3 принципы построения систем единиц. Московский государственный университет печати

Принципы построения системы единиц величин ØСистема физических величин – Совокупность физических величин, образованная в соответствии с принятыми принципами, когда одни величины принимают за независимые (основные величины), а другие (производные величины) определяют как функции независимых величин. ØСистемы физических величин, существовавшие в разные времена и в разных государствах, имели много отличий: Ø они использовали разные меры, Ø они имели разные кратности используемых единиц, Ø они имели разное количество основных и производных единиц. 2

Системы единиц, которые применялись до введения международной системы Система Гаусса (LMT – миллиметр, миллиграмм, секунда); 2. Система СГС (LMT+QJ – сантиметр, грамм, секунда + кельвин, кандела) распространяется на область тепловых и оптических величин; 3. Система МКС (LMT+QJ – метр, килограмм, секунда + кельвин, кандела) распространяется на область тепловых и световых величин; 4. Система МТС (LMT – метр, тонна, секунда); 5. Система МКГСС (LFT – метр, килограмм-сила, секунда). Область распространения – механика, теплотехника. Килограмм-сила– сила, равная весу тела массой 1 кг при нормальном ускорении свободного падения g 0 = 9, 80665 м/с2 1 кгс = 9, 80655 Н 1. 3

Системы единиц электромагнитных величин Электростатическая система единиц (система СГСЭ) При построении этой системы первой производной электрической единицей вводится единица электрического заряда с использованием закона Кулона в качестве определяющего уравнения. При этом абсолютная диэлектрическая проницаемость рассматривается безразмерной электрической величиной. Как следствие этого, в некоторых уравнениях, связывающих электромагнитные величины, появляется в явном виде корень квадратный из скорости света в вакууме. n Электромагнитная система единиц (система СГСМ). При построении этой системы первой производной электрической единицей вводится единица силы тока с использованием закона Ампера в качестве определяющего уравнения. При этом абсолютная магнитная проницаемость рассматривается безразмерной электрической величиной. В связи с этим, в некоторых уравнениях, связывающих электромагнитные величины, появляется в явном виде корень квадратный из скорости света в вакууме. n 4

Симметричная система единиц (система СГС). Эта система является совокупностью систем СГСЭ и СГСМ. В системе СГС в качестве единиц электрических величин используются единицы системы СГСЭ, а в качестве единиц магнитных величин– единицы системы СГСМ. В результате комбинации двух систем в некоторых уравнениях, связывающих электрические и магнитные величины, появляется в явном виде корень квадратный из скорости света в вакууме. n 5

Принципы построения системы единиц величин ØПри всех этих различиях, существовавшие системы физических величин имели общие черты: Ø наличие общепризнанных (узаконенных для данного государства) мер для воспроизведения единиц физических величин, Ø наличие связей между отдельными мерами для образования производных единиц, Ø наличие системы передачи размеров единиц физических величин. ØПередача размера единицы – приведение размера единицы физической величины, хранимой средством измерений, к размеру единицы, воспроизводимой или хранимой эталоном 6

Принципы построения системы единиц величин Взаимосвязи физических величин в системе отражаются с помощью такого важного понятия как размерность – (от dimension). Размерность величины представляет собой выражение в форме степенного многочлена, раскрывающее связь физической величины Q с основными физическими величинами. Например, в системе LMT, принятой в механике, в которой в качестве основных единиц используются длина L, масса M, время T, размерность имеет вид: Показатели a, b, g называются показателями размерности. В частности, размерность скорости а размерность силы, 7

Принципы построения системы единиц величин Над размерностями можно производить действия: умножения, деления, возведения в степень и извлечение корня. Понятие размерности широко используется: Ø для перевода единиц из одной системы в другую; Ø для проверки правильности расчётных формул, полученных в результате теоретического вывода; Ø при выяснении зависимости между ними; Ø в теории физического подобия. 8

Принципы построения системы единиц величин Размерность производной величины – простейшее уравнение связи, определяющее величину, с коэффициентом пропорциональности равным единице. Однако при этом размерность не отражает физическую природу величины. В частности, у ряда различных по природе величин размерности оказываются одинаковыми. Например, работа и момент силы имеют одну и ту же размерность: Кроме того, размерность не раскрывает способ измерения величины, за исключением простейших случаев, когда уравнение связи совпадает с выражением размерности, что к примеру характерно для площади квадрата. 9

Принципы построения системы единиц величин 1. Уравнения связи между величинами, в которых под буквенными символами понимаются физические величины: X=f (X 1, X 2, …Xm) (1) X 1, X 2, …Xm – величины, связанные с измеряемой величиной Х некоторым уравнением связи. 2. Уравнения связи между числовыми значениями величин, в которых под буквенными символами понимаются числовые значения физических величин: n X = q [X]; X 1 = q 1 ; X 2 = q 2 ; X m = q m [ X m] Где q, q 1, …qm – числовые значения; [X], , …, – единицы величин Уравнение связи между числовыми значениями можно привести к уравнению размерности. 10

Принципы построения системы единиц величин Зависимости между единицами измерений, проявляющиеся в физических законах, позволяют получать производные единицы системы, понятие которых впервые было введено К. Гауссом. Наименования и обозначения производных величин могут быть получены: Ø из наименований и обозначений основных единиц; Ø с использованием специальных наименований и обозначений; Ø из наименований и обозначений основных и специальных наименований и обозначений производных единиц; Ø с использованием кратных и дольных приставок и множителей. 11

Принципы построения системы единиц величин Производные единицы бывают: когерентными и некогерентными. Когерентной называется производная единица, связанная с другими единицами системы уравнением, в котором числовой множитель принят равным единице. Например, единицу скорости образуют с помощью уравнения, определяющего скорость прямолинейного равномерного движения точки: v = L/ t , где L – длина пройденного пути; t – время движения. Подстановка вместо L и t их единиц дает v = 1 м/с. Следовательно, единица скорости является когерентной. 12

Принципы построения системы единиц величин n n n n При построении системы физических величин подбирается такая последовательность определяющих уравнений, в которой каждое последующее уравнение содержит только одну новую производную величину, что позволяет выразить эту величину через совокупность ранее определенных величин, а, в конечном счете, через основные величины системы величин. Чтобы найти размерность производной физической величины в некоторой системе величин, надо в правую часть определяющего уравнения этой величины вместо обозначений величин подставить их размерности. Так, например, поставив в определяющее уравнение скорости равномерного движения v = ds/dt вместо ds размерность длины L и вместо dt размерность времени T, получим dim v = L / T =LT-1 Подставив в определяющее уравнение ускорения a = dv/dt вместо dt размерность времени T и вместо dv найденную выше размерность скорости LT-1 , получим dim a = LT-2 Зная размерность ускорения по определяющему уравнению силы F = ma, получим: dim F = M∙LT-2 = LMT-2 Зная размерность силы, можно найти размерность работы, затем 13 размерность мощности и т. д.

