью определения и подтверждения соответствия СИ установленным техническим требованиям.

Метрологическая экспертиза – обязательная процедура проверки проектов нормативных правовых актов РФ, содержащих требования к измерениям, стандартным образцам и СИ, проводимая государственными научными метрологическими институтами. Метрологической экспертизе – могут подвергаться стандарты, продукция, проектная, конструкторская, технологическая документация и другие объекты в случаях, предусмотренных законодательством РФ.

 

1.3 Воспроизведение единиц физических величин
и передача их размеров

При проведении измерений необходимо обеспечить их единство, другими словами необходимо, чтобы точность (погрешность) измерений одной и той же физической величины не зависела от места и времени проведения измерений и оператора, если применяются одинаковые средства измерений и методики, а сами измерения производятся в одинаковых условиях.

Для обеспечения единства измерений в стране и решаются следующие важнейшие задачи метрологии:

- унификация единиц физических величин;

- разработка систем воспроизведения единиц физических величин;

- разработка систем передачи размеров физических величин от эталонов рабочим средствам измерений с установленной точностью.

Единство измерений должно обеспечиваться при любой точности, необходимой науке и технике. На достижение и поддержание на должном уровне единства измерений в РФ направлена деятельность всех государственных и ведомственных метрологических служб, которая должна проводиться в соответствии с установленными правилами, требованиями и нормами.

На государственном уровне деятельность по обеспечению единства измерений регламентируется:

- Федеральным законом «Об обеспечении единства измерений» (от 18.06.2008г. № 102-ФЗ);

- межгосударственными и национальными стандартами Государственной системы обеспечения единства измерений (ГСИ);

- нормативными документами органов метрологической службы.

Для обеспечения единства измерений необходима тождественность единиц, в которых проградуированы все существующие средства измерений одной и той же физической величины. Это достигается путём точного воспроизведения и хранения в специализированных учреждениях установленных единиц физических величин (ФВ) (т.е. эталонов) и передачи их размеров применяемым средствам измерений.

Эталон – средство измерений, предназначенное для воспроизведения и (или) хранения единицы ФВ и передаче её размера нижестоящим по поверочной схеме средствам измерений и утверждённое в качестве эталона. Конструкция эталона, его физические свойства и способ воспроизведения единицы определяются физической величиной, единица которой воспроизводится.

Эталон должен обладать тремя свойствами:

- неизменность – свойство удерживать неизменным размер единицы ФВ длительное время;

- воспроизводимость – возможность воспроизведения единицы ФВ с наименьшей погрешностью;

- сличаемость – возможность сличения с эталоном других средств измерений, нижестоящих по поверочной схеме, в первую очередь вторичных эталонов, с наивысшей точностью.

Виды эталонов:

- первичный – обеспечивает хранение и воспроизведение с наивысшей в стране точностью;

- государственный или национальный – это первичный или специальный эталон, официально утверждённый в качестве исходного для страны;

- вторичный – хранит размер единицы, полученной путём сравнения с первичным эталоном ФВ;

- эталон сравнения – применяется для сличения эталонов, которые не могут быть сличены друг с другом непосредственно;

- рабочий эталон – применяется для передачи размера единицы рабочим средствам измерений. Это самые распространённые эталоны.

Обеспечение правильной передачи размера единиц ФВ во всех звеньях поверочной цепи осуществляется посредством поверочных схем.

Поверочная схема – это нормативный документ, который устанавливает соподчинение средств измерений, участвующих в передаче размера единицы к рабочим средствам измерений с указанием методов и погрешности.

Государственная поверочная схема – распространяется на все средства измерений данной ФВ, имеющиеся в стране. Она оформляется в виде ГОСТ Р.

Эталонная база единиц ФВ системы СИ в РФ имеет в своём составе 114 государственных эталонов и более 250 вторичных эталонов единиц ФВ, а также необходимое для проведения измерений количество рабочих эталонов.

