Лекция 4. ОСНОВЫ ТЕХНИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ

Понятие о метрологии

В практической жизни человек часто имеет дело с измерениями, которые являются одним из важнейших путей познания природы. Отраслью науки, изучающей, измерения, является метрология. Слово «метрология» образовано из двух греческих слов: «метрон» -мера и «логос» - учение, следовательно, метрология – учение о мерах.

Метрология в современном понимании – наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности.

Единством измерений называется состояние измерений, при которых их результаты выражены в узаконенных единицах и погрешности известны с заданной вероятностью (ГОСТ 16263-70).

ГСИ предусматривает комплекс взаимосвязанных правил и положений, требований и норм, определяющих организацию и методику проведения работ по оценке и обеспечению точности измерений, результаты которых используются государственными органами, предприятиями и учреждениями Украины. Основополагающими стандартами системы регламентируются:

– единицы физических величин;

– термины и определения из области метрологии;

– нормируемые метрологические характеристики средств измерений;

– организация и порядок проведения государственных испытаний средств измерений;

– организация и порядок проведения поверки, ревизии и экспертизы средств измерений;

– показатели точности измерений и формы представления результатов измерений;

– методики выполнения измерений;

– поверочные схемы.

В большинстве стран мира мероприятия по обеспечению единства измерений установлены законодательно. Поэтому один из разделов метрологии называется законодательной метрологией и включает комплекс общих правил, требований и норм, направленный на обеспечение единства измерений и единообразия средств измерений. Для введения единообразия в единицах измерений в 1978 г. был утвержден СТ СЭВ 1052-78 «Единицы физических величин» (СИ), который введен с 1 января 1979 г. как обязательный во всех областях народного хозяйства, науки, техники и при преподавании.

Система СИ исключает необходимость подробного изучения множества систем единиц.

СИ содержит семь основных единиц, которые затрагивают измерения всевозможных параметров: механических, тепловых, электрических, магнитных, световых, акустических и ионизирующих излучений и в области химии. Основными единицами установлены: метр (м) - для измерения длины; килограмм (кг) - для измерения массы; секунда (с) - для измерения времени; Кельвин (К) - для измерения температуры; ампер (А) - для измерения силы электрического тока; кандела (свеча) кд - для измерения силы света и моль - для измерения количества вещества.

Единица длины. До 1960 г. за международный эталон (а также и эталон СССР) длины 1 м принималось расстояние между серединами двух штрихов на бруске образного сечения, сделанном из сплава платины с иридием. У этого эталона расстояние между серединами штрихов было невозможно измерить точнее ±0,1 мкм, что не отвечало требованиям современного состояния науки и техники. Недостатком эталона являлось и то, что он представлял собой металлический брусок, который при стихийном бедствии (например, землетрясении или наводнении) мог пропасть или потерять со временем точное значение метра.

В новой системе единиц 1 м выражен в длинах световых волн атома криптона (газа), т. е. связан с естественной (природной) величиной. Теперь «метр – это длина, равная 1650763,73 длин волн в вакууме излучения, соответствующего оранжевой линии спектра криптона-86».

Единица температуры. Кельвин – единица по термодинамической температурной шкале. Эта температурная шкала впервые была предложена английским физиком У.Томсоном (лорд Кельвин) еще в 1848 г. По этой шкале нулевым значением температуры является абсолютный нуль (-273,15°С), а температура тройной точки воды составляет 273,16 К, или по Цельсию +0,01°С. Под тройной точкой воды понимают точку равновесия, воды в твердой, жидкой и газообразной фазе. Такая точка получается, если нагреть лед до +0,01°С в специальной установке с точностью ±0,0001 °С.

Единицы силы электрического тока. Ампер равен силе неизменяющегося тока, который при прохождении по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малой площади кругового поперечного сечения, расположенным в вакууме на расстоянии 1 м один от другого, вызвал бы на каждом участке проводника длиной 1 м силу взаимодействия, равную . Единица измерения ампер воспроизводится на специальной установке по принципу амперово-токовых весов с погрешностью 10^-5, которая значительно меньше погрешности ампера при старом определении.

Единица времени. Секунда равна 9192631770 периодам излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного, состояния цезия-133. Секунда связана с частотой колебаний атомов цезия и воспроизводится на атомных часах с относительной погрешностью .

Единица силы света. Кандела (свеча) равна силе света, испускаемого с поверхности площадью 1/600000 м3 полного излучателя в перпендикулярном направлении при температуре излучателя, равной температуре затвердевания платины при давлении 101325Па. Кандела воспроизводится с погрешностью .

Единица массы. По шестой основной единице Си – килограмму сохранен международный прототип килограмма в виде бруска из сплава платины и иридия, который характеризуется относительной погрешностью .

Единицей количества вещества является моль, который определяется как количество вещества системы, содержащей столько же структурных элементов, сколько содержится атомов в углероде-12 массой 0,012 кг.