Международная система единиц

Единицы измерения физических величин

Введение

Метрология

Конспект лекций по дисциплине

Краткий конспект лекций по дисциплине

Федеральное агенТство по образованию

Московский государственный строительный университет

кафедра «Механическое оборудование и детали машин»

«Метрология, стандартизация и сертификация»

«Метрология, стандартизация и сертификация»

Это наука о измерениях, методах и средствах обеспечения единства измерений и способах достижения требуемой точности. История этой науки.

Содержание раздела: физические величины и единицы их измерения, методы и средства измерений, погрешности измерений, основы Государственного метрологического контроля.

Физическая величина – характеристика одного из свойств физического объекта. Измерение физической величины – сравнение ее с мерой, т.е. с ее единицей или со шкалой.

Используется в основном 5 видов шкал:

- шкала наименований (качественная оценка, например, цвета, шероховатости по атласу, образцам и т.п.; нужен опытный эксперт); определяется эквивалентность.

- шкала порядка (сравнение с образцами-эталонами; так оценивается твердость, сила ветра, землетрясений и т.п.); определяется эквивалентность и порядок;

- шкала разностей; к полномочиям предыдущих шкал добавляется эквивалентность интервалов (разностей) между количественными и качественными проявлениями свойства (например, шкала интервалов времени, которые можно вычитать, суммировать); нулевые значения здесь условные;

- шкалы отношений, при которых применимы отношения эквивалентности, порядка и суммирования (вычитания, умножения); имеют естественное нулевое значение; пример – шкала массы, для нее достаточно одного эталона;

- абсолютные шкалы (для относительных величин, т.е. отношений одноименных физических величин); среди них выделяют шкалы со значениями от 0 до 1, например, шкала КПД.

Для практической реализации шкал осуществляется стандартизация единиц измерений, шкал, способов и условий их однозначного воспроизведения.

Единица физической величины (единица ее измерения) может быть основной и производной. Основная входит в систему единиц, в которой она условно считается независимой от других единиц этой системы. Например, производная единица скорости тела 1 м/с связана с основными единицами 1м и 1с формулой V=L/t.

Размерность может быть одинаковой для разных характеристик. Например, Н·м является размерностью работы силы и кинетической энергии движущегося тела.

Исторически первой системой единиц современного мира можно считать систему 1791г. (Франция), которая базировалась на двух основных единицах: метр и килограмм. В 1832г. Гаусс предложил систему единиц, в основе которой были миллиметр, миллиграмм, секунда. Все последующие системы были тоже метрическими, но многообразие единиц измерения, многочисленные коэффициенты пропорциональности осложняли их применение.

В 1960г. Принята Международная система единиц измерения СИ, устраняющая многие недостатки предыдущих и ориентированная на применение в механике, физике, химии и др. областях науки и техники. Основных единиц СИ семь: длина, масса, время, сила электрического тока, термодинамическая температура, сила света, количество вещества (допускается использовать шкалу Цельсия). В СИ включены также две дополнительных единицы: радиан для плоского угла и стерадиан для телесного; их используют только для теоретических расчетов и для образования таких производных единиц, как угловые скорость и ускорение. Измерение углов производят в угловых градусах, минутах и секундах.

С помощью простых уравнений из единицы СИ получают 33 производных единиц (сила, давление, скорость и т.д.), которые используются для измерений во всех областях науки и техники. Все они согласованы (когерентны) с основными единицами.

Например, Н = м·кг·с^-2; Па = Н/м² = м^-1·кг·с^-2.

Т.е. размерность производных единиц величин показывает качественную характеристику величины, так как является произведением степеней основных величин.

Для каждой физической величины устанавливается не только единица, но и кратные и дольные значения единицы, удобные для практического применения (от экса 10¹⁸ до атто 10^-18). Например, МПа (Н/мм²) удобнее Па (Н/м²) в прочностных расчетах.