 

Погрешности измерений

При проведении измерений ФВ возникают различные внешние и внутренние помехи, которые вносят погрешности в результаты измерений. Помехи носят случайный характер, поэтому при многократном измерении одной и той же величины в абсолютно одинаковых условиях результаты измерений, как правило, различаются между собой и не совпадают с истинным значением ФВ.

Истинное значение ФВ есть идеальное значение, поэтому в качестве наиболее близкого к нему используют действительное значение ФВ, найденное экспериментальным методом, т.е. измерением, например, с помощь более точных средств измерений.

Отсюда следуют основные постулаты метрологии:

- истинное значение определяемой ФВ существует, и оно постоянно;

- истинное значение измеряемой ФВ отыскать невозможно. Отсюда следует, что результат измерения ФВ, как правило, математически связан с измеряемой величиной вероятностной зависимостью.

Для проведения измерений с целью диагностирования, контроля или испытаний технических систем необходимо:

- провести анализ измерительной задачи и определить источники погрешностей измерений;

- выбрать средства измерений и метод измерений, обеспечивающие требуемую точность;

- разработать методику выполнения измерений.

Наиболее часто используются следующие виды измерений:

- прямые измерения, когда ФВ находят путём экспериментального сравнения, например, температуру измеряют градусником, диаметр валика – микрометром и т.п.

- косвенные измерения, когда значение ФВ находят на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, найденными прямыми измерениями, например, площадь прямоугольника находят путём перемножения 2-х линейных величин: длины и ширины.

Для количественной оценки точности измерений используется понятие «погрешность измерений» (чем погрешность меньше, тем выше точность).

Погрешность измерения – это отклонение результата измерения Х от истинного (действительного) Х_д значения измеряемой величины:

∆ Х_и=Х-Х_д         (1)

Абсолютная погрешность определяется как разность:

_и          (2)

Относительная погрешность _о – определяется в процентах, как отношение  к Х умноженное на 100.

_о = ×          (3)

Случайная погрешность при повторных измерениях одного и того же параметра.

Систематическая погрешность _с - остаётся постоянной или закономерно изменяется при повторных измерениях одного и того же параметра.

Грубые погрешности (промахи) - возникают из-за ошибок оператора, неисправности средств измерений или резких изменений условий измерений, они могут быть выявлены при обработке результатов измерений.

Случайные и систематические погрешности измерения проявляются одновременно

Систематические погрешности можно выделить и исключить (полностью исключить часто не удаётся).

 

Выбор средств измерений

При выборе средств измерений необходимо учитывать:

- метрологические показатели (цена деления, погрешность, пределы измерений, измерительное усилие и т.п.);

- эксплуатационные показатели (массовость измеряемых размеров, доступность для контроля);

- экономические показатели (стоимость и надёжность средств измерений);

- метод измерения и время, затрачиваемое на настройку и процесс измерения;

- масса, габаритные размеры, рабочая нагрузка и т.п.

Следует иметь в виду, что процесс измерения не создаёт ценность для потребителя, поэтому его трудоёмкость должна быть минимальной.

Некоторые рекомендации по выбору средств измерений для использования их в производственном процессе:

- если задана или рассчитана относительная погрешность необходимых измерений _о, то относительная погрешность средства измерений _си должна быть на 25-30% ниже, чем _о, т.е.  _си =0,7 _о ;

- в массовом производстве с отработанным технологическим процессом используют высокопроизводительные механизированные и автоматизированные средства измерений и контроля;

- в серийном производстве основными средствами контроля должны быть жёсткие предельные калибры, шаблоны, специальные контрольные приспособления, а также могут применяться универсальные средства измерений;

- в мелкосерийном и индивидуальном производстве основными должны быть универсальные средства измерений;

- если контролируется точность технологического процесса, то выбирают средства измерений для технологических баз;

- если техническая система контролируется с точки зрения эксплуатации, то и средства измерений выбираются под эксплуатационные базы;

- при контроле технологических процессов должны использоваться средства измерений с ценой деления не более 1/6 допуска на изготовление.

 

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: