Воспроизведение единиц физических величин и единство измерений

Министерство образования и науки Российской Федерации

филиал федерального государственного автономного образовательного

учреждения высшего профессионального образования

«Казанский (Приволжский) федеральный университет»

в г.Набережные Челны

 

 Строительный факультет

 

Кафедра строительных конструкций

 

 

 

 

 

 

Контрольная реферативная работа по курсу

«Основы метрологии, стандартизации и сертификации»

Тема: «Воспроизведение единиц физических величин и единство измерений»

 

 

 

Вариант № 95

 

 

 

 

 

Выполнил: студентка гр. 3122203                                             Сабурова А. М.

 

 

Проверил: доцент                                                                        Гончаров М. Н.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

г. Набережные Челны

2014г. 

 

Оглавление

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

 При проведении измерений  необходимо обеспечить их единство. Под единством измерений понимается  характеристика качества измерений, заключающаяся в том, что их  результаты выражаются в узаконенных  единицах, размеры которых в установленных  пределах равны размерам воспроизведенных  величин, а погрешности результатов  измерений известны с заданной  вероятностью и не выходят  за установленные пределы. Понятие "единство измерений" довольно  емкое. Оно охватывает важнейшие  задачи метрологии: унификацию единиц  ФВ, разработку систем воспроизведения  величин и передачи их размеров  рабочим средствам измерений  с установленной точностью и  ряд других вопросов. Единство  измерений должно обеспечиваться  при любой точности, необходимой  науке и технике. На достижение  и поддержание на должном уровне  единства измерений направлена  деятельность государственных и  ведомственных метрологических  служб, проводимая в соответствии  с установленными правилами, требованиями  и нормами. На государственном  уровне деятельность по обеспечению  единства измерений регламентируется  стандартами Государственной системы  обеспечения единства измерений (ГСИ) или нормативными документами  органов метрологической службы.

 Для обеспечения единства  измерений необходима тождественность  единиц, в которых проградуированы  все существующие СИ одной  и той же величины. Это достигается  путем точного воспроизведения  и хранения в специализированных  учреждениях установленных единиц  ФВ и передачи их размеров  применяемым СИ.

 Воспроизведение единицы  физической величины — это  совокупность операций по материализации  единицы ФВ с наивысшей точностью  посредством государственного эталона  или исходного образцового СИ. Различают воспроизведение основной  и производной единиц.

1. Системы физических величин  и их единиц

 

 В науке, технике и  повседневной жизни человек имеет  дело с разнообразными свойствами  окружающих нас физических объектов. Эти свойства отражают процессы  взаимодействия объектов между  собой. Их описание производится  посредством физических величин. Для того чтобы можно было  установить для каждого объекта  различия в количественном содержании  свойства, отображаемого физической  величиной, в метрологии введены  понятия ее размера и значения.

 Размер физической  величины — это количественное  содержание в данном объекте  свойства, соответствующего понятию "физическая величина". Например, каждое тело обладает определенной  массой, вследствие чего тела  можно различать по их массе, т.е. по размеру интересующей нас  ФВ.

 Значение физической  величины — это оценка ее  размера в виде некоторого  числа принятых для нее единиц. Его получают в результате  ее измерения или вычисления  в соответствии с основным  уравнением измерения Q = q[Q], связывающим  между собой значение ФВ Q, числовое  значение q и выбранную для измерения  единицу [Q]. В зависимости от размера  единицы будет меняться числовое  значение ФВ, тогда как размер  ее будет одним и тем же.

 Единица физической  величины — это ФВ фиксированного  размера, которой условно присвоено  числовое значение, равное единице, и которая применяется для  количественного выражения однородных  ФВ. Размер единиц ФВ устанавливается  путем их законодательно закрепленного  определения метрологическими органами  государства.

C помощью уравнений связи  между числовыми значениями ФВ  формулируются определения одних  величин на языке других и  указываются способы их нахождения. Совокупность ФВ, образованная в  соответствии с принятыми принципами, когда одни величины принимаются  за независимые, а другие являются  их функциями, называется системой  физических величин.

 

 Обосновано, но в общем  произвольным образом выбираются  несколько ФВ, называемых основными. Остальные величины, называемые  производными, выражаются через  основные на основе известных  уравнений связи между ними. Примерами  производных величин могут служить: плотность вещества, определяемая  как масса вещества, заключенного  в единице объема; ускорение —  изменение скорости за единицу  времени и др.[1]

 Совокупность основных  и производных единиц ФВ, образованная  в соответствии с принятыми  принципами, называется системой  единиц физических величин. Единица  основной ФВ является основной  единицей данной системы. В Российской  Федерации используется система  единиц СИ, введенная ГОСТ 8.417-81 "ГСИ. Единицы физических величин". В качестве основных единиц  приняты метр, килограмм, секунда, ампер, кельвин, моль и канделла (табл. 1).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 1

Основные и дополнительные единицы физических величин системы СИ

Величина				Единица
						Обозначение
Наименование	Размерность	Рекомендуемое обозначение	Наименование			русское		международное
Длина	Основные
	L	1		метр	м			m
Масса	М	m		килограмм	кг			kg
Время	Т	t		секунда	с			s
Сила электрического тока	I	I		ампер	А			А
Термодинамическая температура	е	Т		кельвин	К			К
Количество вещества	N	n, v		моль	моль			mol
Сила света	j	J		канделла	кд			cd
Плоский угол	Дополнительные
	—	—		радиан	рад		red
Телесный угол	—	—		стерадиан	ср		sr

 

 

 

 Производная единица  — это единица производной  ФВ системы единиц, образованная  в соответствии с уравнениями, связывающими ее с основными  единицами или же с основными  и уже определенными производными. Производные единицы системы  СИ, имеющие собственное название, приведены в табл. 2

 

 

 

 

 

 

 Таблица 2.

 Производные единицы  системы СИ, имеющие специальное  название

 

Единицы ФВ делятся на системные и внесистемные. Системная единица — единица ФВ, входящая в одну из принятых систем. Все основные, производные, кратные и дольные единицы являются системными.

 

Внесистемная единица — это единица ФВ, не входящая ни в одну из принятых систем единиц. Внесистемные единицы по отношению к единицам СИ разделяют на четыре вида:

 

• допускаемые наравне с единицами СИ, например: единицы массы — тонна; плоского угла — градус, минута, секунда; объема — литр и др. Внесистемные единицы, допускаемые к применению наравне с единицами СИ, приведены в табл. 3.

 

 

 

 Таблица 3

 Внесистемные единицы, допускаемые к применению наравне  с единицами  СИ

Наименование величины	Единица
	Наименование	Обозначение	Соотношение с единицей СИ
Масса	тонна	т	103 кг
	атомная единиц массы	а. е. м.	1, 66057×10-27 кг (приблизительно)
Время	минута	мин	60 с
	час	ч	3600 с
	сутки	сут	86400 с
Плоский угол	градус	…°	(p/180) рад = 1, 745329. ..×10-2 рад
	минута	...′	(p/10800) рад = 2,908882... ×10-4 рад
	секунда	... ″	(p/648000) рад = 4,848137...×10-4 рад
	град	град	(p/200) рад
Объем	литр	л	10-3 м 3
Длина	астрономическая единица	а. е.	1, 45598×1011 м (приблизительно)
	световой год	св. год	9,4605-Ю15 м (приблизительно)
	парсек	ПК	3,0857×1016м (приблизительно)
Оптическая сила	диоптрия	Дптр	1 м-1
Площадь	гектар	га	104 м2
Энергия	электрон-вольт	эВ	1,60219×10-19Дж (приблизительно)
Полная мощность	вольт-ампер	ВА	—
Реактивная мощность	вар	вар	—

 

 

 

 • допускаемые к  применению в специальных областях, например: астрономическая единица, парсек, световой год — единицы  длины в астрономии; диоптрия  — единица оптической силы  в оптике; электрон-вольт — единица  энергии в физике и т.д.;

 

 • временно допускаемые  к применению наравне с единицами  СИ, например: морская миля — в  морской навигации; карат — единица  массы в ювелирном деле и  др. Эти единицы должны изыматься  из употребления в соответствии  с международными соглашениями;

 

 • изъятые из употребления, например: миллиметр ртутного столба  — единица давления; лошадиная  сила — единица мощности и  некоторые другие.

 Различают кратные  и дольные единицы ФВ. Кратная  единица — это единица ФВ, в  целое число раз превышающая  системную или внесистемную единицу. Например, единица длины километр  равна 103 м, т.е. кратна метру. Дольная  единица — единица ФВ, значение  которой в целое число раз  меньше системной или внесистемной  единицы. Например, единица длины  миллиметр равна 10~3 м, т.е. является  дольной. Приставки для образования  кратных и дольных единиц СИ  приведены в табл. 4.[1]

 

Таблица 4

 

 Множители и приставки для образования десятичных кратных и дольных единиц и их наименований 

Множитель	Приставка	Обозначение приставки		Множитель	Приставка	Обозначение приставки
		международное	русское			международное	русское
1018	экса	Е	Э	10-1	деци	d	д
1016	пета	Р	П	10-2	санти	с	с
1012	тера	Т	Т	10-3	милли	m	м
109	гига	G	Г	10-6	микро	m	мк
106	мега	М	М	10-9	нано	n	н
103	кило	k	к	10-12	пико	p	п
102	гекто	h	г	10-15	фемто	f	ф
101	дека	da	да	10-18	атто	а	а