Принципы построения системы единиц величин Примечание: Если уравнение связи содержит числовой коэффициент, отличный от единицы, то для образования когерентной единицы SI в правую часть уравнения подставляют величины со значениями в единицах SI, дающие после умножения на коэффициент общее числовое значение, равное единице. 14

Принципы построения системы единиц величин Например, если для образования когерентной единицы энергии применяют уравнение где m – масса тела; v – его скорость, то когерентную единицу энергии можно образовать двумя путями: Следовательно, когерентной единицей SI является джоуль, равный ньютону, умноженному на метр. В рассмотренных случаях он равен кинетической энергии тела массой 2 кг, движущегося со скоростью 1 м/с, или тела массой 1 кг, движущегося со скоростью м/с. 15

Международная система единиц (SI) На территории РФ система единиц (СИ) действует с 01. 1982 г. В соответствии с ГОСТ 8. 417 -81 (Сейчас ГОСТ 8. 417 -2002) В настоящее время включает 7 основных единиц 16

Определение и содержание основных единиц СИ n n n Определение и содержание основных единиц СИ. В соответствии с решениями Генеральной конференции по мерам и весам (ГКМВ), принятыми в разные голы, в настоящее время действуют следующие определения основных единиц СИ. Единица длины - метр- длина пути, проходимого светом в вакууме за 1/299792458 доли секунды (решение XVII ГКМВ в 1983 г.). Единица массы - килограмм - масса, равная массе международного прототипа килограмма (решение I ГКМВ в 1889 г.). Единица времени - секунда - продолжительность 9192631770 периодов излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133, не возмущенного внешними полями (решение XIII ГКМВ в 1967 г.). Единица силы электрического тока - ампер -сила неизменяющегося тока, который при прохождении по двум параллельным проводникам бесконечной длины и ничтожно малого кругового сечения, расположенным на расстоянии 1 м один от другого в вакууме, создал бы между этими проводниками силу, равную 2 10 -7 Н на каждый метр длины (одобрено IX ГКМВ в 1948 г.). 17

Определение и содержание основных единиц СИ n n n Единица термодинамической температуры - кельвин (до 1967 г. имел наименование градус Кельвина) - 1/273, 16 часть термодинамической температуры тройной точки воды. Допускается выражение термодинамической температуры в градусах Цельсия (резолюция XIII ГКМВ в 1967 г.). Единица силы света - кандела - сила света в заданном направлении источника, испускающего монохроматическое излучение частотой 540∙ 1012 Гц, энергетическая сила света которого в этом направлении составляет 1/683 Вт/ср (резолюция XVI ГКМВ в 1979 г.). Единица количества вещества - моль - количество вещества системы, содержащей столько же структурных элементов, сколько атомов содержится в нуклиде углерода-12 массой 0, 012 кг (резолюция XIV ГКМВ в 1971 г.) 18

Определение и содержание основных единиц СИ n n Моль не является в чистом виде основной единицей, поскольку имеет связь с другой основной единицей - килограммом. Вообще говоря, широкого применения, как другие основные единицы СИ, единица количества вещества не получила. Эталоны моля до сих пор не созданы. Одной из причин здесь является то, что масса одного моля для различных веществ (структурных элементов) различна. В последние годы метрологи на научных конференциях предлагают исключить моль из числа основных единиц СИ, переведя ее в разряд специальной единицы массы или производной величины. Однако в последние годы произошел «поворот» в деятельности по оценке количества вещества, связанный с применением метрологии в медицине, химии, фармацевтике, пищевой промышленности, охране окружающей среды: Международный комитет мер и весов создал новый Консультативный комитет по количеству вещества, ведется международный «проект Авогадро» в целях создания нового эталона массы на базе чистого изотопа кремния, с 1999 г. Официально введена новая производная единицы SI - катал (моль в секунду) для измерения каталитической активности ферментов. Единица была принята по ходатайству Консультативного комитета по единицам (ККЕ), Международной федерации клинической химии и лабораторной медицины, Международного союза биохимиков. 19

ГОСТ 8. 417 -2002 ГСИ. Единицы величин Образование производных единиц величин: 1. из наименований и обозначений основных единиц: Обозначение Единица измерений международно е русско е Размерность Выражение через основные единицы Площадь квадратный метр m 2 м 2 L 2 m 2 Объём кубический метр m 3 м 3 L 3 m 3 Скорость метр в секунду m/s м/с LT-1 m-1∙kg∙s-2 Плотность кубический метр на килограмм m 3/kg м 3/кг L 3 M-1 m 3∙kg-1 Наименование величины 20

ГОСТ 8. 417 -2002 ГСИ. Единицы величин Образование производных единиц величин: 2. с использованием специальных наименований и обозначений: Обозначение Наименование величины Единица измерени международно й е русско е Размерность Выражение через основные единицы Частота герц Hz Гц T-1 s-1 Сила ньютон N Н LMT-2 m∙kg∙s-2 Давление паскаль Pa Па L-1 MT-2 m-1∙kg∙s-2 Энергия, работа, джоуль количество теплоты J Дж L 2 MT-2 m 2∙kg∙s-2 Мощность ватт W Вт L 2 MT-3 m 2∙kg∙s-3 Электрический заряд кулон C Кл TI s∙A 21

ГОСТ 8. 417 -2002 ГСИ. Единицы величин Образование производных единиц величин: 3. из наименований и обозначений основных и специальных наименований и обозначений производных единиц: Обозначение Единица измерений международно е русско е Размерность Выраже-ние через основные единицы Момент силы ньютон-метр N∙m Н∙м L 2 M-2 T m 2∙kg-2∙s Теплоемкость джоуль на кельвин J/ К Дж/К L 2 MT-2 -1 m∙kg∙s-2 Напряжённость электрического поля вольт на метр V/m В/м LMT-3 I-1 m∙kg∙s-3∙A-1 Яркость кандела на квадратный метр kd/m 2 кд/м 2 L-2 J m-2∙kd Наименование величины 22

ГОСТ 8. 417 -2002 ГСИ. Единицы величин Образование производных единиц величин: 4. с использованием кратных и дольных приставок и множителей: Десятичный множитель Приставка Обозначение Десямежду- русское тичный множинародтель ное Приставка Обозначение между- русское народное 1015 пета Р П 10 -1 деци d д 1012 тера Т Т 10 -2 санти c с 109 гига G Г 10 -3 милли m м 106 мега М М 10 -6 микро μ мк 103 кило k к 10 -9 нано n н 102 гекто h г 10 -12 пико p п 101 дека da да 10 -15 фемто f ф 23

ГОСТ 8. 417 -2002 ГСИ. Единицы величин Из правил написания единиц величин: Правило Правильно Неправильно 100 к. Вт 20 °С 80 % 100 к. Вт 20°С 80% 30° 30 ° При наличии десятичной дроби в числовом значении обозначение помещают за всеми цифрами 423, 06 м 423 м, 06 Числовые значения с предельными отклонениями заключают в скобки, а обозначения единиц помещают за скобками (100, 0 ± 0, 1) кг 100, 0 ± 0, 1 кг Между последней цифрой числа и обозначением единицы оставляют пробел Исключения составляют обозначения в виде знака, поднятого над строкой, перед которым пробел не оставляют 24

основных единиц физических величин), так и в выборе их размера. По этой причине, определяя основные величины и их единицы, системы единиц физических величин могут быть построены самые разные. К этому следует добавить, что и производные единицы физических величин также могут определяться по-разному. Сказанное означает, что систем единиц может быть построено очень много. Остановимся на общих чертах всех систем.

Основная общая черта - четкое определение сущности и физического смысла основных физических единиц и величин системы. Желательно, но, как указывалось в предыдущем разделе, необязательно, чтобы основная физическая величина могла быть воспроизведена с высокой точностью и могла быть передана средством измерения с минимальной потерей точности.

Следующий важный в построении системы шаг - установить размер основных единиц, т. е. договориться и законодательно закрепить процедуру воспроизведения основной единицы.

Поскольку все физические явления связаны между собой законами, записываемыми в виде уравнений, выражающими связь между физическими величинами, при установлении производных единиц, нужно выбрать определяющее соотношение для производной величины. Затем в таком выражении следует приравнять единице или другому постоянному числу коэффициент пропорциональности, входящий в определяющее соотношение. Таким образом, образуется производная единица, которой можно дать следующее определение: «Производная единица физической величины - единица, размер которой связывается с размерами основных единиц соотношениями, выражающими физические законы, или определениями соответствующих величин».

При построении системы единиц, состоящей из основных и производных единиц, следует подчеркнуть два наиболее важных момента:

Первое - разделение единиц физических величин на основные и производные не означает, что первые имеют какое-либо преимущество или более важны, чем последние. В разных системах основными могут быть различные единицы, и число основных единиц в системе также может быть разным.

Второе - следует отличать уравнения связи между величинами и уравнения связи между их числовым и значения ми. Уравнения связи представляют собой соотношения в общем виде, не зависящие от единиц. Уравнения связи между числовыми значениями могут иметь различный вид в зависимости от выбранных единиц для каждой из величин. Например если выбрать в качестве основных величин метр, килограмм массы и секунду, то соотношения между механическими производными единицами, такими как сила, работа, энергия, скорость и т. д., будут отличаться от таковых, если основными единицами будут выбраны сантиметр, грамм, секунда или метр, тонна, секунда.

Характеризуя различные системы единиц физических величин, вспомним, что первый шаг в построении систем был связан с попыткой связать основные единицы с величинами, встречающимися в природе. Так, в эпоху Великой французской революции в 1790-1791 гг. было предложено единицей длины считать одну сорокамиллионную долю земного меридиана. В 1799 г. эта единица была узаконена в виде прототипа метра - специальной платино-иридиевой линейки с делениями. Одновременно был определен килограмм как вес одного кубического дециметра воды при 4°С. Для хранения килограмма была изготовлена образцовая гиря - прототип килограмма. В качестве единицы времени была узаконена 1/86400 доля средних солнечных суток.

В дальнейшем от естественного воспроизведения этих величин пришлось отказаться, поскольку процесс воспроизведения связан с большими погрешностями. Указанные единицы были закреплены законодательно по характеристикам их прототипов, а именно:

Эта основа всех современных систем единиц физических величин сохранилась до настоящего времени. К механическим основным единицам добавлялись тепловые (Кельвин), электрические (Ампер), оптические (кандела), химические (моль), но основа сохранилась до сих пор. Следует добавить, что развитие измерительной техники и в особенности открытие и внедрение лазеров в измерения позволили найти и узаконить новые, очень точные способы воспроизведения основных единиц физических величин. На таких моментах мы остановимся в следующих разделах, посвященных отдельным видам измерений.

Здесь же кратко перечислим наиболее употребительные в естествознании XX века системы единиц, часть из которых существует до сих пор в виде внесистемных или жаргонных единиц.

На территории Европы за последние десятилетия широко применялись три системы единиц: СГС (сантиметр, грамм, секунда), МКГСС (метр, килограмм-сила, секунда) и система СИ, являющаяся основной международной системой и предпочтительной на территории бывшего СССР «во всех областях науки, техники и народного хозяйства, а также при преподавании».

Последняя цитата, взятая в кавычки, приведена из государственного стандарта СССР ГОСТ 9867-61 «Международная система единиц», введенного в действие с 1 января 1963 г. Подробнее на этой системе мы остановимся в следующем параграфе. Здесь лишь укажем, что основными механическими единицами в системе СИ являются метр, килограмм-масса и секунда.

Система СГС существует более ста лет и очень удобна в некоторых научных и инженерных областях. Основным достоинством системы СГС является логичность и последовательность ее построения. При описании электромагнитных явлений присутствует только одна константа - скорость света. Эта система была разработана в период с 1861 по 1870 гг. Комитетом по электрическим эталонам Британии. Основана система СГС была на системе единиц немецкого математика Гаусса, который предложил метод построения системы, основанной на трех основных единицах - длины, массы и времени. Система Гаусса использовала миллиметр, миллиграмм и секунду.

Для электрических и магнитных величин были предложены два различных варианта системы СГС - абсолютная электростатическая система СГСЭ и абсолютная электромагнитная система СГСМ. Всего в развитии системы СГС существовало семь различных систем, имевших в составе основных единиц сантиметр, грамм и секунду.

В конце прошлого века появилась система МКГСС , основными единицами в которой являлись метр, килограмм-сила и секунда. Эта система получила широкое распространение в прикладной механике, в теплотехнике и родственных областях. У этой системы много недостатков, начиная с путаницы в названиях основной единицы - килограмма, означавшего килограмм-силу в отличие от широко используемого килограмма-массы. Для единицы массы в системе МКГСС не нашлось даже названия и ее обозначали как т. е. м. (техническая единица массы). Тем не менее система МКГСС частично используется до сих пор хотя бы в определении мощности двигателей в лошадиных силах. - мощность, равная 75 кгс м/с -до сих пор используется в технике как жаргонная единица.

В 1919 г. во Франции была принята система МТС - метр, тонна, секунда. Эта система также первым советским стандартом на механические единицы, принятым в 1929 г.

В 1901 г. итальянский физик П. Джорджи предложил систему механических единиц, построенную на трех механических основных единицах - метре , килограмме массы и секунде . Преимуществом этой системы было то, что ее было легко связать с абсолютной практической системой электрических и магнитных единиц, т. к. единицы работы (джоуль) и мощности (ватт) в этих системах совпадали. Так была найдена возможность использовать преимущества всеобъемлющей и удобной системы СГС со стремлением «сшить» электрические и магнитные единицы с единицами механическими.

Достигнуто это было путем введения двух постоянных - электрической (ε 0) проницаемости вакуума и магнитной проницаемости вакуума (μ 0). Появляется некоторое неудобство в записи формул, описывающих силы взаимодействия покоящихся и движущихся электрических зарядов и, соответственно, в определении физического смысла этих констант. Однако эти недостатки в большой степени окупаются такими удобствами, как единство выражения энергии при описании как механических, так и электро-магнитных явлений, т. к.

1 джоуль = 1 ньютон, метр = 1 вольт, кулон = 1 ампер, вебер.

В результате поисков оптимального варианта международной системы единиц в 1948 г. IX Генеральная конференция по мерам и весам на основе опроса стран-членов Метрической конвенции приняла вариант, в котором предлагалось в качестве основных единиц принять метр, килограмм массы и секунду. Килограмм-силу и связанные с ней производные единицы предлагалось исключить из рассмотрения. Окончательное решение на основании результатов опроса 21 страны было сформулировано на Х Генеральной конференции по мерам и весам в 1954 г.

Резолюция гласила:

«В качестве основных единиц практической системы для международных сношений принять:

Позднее по настоянию химиков международная система была дополнена седьмой основной единицей количества вещества - молем.

В дальнейшем международная система СИ или в английской транскрипции Sl (System International) несколько уточнялась, например единица температуры получила название Кельвин вместо «градус Кельвина», система эталонов электрических единиц была переориентирована с Ампера на Вольт, поскольку был создан эталон разности потенциалов на основе квантового эффекта - эффекта Джозефсона, который позволил уменьшить погрешность воспроизведения единицы разности потенциалов - Вольта -более чем на порядок. В 1983 г. на XVIII Генеральной конференции по мерам и весам было принято новое определение метра. По новому определению метр представляет собой расстояние, проходимое светом за 1/2997925 долю секунды. Такое определение, точнее переопределение, понадобилось в связи с внедрением в эталонную технику лазеров. Следует сразу указать, что размер единицы, в данном случае метра, не изменяется. Изменяются только методы и средства ее воспроизведения, отличающиеся меньшей погрешностью (большей точностью).

Для количественного оценивания и описания различных свойств и процессов вводятся физические величины.

Физическая величина (ФВ) – свойство общее в качественном отношении для многих физических объектов, но индивидуальное в количественном отношении для каждого из них.

Единица физической величины - физическая величина фиксированного размера, которой условно присвоено числовое значение, равное 1, и применяемая для количественного выражения однородных с ней физических величин.

Чтобы упорядочить всю совокупность используемых единиц физических величин, необходимо систематизировать применяемые физические величины, т.е. создать систему физических величин. Затем на базе системы физических величин строится система единиц физических величин.

Система физических величин - совокупность физических величин, образованная в соответствии с принятыми принципами, когда одни величины принимают за независимые, а другие определяют как функции независимых величин.

Основная ФВ - ФВ. входящая в систему величин и условно принятая в качестве независимой от других величин этой системы.

Производная ФВ – ФВ, входящая в систему величин и определяемая через основные величины этой системы.

Связь между различными физическими величинами выражается уравнениями связи. Различают два вида таких уравнений: уравнения связи между величинами и уравнения связи между числовыми значениями. Уравнение, связи между величинами - уравнение, отражающее связь между величинами, обусловленную законами природы, в котором под буквенными символами понимают соответствующие физические величины. Такие уравнения представляют собой соотношения в общем виде, который не зависит от единиц измерения. Уравнение связи между числовыми значениями - уравнение, отражающее связь между величинами, обусловленную законами природы, в котором под буквенными символами понимают значения соответствующих физических величин.

Система единиц физических величин - совокупность основных и производных единиц физических величин, образованная в соответствии с принципами для заданной системы физических величин.

Основная единица системы единиц физических величин - единица основной ФВ в данной системе единиц.

Производная единица системы единиц физических величин – единица производной ФВ системы единиц, образованная в соответствии с уравнением, связывающим ее с основными единицами или с основными и уже определенными производными.

Построение систем единиц физических величин

Для построения системы единиц следует выбрать несколько основных единиц и установить с помощью определяющих уравнений (уравнений связи между числовыми значениями) производные единицы всех остальных интересующих нас величин.

Основное требование, которое предъявляется к системе единиц заключается в том, что система должна быть как можно более удобной для практических целей. В этом отношении число основных единиц не может быть произвольным. Здесь нужно иметь в виду следующее. Целесообразно строить системы единиц, пригодные для различных областей науки и техники, в которых число основных единиц составляет пять-семь. К таким системам единиц относятся Международная система единиц SI и с некоторыми дополнениями СГС.

В универсальной системе единиц, которая пригодна для различных измерений в науке и технике, величины, единицы которых принимаются за основные, должны отражать наиболее общие свойства материи. Число основных единиц такой системы достигло в настоящее время семи - это единицы длины, массы, времени, температуры, силы тока, силы света и количества вещества.

Выбрав основные единицы, нужно определиться с их размерами.

Размер единицы ФВ - количественная определенность единицы ФВ, воспроизводимой или хранимой средством измерений.

Основные единицы устанавливаются двумя способами: по прототипам и по измерению естественных величин. Первый способ основан на установлении единицы с помощью некоторого тела (гиря, линейка). Второй способ предполагает проведение некоторой процедуры измерения.

На протяжении развития человечество пользовались разными системами.

1. 1791 г. Национальное собрание Франции приняли матричную систему мер . Она включала в себя ед.длины, площади, объема, веса, в основу которых были положены две единицы: м, кг.

2. Понятие системы единиц как совокупности основных и производных величин впервые предложено немецким ученым Гауссом в 1832г . В качестве основных в этой системе были приняты: единица длины – мм, единица массы – мг, единица времени – с. Эту систему единиц назвали абсолютной.

3. В 1881г. была принята система единиц физических величин СГС . Это система механических единиц. Она была построена с использованием системы уравнений классической механики. Основными единицами которой были: см – единица длины, г – единица массы, с– единица времени. Производными единицами считались единица силы – дина и единица работы – эрг. В состав СГС также включались 2 дополнительные единицы: для плоского угла – радиан; для телесного угла - стерадиан. В системе есть одна константа – скорость света.

Итальянский ученый Джорджи предложил еще одну систему единиц, получившую название МКСА и довольно широко распространившуюся в мире. Это система единиц электрических и магнитных величин. Основные единицы: м, кг, с, А, а производные: единица силы – Н, единица энергии – Дж, единица мощности – Вт. МКСА входит как составная часть в международную систему единиц СИ.

4. МКГСС – система единиц измерения, в которой основными единицами являются м, кгс и с. Система МКГСС частично используется до сих пор хотя бы в определении мощности двигателей в лошадиных силах (Лошадиная сила – мощность = 75 кгс м/с)

5. Система МТС – система механических единиц. В качестве основных единиц выбраны: метр (единица длины), тонна (единица массы), секунда (единица времени). Единица массы – тонна - оказалась наиболее удобной в ряде отраслей, имеющих дело с большими массами. Однако размер производных единиц большинства ФВ оказался неудобным для практики и систему отменили.

Наиболее широко распространена во всем мире Международная система единиц СИ. Международная система единиц СИ принята генеральной конференцией по мерам и весам в 1960 г. Её достоинствами являются:

Универсальность

Возможность воспроизведения единиц с высокой точностью соответствия с их определение и наименьшей погрешностью

Унификация всех областей и видов измерений

Упрощение записи формул и уменьшение числа допускаемых единиц

Единая система образования кратных и дольных единиц, имеющих собственное наименование. В основе системы СИ выбрано 7 основных и 2 дополнительных физических единиц (метр, кг, секунда, ампер, кельвин, моль, кандела) дополнительные (радиан, стерадиан)

Лекция 1

Вводное занятие. Предмет «метрология», задачи, принципы, объекты и средства метрологии, стандартизации и сертификации. Закон РФ «Об обеспечении единства измерений». Международные организации по метрологии .

Слово метрология образовано из двух греческих слов метрон (мера) и логос (учение, умение) и означает - 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.

Долгое время метрология была в основном описатель­ной наукой о различных мерах и соотношениях между ними. Но в процессе развития общества роль измере­ний возрастала, и с конца прошлого века благодаря прогрессу физики метрология поднялась на качественно новый уровень.

Сегодня метрология - это не только наука об измерени­ях, но и деятельность, предусматривающая изучение физи­ческих величин, их воспроизведение и передачу, примене­ние эталонов, основных принципов и методов создания средств измерений, оценку их погрешности, а также метро­логический контроль и надзор.

Цель метрологии заключается в обеспечении единства измерений, т.е. сопоставимости и согласуемости их резуль­татов, причем независимо от того, где, когда и кем были эти результаты получены.

Поскольку по результатам измерений принимаются ответ­ственные решения, то должна быть обеспечена соответству­ющая точность, достоверность и своевременность измерений.

Можно выделить три главные функции измерений в на­родном хозяйстве:

1) учет продукции народного хозяйства, исчисляющейся по массе, длине, объему, расходу, мощности, энергии;

2) измерения, проводимые для контроля и регулирования технологических процессов и для обеспечения нормального функционирования транспорта и связи;

3) измерения физических величин, технических парамет­ров, состава и свойств веществ, проводимые при научных исследованиях, испытаниях и контроле продукции в различ­ных отраслях народного хозяйства.

Значимость измерений особенно важна при переходе к рыночным отношениям, связанным с конкуренцией произво­дителей и соответственно с повышенными требованиями к качеству и техническим параметрам продукции. Повышение качества измерений и внедрение новых методов измерений зависят от уровня развития метрологии.

Основными задачами метрологии являются;

· обеспечение исследований, производства и экс­плуатации технических устройств;

· контроль за состоянием окружающей среды;

· обеспечение учреждений организаций соответствующими средствами измерений.

Метрологию подразделяют на

· общую - теоретическую и экспериментальную;

· прикладную (практическую);

· законодательную.

Теоретическая метрология занимается вопросами фун­даментальных исследований, созданием системы единиц из­мерений, физических постоянных, разработкой новых мето­дов измерений.

Экспериментальная метрология - вопросами созда­ния эталонов, образцов мер, разработкой новых измеритель­ных приборов, устройств и информационных систем.

Прикладная (практическая) метрология занимается вопросами практического применения в различных сферах деятельности результатов теоретических исследований в рамках метрологии.

Законодательная метрология включает комплекс взаи­мосвязанных и взаимообусловленных общих правил, а также другие вопросы, регламентация и контроль которых необхо­димы со стороны государства и для обеспечения единства из­мерений и единообразия системы измерений.

Метрологическая служба - совокупность субъектов деятельности и видов работ, направленных на обеспечение единства измерений.

Закон определяет, что Государственная метрологическая служба находится в ведении Госстандарта России и включает: государствен­ные научные метрологические центры; органы Государственной мет­рологической службы на территории республик в составе Россий­ской Федерации, автономной области, автономных округов, краев, областей, городов Москвы и Санкт-Петербурга.

Госстандарт России осуществляет руководство Государственной службой времени и частоты и определения параметров вращения Зем­ли (ГСВЧ), Государственной службой стандартных образцов состава и свойств веществ и материалов (ГССО) и Государственной службой стандартных справочных данных о физических константах и свойствах веществ и материалов (ГСССД) и координацию их деятельности.

Объектами государственного надзора являются:

1. нормативные документы по стандартизации и техническая документация;

2. продук­ция, процессы и услуги;

3. иные объекты в соответствии с действую­щим законодательством о государственном надзоре.

В 1993 г. был принят «Закон Российской Федерации об обеспе­чении единства измерений», который устанавливает правовые ос­новы обеспечения единства измерений в Российской Федерации. Закон регулирует отношения государственных органов управления Российской Федерации с юридическими и физическими лицами по вопросам изготовления, выпуска, эксплуатации, ремонта, про­дажи и импорта средств измерений и направлен на защиту прав и законных интересов граждан, установленного правопорядка и экономики Российской Федерации от отрицательных послед­ствий недостоверных результатов измерений.

Закон «Об обеспечении единства измерений» состоит из семи разделов: общие положения; единицы величин, средства и методи­ки выполнения измерений; метрологические службы; государствен­ный метрологический контроль и надзор; калибровка и сертификация средств измерений; ответственность за нарушение закона и финансирование работ по обеспечению единства измерений.

В первом разделе Закон «Об обеспечении единства измерений» устанавливает и законодательно закрепляет основные понятия, при­нимаемые для целей Закона: единство измерений, средство измере­ний, государственный эталон единицы величины, нормативные до­кументы по обеспечению единства измерений, метрологическая служ­ба, метрологический контроль и надзор, поверка и калибровка средств измерений, сертификат об утверждении типа средств измерений, аккредитация на право поверки средств измерений и сертификат о калибровке. В первой статье закона дается следующее определение понятия «единство измерений».

единство измерений - состояние измерений, при котором их резуль­таты выражены в узаконенных единицах величин и погрешности измере­ний не выходят за установленные границы с заданной вероятностью.

Понятие «единство измерений» охватывает важнейшие задачи метрологии: унификацию единиц, разработку систем воспроизведе­ния единиц и передачи их размеров рабочим средствам измерений с установленной точностью, проведение измерений с погрешнос­тью, не превышающей установленные пределы, и др. Единство из­мерений должно выдерживаться при любой точности измерений, необходимой отрасли экономики.

Обеспечение единства измерений является задачей метрологических служб.

Комплекс нормативных, нормативно-технических и методических документов межотраслевого уровня, ус­танавливающих правила, нормы, требования, направ­ленные на достижение и поддержание единства измерений в стране при требуемой точности, составляет государствен­ную систему обеспечения единства измерений (ГСИ).

В ГСИ выделяются базовые стандарты, устанавливающие общие требования, правила и нормы, а также стандарты, ох­ватывающие конкретную область или вид измерений.

К основополагающим базовым стандартам относятся, например, ГОСТ 8.417 «ГСИ. Единицы физических ве­личин», ГОСТ 16363 «Метрология. Термины и опреде­ления». Базовые стандарты можно подразделить на группы в зависимости от объекта стандартизации:

· эталоны единиц физических величин;

· передача информации о размере единицы от этало­нов к средствам измерений;

· порядок нормирования метрологических характери­стик средств измерений;

· правила выполнения и оформления результатов изме­рений;

· единообразие средств измерений;

· метрологический надзор за разработкой, состоянием и применением средств измерений;

· государственная служба стандартных справочных данных.

В настоящее время нормативная база ГС И насчиты­вает более 2600 документов, в том числе 388 ГОСТов, около 2000 методических указаний метрологических институтов, 77 руководящих документов и 87 инструкций.

Сеть организаций, на которые возложена ответственность за метрологическое обеспечение измерений, составляет мет­рологическую службу. Различают два уровня метрологиче­ской службы - государственную метрологическую службу и метрологические службы юридических лиц (предприятий и объединений).

В состав государственной службы входят территориаль­ные органы и государственные научные метрологические центры (НИИ Госстандарта России). В структуру государ­ственной метрологической службы включены также специа­лизированные службы: государственная служба времени и частоты - ГСВЧ, государственная служба стандартных об­разцов - ГССО, государственная служба стандартных спра­вочных данных - ГСССД.

К основным видам метрологической деятельности от­носятся метрологическое обеспечение подготовки производства, государственные испытания средств измерений, поверка средств измерений.

Метрологическое обеспечение подготовки производ­ства - это комплекс организационно-технических меро­приятий, направленных на определение с требуемой точно­стью параметров продукции (изделий, узлов, материалов) и сырья, технологических процессов и оборудования и позволяющих добиться высокого качества выпускаемой продукции, а также снижения непроизводительных затрат на ее выпуск.

Работы по метрологическому обеспечению подготовки производства выполняют метрологические, конструкторские, технологические службы предприятий с момента получения исходных документов на осваиваемое изделие.

Испытания средств измерений проводятся государствен­ными научными центрами Госстандарта России.

В состав комиссии входят представители:

· государственного центра испытаний средств изме­рений;

· заказчика средств измерений;

· ведомственной метрологической службы;

· организации-разработчика;

· производителя средств измерений.

В случае успешного испытания средства измерений, в ре­зультате которого подтверждены все параметры и характери­стики средств измерений, документация предоставляется в Госстандарт России и принимается решение об утверждении типа средства измерений. Это решение удостоверяется сер­тификатом об утверждении типа средств измерений. Утвер­жденный тип заносится в государственный реестр средств измерений.

Государственный метрологический контроль и надзор является технической и правовой деятельностью, осуществ­ляемой органами государственной метрологической службы в целях проверки соблюдения правил законодательной мет­рологии - Закона РФ «Об обеспечении единства измерений», нормативных актов по вопросам метрологии.

К объектам государственного метрологического контро­ля и надзора относятся :

· средства измерений;

· эталоны, применяемые для поверки средств измерений;

· методики выполнения измерений;

· количество фасованных товаров в упаковках любого вида при их продаже и расфасовке.

Государственный метрологический контроль (ГМК) рас­пространяется:

1. на здравоохранение, ветеринарию, охрану окружа­ющей среды, обеспечение безопасности;

2. торговые операции и взаимные расчеты между поку­пателем и продавцом;

3. государственные учетные операции;

4. обеспечение обороны;

5. геодезические и гидрометеорологические работы;

6. банковские, налоговые, таможенные и почтовые опе­рации;

7. продукцию, поставляемую по государственным кон­трактам;

8. испытания и контроль качества продукции на соот­ветствие обязательным требованиям стандартов и при обязательной сертификации продукции;

9. измерения, проводимые по поручению органов суда, прокуратуры, арбитража, других органов государ­ственного управления;

10. регистрацию национальных и международных спор­тивных рекордов.

Характеристика видов государственного метро­логического контроля и надзора. Государственный метрологический контроль и надзор включает:

1. государственный метрологический надзор за коли­чеством товаров, отчуждаемых при совершении тор­говых операций; за количеством фасованных то­варов в упаковках любого вида при их расфасовке и продаже;

2. поверку средств измерений, в том числе эталонов;

3. утверждение типа средств измерений;

лицензирование деятельности юридических и физи­ческих лиц по изготовлению, ремонту, продаже, про­кату средств измерений. Государственному метрологическому контролю подлежат торговые операции, при совершении которых определяется масса, объем, расход и другие величины, характеризующие количество отчуждаемых товаров.

Государственному метрологическому надзору в сфере банковских операций подлежат средства измерения для иден­тификации ценных бумаг и валют (например, детекторы ва­лют, счетчики банкнот), электронных подписей, залоговых ценностей. Принимая на депозитное хранение такие ценно­сти, как, например, благородные металлы, драгоценные кам­ни, банки должны обеспечить измерение их количества и состава с требуемой точностью.

Государственному метрологическому надзору подлежат фасованные товары в упаковках любого вида при их прода­же или расфасовке, в случаях, когда содержимое упаковки не может быть изменено без ее вскрытия или деформации, а количество содержимого указано нанесенным на упаковку значением массы. При проведении надзора проверяют соот­ветствие действительного значения массы, объема и других величин количеству фактически содержащегося в упаковке товара и нанесенному на упаковку значению.

Средства измерений, используемые в указанных сферах государственного метрологического контроля и надзора, под­лежат поверке органами государственной метрологической службы при выпуске и после ремонта, при эксплуатации и продаже, ввозе по импорту. Поверку средств измерений осу­ществляют лица, аттестованные в качестве поверителей в органах государственной метрологической службы. Положи­тельные результаты поверки средств измерений удостоверя­ют знаком поверительного клейма или сертификатом о по­верке. Знак поверительного клейма наносят на средства измерений и в эксплуатационную документацию, а в случае выдачи сертификата о поверке - на сертификат. Если знак поверительного клейма поврежден, а также если сертифи­кат утрачен, средство измерений признается непригодным к применению.

Средства измерений, предназначенные для выпуска или ввоза по импорту, подвергаются обязательным испытаниям с последующим утверждением типа. Решение об утвержде­нии типа средства измерений принимается Госстандартом России и удостоверяется сертификатом. Утвержденный тип вносится в Государственный реестр средств измерений. В необходимых случаях тип средства измерений подверга­ется также обязательной сертификации на безопасность применения в соответствии с законодательством о защите здоровья, жизни и имущества граждан, охране труда и ок­ружающей среды.

Организация государственного метрологическо­го контроля и надзора. Контроль и надзор осущест­вляются государственными инспекторами органов го­сударственной метрологической службы. Госинспекторы беспрепятственно посещают объекты, где эксплуатируются средства измерений, с целью их поверки, отбора образцов товара для осуществления контроля при их продаже и рас­фасовке и других видов контроля. При выявлении наруше­ния госинспектор имеет право запрещать применение средств измерения неутвержденных, а также неповеренных типов; гасить клейма или аннулировать сертификат о поверке, в слу­чаях когда средство измерений дает неправильные показа­ния или просрочен межповерочный интервал; давать обя­зательные предписания и устанавливать сроки устранения нарушения метрологических правил; составлять протоколы об административной ответственности нарушителей метро­логических правил для принятия решений о применении сан­кций.

Юридические и физические лица обязаны оказывать со­действие инспектору в выполнении возложенных на него обязанностей. Лица, препятствующие осуществлению госу­дарственного метрологического контроля и надзора, несут ответственность в соответствии с действующим законода­тельством.

В соответствии с действующим законодательством за нарушение правил законодательной метрологии предусмотре­ны административная и уголовная ответственность, эконо­мические санкции.

Административную ответственность за нарушение правил несут руководители и должностные лица юри­дических лиц, а также физические лица, по вине кото­рых были допущены нарушения. Административные взыска­ния налагаются в виде штрафа. Основанием для взыскания служат несоблюдение правил метрологии при продаже и рас­фасовке товаров в упаковки, несоблюдение правил поверки средств измерений, воспрепятствование осуществлению мет­рологического контроля и надзора уполномоченными на то органами.

Уголовная ответственность наступает в случае приме­нения неповеренных или иных непригодных средств измерений в розничной торговой сети или сфере об­щественного питания, здравоохранения, охраны окружа­ющей среды, обеспечения безопасности. В зависимости от степени нарушения метрологических правил предусматри­ваются крупный штраф, исправительные работы, лишение права занимать должности, связанные с измерением, лише­ние свободы. Экономические санкции применяются, как пра­вило, к юридическим лицам. Размер санкций определяется действующим законодательством.

Международная организация мер и весов (МОМВ) обеспечи­вает хранение и поддержание международных эталонов различных единиц и сличение с ними государственных эталонов и состоит из Генеральной конференции мер и весов, Международного комитета по мерам и весам, Международного бюро мер и весов (МБМВ).

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, направлен­ных на обеспечение единства измерений и единообразия средств измерений. Для единообразия в единицах измерений в 1978 г. был утвержден Международный стандарт «Единицы физических вели­чин» (СИ), который введен с 1 января 1979 г. как обязательный во всех областях народного хозяйства, науки, техники и при препо­давании.

Основные понятия и определения принятые в метрологии. Физические величины. Типы шкал. Понятия о системе физических величин.

Основные термины и определения сформулированы в ряде нормативно-технических документов.

Физическая величина - свойство физического объекта, явления или процесса, общее в качественном отношении для многих физических объектов, но в ко­личественном выражении индивидуальное для каждого из них, например длина, масса, электрическое сопротивление.

Измерение - совокупность операций по применению технического средства, хранящего единицу физической величины, заключающихся в сравнении измеряемой ве­личины с единицей.

Диапазон измерений - область значений величин, в пределах которых нормированы допускаемые пре­делы погрешности. Значения величины, ограничива­ющие диапазон измерений снизу или сверху (слева или спра­ва), называют нижним пределом или верхним пределом измерений.

Порог чувствительности - наименьшее значение измеряемой величины, которое вызывает заметное из­менение выходного сигнала. Например, если порог чувствительности весов равен $Q mi» to это означает, что за­метное перемещение стрелки весов достигается при таком малом изменении массы, как 10 мг.

ШКАЛЫ ИЗМЕРЕНИЙ

Шкала измерений - это упорядоченная совокупность зна­чений физической величины, служащих основой для изме­рения данной величины. Упорядочение значений физиче­ской величины может быть достигнуто разными способами.

Шкала наименований характеризуется только отно­шением эквивалентности различных качественных проявлений свойства. Эти шкалы не имеют нулевой от­метки, единиц измерения, в них нет отношений сопоставле­ния типа больше, меньше, лучше, хуже и т.д. Например, в шкале цветов процесс измерений достигается определением эквивалентности при визуальном наблюдении испытуемого образца с одним из эталонов, входящих в атлас цветов.

Простейший способ получения информации, позволя­ющий составить некоторое представление о размере изме­ряемой величины, заключается в сравнении его с другим по принципу «что больше (меньше)?», или «что лучше (хуже)?».

При этом число сравниваемых между собой размеров может быть достаточно большим. Расположенные в порядке возра­стания или убывания размеры измеряемых величин образу­ют шкалы порядка.

Операция расстановки размеров по их возрастанию или убыванию с целью получения измерительной информации по шкале порядка называется ранжированием . Для облегчения измерений по шкале порядка некоторые точки на ней можно зафиксировать в качестве опорных (реперных). Точкам шка­лы могут быть присвоены цифры, часто называемые балла­ми. Например, знания оценивают по четырехбалльной реперной шкале, имеющей следующий вид: неудовлетворительно, удовлетворительно, хорошо, отлично. По реперным шкалам измеряется твердость минералов, чувствительность пленок и другие величины (интенсивность землетрясений измеряется по 12-балльной шкале, называемой международной сейсми­ческой шкалой).

Шкала интервалов (разности) описывает свойства величины не только с помощью отношений эквивален­тности, но также с помощью суммирования и пропор­циональности интервалов между количественными проявле­ниями свойства. Примером может служить шкала измерения времени, которая разбита на крупные интервалы - года, на более мелкие - сутки и т.д.

По шкале интервалов можно судить не только о том, что один размер больше другого, но и о том, насколько больше. Однако по шкале интервалов нельзя оценить, во сколько раз один размер больше другого. Это обусловлено тем, что на шкале интервалов известен только масштаб, а начало отсче­та может быть выбрано произвольно.

Наиболее совершенной является шкала отношений. Примером ее может служить температурная шкала Кельви­на, шкала Цельсия, шкалы массы и т.д.

По шкале отношений можно определить не только, на сколько один размер больше другого, но и во сколько раз больше или меньше.

ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ

Основным объектом измерения в метрологии явля­ются физические величины. Физическая величина применяется для описания материальных систем, объектов, явлений, процессов, изучаемых в любых науках. Существуют основные и производные величины. В качестве основных выбирают величины, которые характеризуют фун­даментальные свойства материального мира. ГОСТ 8. 417 устанавливает семь основных физических величин: длину, массу, время, термодинамическую температуру, количество вещества, силу света, силу тока. Измеряемые величины име­ют количественную и качественную характеристики.

Формализованным отражением качественного разли­чия измеряемых величин служит их размерность. В соответствии с документами ИСО размерность обо­значается символом dim (от лат. dimension - измерение).

Размерность основных физических величин - длины, массы, времени - обозначается соответствующими заглав­ными буквами:

dim t = Т.

Размерность физической величины записывается в виде произведения символов соответствующих основных физи­ческих величин, возведенных в определенную степень - показатель размерности:

где L, М, Т - размерности основных физических величин;

Показатели размерности (показатели степени, в кото­рую возведены размерности основных физических ве­личин).

Например: размерность ускорения - м/с 2

Каждый показатель размерности может быть положи­тельным или отрицательным, целым или дробным, нулем. Если все показатели размерности равны нулю, то величина назы­вается безразмерной.

Количественной характеристикой измеряемой величины служит ее размер. Получение информации о размере физи­ческой величины является содержанием любого измерения.

Значение измеряемой величины - оценка размера фи­зической величины в виде некоторого числа принятых для нее единиц.

Например: L = 1 м = 100 см = 1000 мм.

Входящее в него отвлеченное число называется числовым значением. В приведенном примере это 1, 100, 1000.

Значение физической величины получают в результате ее измерения или вычисления в соответствии с основным уравнением измерения:

где Q - значение физической величины;

X - числовое значение измеряемой величины в принятой еди­нице; [Q] - выбранная для измерения единица.

Допустим, измеряется длина отрезка прямой в 10 см с помощью линейки, имеющей деления в сантиметрах и милли­метрах. Для данного случая:

В то же время применение различных единиц (1 см и 1 мм) привело к изменению числового значения результата изме­рений.

Принципы построения Международной системы единиц. Преимущества СИ .

Единица физической величины - это физическая вели­чина, которой по определению присвоено числовое зна­чение, равное единице (1 м, 1 фунт, 1 см). Система единиц физических величин - совокупность основных и производных единиц, относящихся к некоторой системе величин и образованная в соответствии с приняты­ми принципами.

В России, как практически во всех странах мира, действу­ет Международная система единиц, основными физически­ми величинами которой являются метр, килограмм, секунда, ампер, кандела, кельвин, моль. Международная система была утверждена в 1960 г. на XI конференции мер и весов.

Единицы физических величин международной системы физических величин образуются на основе законов, устанав­ливающих связь между физическими величинами, или на ос­новании принятых в определенных НИИ физических величин.

Для единообразия в единицах измерений в 1978 г. был утвержден Международный стандарт «Единицы физических вели­чин» (СИ), который введен с 1 января 1979 г. как обязательный во всех областях народного хозяйства, науки, техники и при препо­давании.

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; ампер (А) - для изме­рения силы электрического тока; Кельвин (К) - для измерения тем­пературы; кандела (свеча) кд - для измерения силы света, моль - для измерения количества вещества.

До 1960 г. за международный эталон и национальный эталон длины 1 м принималось расстояние между серединами двух штри­хов на бруске Х-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.

Принципы построения Международной системы единиц

Первая система единиц физических величин, хотя она и не яв­лялась еще системой единиц в современном понимании, была при­нята Национальным собранием Франции в 1791 г. Она включала в себя единицы длины, площади, объема, вместимости и массы, ос­новными из которых были две единицы: метр и килограмм.

Систему единиц как совокупности основных и производных единиц впервые в 1832 г. предложил немецкий ученый К. Гаусс. Он построил систему единиц, где за основу принял единицы длины (миллиметр), массы (миллиграмм) и времени (секунда), и назвал ее абсолютной систем

Единица длины (метр) - длина пути, проходимого светом в ваку­уме за 1/299 792 458 долю секунды.

Единица массы (килограмм) - масса, равная массе международ­ного прототипа килограмма.

Билет №2

Государственный стандарт ""Метрология. Термины и определения"". ГОСТ 16263-70. Основные метрологические понятия.

Измерение – процесс нахождения значения искомой физической величины с помощью специальных технических средств.

Средства измерения – специальное техническое средство, используемое при измерениях и имеющее нормированные метрологические свойства.

Эталон – средство измерения, предназначенное для воспроизведения и хранения единицы физической величины с целью передачи ее размера нижестоящим по поверочной схеме средствам измерения и официально утвержденное в установленном порядке в качестве эталона.

Государственный эталон – первичный или специальный эталон, принятый и утвержденный в качестве исходного для страны.

Поверка – определение погрешности средств измерения органами государственной метрологической службы с целью определения пригодности его к дальнейшему использованию.

Калибровка – совокупность операций, выполняемых с целью определения и подтверждения метрологических характеристик с.и. Эти с.и. не подлежат государственному метрологическому контролю и надзору.

Метрологическая служба. Цели и задачи. Структура службы.

Важнейшие задачи ГМС : надзор за состоянием и применением средств измерения (с.и.), аттестованными методами выполнения измерений, эталонами единиц, соблюдением метрологических правил и норм, нормативными документами (НД) по обеспечению единства измерений.

Госстандарт России: ВНИИ, НПО(научно-производственное объединение), ТОГостРФ – центры стандартизации и метрологии, МС всех организаций и предприятий.

Билет №3

Определение понятия ""Единица физической величины"". Классификация единиц ф.в.: основные и производные, системная и внесистемная, кратные и дольные, когерентные и некогерентные.

Единица физической величины – ф.в., которой по определению присвоено числовое значение, равное единице.

Физическая величина – свойство, в качественном отношении присущее многим физическим объектам, но количественно индивидуально для каждого.

Основная единица ф.в. – единица основной ф.в., выбранная произвольно при построении системы единиц.

Основная ф.в. – ф.в., входящая в систему и условно принятая в качестве независимой от других величин системы.

Система ф.в. – совокупность ф.в., связанных между собой зависимостями.

Производная единица ф.в. – единица производной ф.в., образуемая по определяющему эту единицу уравнению из других единиц системы.

Производная ф.в. - ф.в., входящая в систему и определяемая через основные величины этой системы.

Системная единица ф.в. – основная или производная единица системы единиц.

Внесистемная единица ф.в. – единица, которая не входит ни в одну систему единиц.

Система единиц ф.в. – совокупность основных и производных единиц, относящаяся к некоторой системе величин и образованная в соответствии с принятыми принципами.

Кратная единица ф.в. – единица, в целое число раз большая системной или внесистемной единицы.

Дольная единица ф.в . – единица, в целое число раз меньшая системной или внесистемной единицы.

Когерентная производная единица ф.в. – производная единица, связанная с другими единицами системы уравнения, в котором коэффициент пропорциональности принят равным единице.

Структура органов и служб стандартизации.

Госстандарт: ВНИИ, НПО, Территориальные органы – центры стандартизации и метрологии, метрологические службы службы организаций и предприятий.

Билет №4

Система единиц физических величин. Принципы построения.

1) Метод построения системы не связан с когерентными размерами основных единиц. Устанавливаются или выбираются величины, единицы которых должны стать основой системы. Размеры производных зависят от размеров основных.

2) В принципе построение системы единиц возможно для любых величин, между которыми имеется связь, выраженная математической формулой в виде уравнения.

3) Выбор величин, единица которых должны стать основными ограничивается соображением рациональности (выбор минимального числа основных единиц, который позволил бы образовать максимально большее число производных единиц).

4) Система должна быть когерентна, т.е. во всех формулах, определяющих производные единицы в зависимости от основных, коэффициент пропорциональности всегда равен единице.

Закон РФ "О сертификации". Основные положения.

Регламент - документ, содержащий обязательные правовые нормы, принятые органом власти.

Метод испытаний - установленный порядок проведения испытаний.

Технический контроль - проверка соответствия объекта установленным техническим требованиям.

Испытание - экспериментальное установление количественных и качественных характеристик, свойств объекта в условиях эксплуатации, хранения, транспортировки при его функционировании или при моделировании воздействий или объекта.

Сертификация соответствия - действие третьей стороны, доказывающее, что обеспечивается необходимая уверенность в том, что должным образом идентифицированная продукция соответствует конкретному стандарту или н.д.

Соответствие - соблюдение всех установленных требований к продукции, процессу или услуге.

Третья сторона - лицо или орган, признаваемый независимым от участвующих сторон в рассматриваемом вопросе.

Орган по сертификации - орган, проводящий сертификацию соответствия.

Сертификат соответствия - документ, выданный по правилам системы сертификации для подтверждения соответствия сертифицированных ПРУ установленным требованиям.

Знак соответствия - зарегистрированный в установленном порядке знак, которым по правилам, установленным в данной системе сертификации, подтверждается соответствие маркированной продукции установленным требованиям.

Аккредитация - официальное признание правомочий осуществлять какую-либо деятельность (в области сертификации).

Система качества - совокупность организационной структуры, методик, процессов и ресурсов, необходимых для осуществления общего руководства качества.

Схема сертификации - состав и последовательность действий третьей стороны по проведению сертификации.

Билет №5

Международная система единиц СИ: построение и содержание. Преимущества системы СИ перед другими системами единиц.

Семь основных единиц: метр(L), килограмм(M), секунда(T), ампер(I), канделла (J), моль(N), кельвин(q).

Упрощенное вычисление и вывод многих величин, применяемых во многих науках. Является международной. 1954 – 6 основных единиц, 1971 – введен моль.