Раздел 4. Системы единиц и эталоны единиц физических величин

Средства измерений

Средством измерения называют техническое средство, используемое при измерениях и имеющее нормированные метрологические характеристики. Средства И, в соответствии с ГОСТ 22261-82 должны удовлетворять следующим группам требований:

· техническим;

· технике безопасности;

· правилам приёмки;

· методам испытаний.

По назначению средства И принято в метрологии различать на меры, измерительные приборы, измерительные преобразователи, измерительные установки и измерительные системы.

Мера – средство И, предназначенное для «воспроизведения физической величины» заданного размера (значения). Напомним, что качественная сторона понятия «физическая величина» определяет «род» величины (например, электрическое сопротивление, как общее свойство проводников электричества), а количественная – её «размер» (сопротивление конкретного проводника).

Не вызывает сомнения тот факт, что результат измерения будет зависеть от выбора единицы ФВ. В частности, в детском мультфильме при измерении длины удава в качестве единицы измерения была выбрана длина попугая. Если же за единицу длины выбрать метр, то результат измерения (число) длины удава будет иным, хотя размер его останется прежним. Размер ФВ существует объективно, независимо от того, определили мы его или не определили.

В качестве меры в радиоизмерениях, в частности, используется кварцевый автогенератор (точнее частота колебаний кварцевого автогенератора) – мера частоты электрических колебаний; измерительный резистор – мера электрического сопротивления; измерительный конденсатор – мера электрической емкости. Меры бывают однозначными и многозначными.

Однозначная мера «воспроизводит ФВ» одного определенного размера. Например, измерительный резистор, измерительный конденсатор постоянной ёмкости, ЭДС нормального элемента.

Многозначная мера воспроизводит ряд одноимённых величин разного размера, например, потенциометр, вариометр индуктивностей, конденсатор переменной ёмкости. Набор мер – это специально подобранный комплекс однотипных элементов, применяемых не только по отдельности, но и в различных сочетаниях с целью воспроизведения ряда одноименных величин разного размера, например, набор разновесов, измерительных резисторов или конденсаторов.

Измерительный прибор (ИП) – средство И, предназначенное для выработки определенного вида сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем.

Информация о свойствах и качествах объектов, называется измерительной информацией. Измерительная информация является основой для принятия технических и управленческих решений при испытаниях продукции, оценивании её технического уровня, аттестации и сертификации качества.

В радиоэлектронике, и в частности, в телекоммуникационных системах и устройствах сигналом измерительной информации является, как правило, электрический сигнал, функционально связанный с измеряемой физической величиной.

Измерительный преобразователь – средство И, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи, преобразования, обработки и хранения, но не поддающейся непосредственному восприятию наблюдателем. Измерительные преобразователи могут как входить в состав измерительных приборов, так и применяться самостоятельно.

Первичный преобразователь – измерительный преобразователь, к которому подведена измеряемая величина, т.е. он является первым в измерительной цепи. Например, термопара в цепи термоэлектрического термометра.

Передающий преобразователь – измерительный преобразователь, служащий для дистанционной передачи сигнала измерительной информации к другим устройствам.

Масштабный преобразователь – измерительный преобразователь, предназначенный для измерения величины в заданное число раз. Например: измерительный трансформатор тока, делитель напряжения, измерительный усилитель и др.

Раздел 4. Системы единиц и эталоны единиц физических величин

Напомним несколько определений.

Значение физической величины – элементы множества данной физической величины. Например, физическая величина: масса; элементы этого множества – значения физической величины (100г, 2кг, 22фунта, 7пудов и т.д.). Буквенные компоненты значений величин именуют единицами измерения физических величин (короче – единицами величин или просто единицами). Т.е. единица измерения физической величины – наименование в составе значения физической величены.

Основные и производные величины

Каждую величину можно ввести независимо от других. Наши предки, естественно, не имея обобщенного понятия физической величины, так и поступали, поскольку потребность количественно оценивать важные свойства и отношения появилось задолго до того, как были научно установлены связи между ними.

Однако с течением времени эти связи устанавливались, и оказалось, что практически удобнее (дешевле, точнее и т.п.) иметь не много величин, условно называемых основными, а все остальные величины, именуемые производными, определять через них.

Подчеркнем, деление это чисто условное, не объясняемое каким-либо физическим смыслом – производные величины ничуть не хуже основных. Например, если бы были разработаны средства измерения мгновенной скорости, превосходящие по точности средства измерения длины, вероятно, была бы достигнута договоренность о включении скорости в число основных величин взамен длины.

В том, что это принципиально возможно, убеждает нас пример с электрическим зарядом. Казалось бы, что заряд «более важная» величина, чем сила тока. Кроме того, существуют «естественные эталоны» заряда – электрон и протон, но как ими воспользоваться для измерений, неизвестно. Поэтому в системе СИ основной величиной выбрана сила тока. Число и вид основных величин определяются из теоретических, практических и исторических соображений.

Можно сказать, что в качестве единиц основных величин выбирают единицы, которые могут быть воспроизведены эталонами или эталонными установками с наивысшей точность, соответствующей уровню развития науки и техники в данную эпоху.

Совокупность основных и производных физических величин, образованная в соответствии с принятыми принципами представляет систему физических величин. Соответственно, совокупность основных и производных единиц ФВ составляют систему единиц физических величин (систему единиц).

Система ФВ (или система единиц) строится на основе физических теорий, отрицающих существующую в природе взаимосвязь ФВ.

При определении единиц системы подбирается такая последовательность физических соотношений, в которой каждое следующее выражение содержит только одну ФВ. Это позволяет определить единицу ФВ через совокупность ранее определенных единиц, а в конечном счете – через основные единицы системы.

Связь производных единиц системы с основными выражаются формулами размерностей. В размерностях проявляется некоторая связь между величинами. Однако они не являются исчерпывающими характеристиками величин, т.к. встречаются разные по физической природе величины, имеющие одинаковые размерности. Примерами таких величин является работа и момент силы, имеющие одинаковую размерность . Однако понятие о размерностях весьма полезно при проверке правильности сложных расчетных формул и для выяснения зависимости между величинами. Отметим, что размеры основных единиц выбирают произвольно. Размеры производных единиц определяются размерами основных единиц, характером зависимостей между величинами и их физическими моделями.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: