Метрическая система мер
1795 г во Франции был принят Закон о новых мерах и весах, который установил основную единицу длины – метр, равный десятимиллионной части четверти дуги меридиана, проходящего через Париж. Отсюда идет и название системы - метрическая. Были установлены и производные единицы: литр как мера вместимости жидких и сыпучих тел, грамм как единица веса (вес чистой воды при температуре 4 градуса Цельсия в объеме куба с ребром 0,01 м), ар как единица площади (площадь квадрата со стороной 10 м), стер как единица объема (куб с ребром 0,1 м) и секунда как единица времени (1/86400 часть средних солнечных суток). Позднее, в 1799 г. основной единицей массы стал килограмм и был изготовлен его платиновый прототип.
В 1875 г. была подписана Метрическая конвенция с целью обеспечения международного единства мер. В ее основу положены единицы длины и массы, а для образования кратных и дольных единиц использовалась десятичная система. Таким образом, была установлена метрическая система мер.
В настоящее время метрическая система мер принята в большинстве стран мира. Но существуют и другие системы. Например, английская система мер, в которой за основные единицы приняты фут, фунт и секунда.
- Построение систем единиц физических величин
При построении систем единиц физических величин выделяют два этапа: 1 этап– выбор основных единиц; 2 этап– образование производных единиц.
Последовательность расположения производных единиц должна удовлетворять при этом следующим условиям:
- первой должна быть величина, которая выражается только через основные величины;
- каждая последующая должна быть величиной, которая выражается только через основные и такие производные, которые ей предшествуют. Например, такая последовательность единиц: площадь, объем, плотность.
Основным принципом при построении системы единиц является удобство использования единиц в науке, промышленности, торговли. При этом руководствуются рядом правил: простотой образования производных единиц, высокой точностью воспроизведения основных и производных единиц и близостью их размеров к размерам физических величин, чаще всего встречающихся в практической деятельности. Кроме того, число основных единиц всегда стараются сделать минимальным.
- Примеры систем единиц физических величин
Система Гаусса. В качестве основных единиц в ней выбраны миллиметр, миллиграмм, секунда и построена система магнитных величин. Система получила название абсолютной. В 1851 г. Вебер распространил ее на область электрических величин. В настоящее время представляет лишь исторический интерес, т.к. единицы имеют слишком малый размер. Однако открытый Гауссом принцип лежит в основе построения современных систем единиц — это деление на основные и производные единицы.
Система СГС была принята РІ 1881 Рі. СЃ основными единицами сантиметр, грамм, секунда. Рта система СѓРґРѕР±РЅР° для физических исследований. РќР° РѕСЃРЅРѕРІРµ ее возникло семь систем электрических Рё магнитных величин. Р’ настоящее время система СГС используется РІ теоретических разделах физики Рё астрономии.
Естественная система единиц основана на физических константах. Первая такая система была предложена в 1906 г. Планком. В качестве основных единиц были выбраны: скорость света в вакууме, гравитационная постоянная, постоянные Больцмана и Планка. Преимущество этих систем – при построении физических теорий они придают физическим законам более простой вид и некоторые формулы освобождаются от числовых коэффициентов. Однако единицы физических величин имеют в них размер, неудобный для практики. Например, единица длины равна в этой системе 4,03 × 10-35 м. Кроме того, еще не достигнута такая точность измерения выбранных универсальных констант, чтобы можно было установить все производные единицы.
- Относительные и логарифмические величины и единицы
Относительные и логарифмические величины широко распространены в науке и технике, т.к. они характеризуют состав и свойства материалов, отношение энергетических величин, например, относительную плотность, относительную диэлектри-ческую проницаемость, усиление и ослабление мощности.
Относительная величина – это безразмерное отношение физической величины к одноименной физической величине, принимаемой за исходную. Например, атомные и молекулярные массы химических элементов по отношению к 1/12 массы атома углерода-12. Относительные величины могут выражаться в безразмерных единицах, в процентах, промиле (отношение равно 10-3), в миллионных долях.
Логарифмическая величина представляет собой логарифм безразмерного отношения двух одноименных физических величин. Они применяются, например, для выражения уровня звукового давления, усиления, ослабления и т.п.
Единицей логарифмической величины является бел (Р‘): 1 Р‘ = lg (P2 / P1) РїСЂРё Р2 = 10Р1, РіРґРµ Р2 Рё Р1 – одноименные величины мощности, энергии Рё С‚.Рї. Для отношения РґРІСѓС… одноименных величин, связанных СЃ силой (напряжения, давления Рё С‚.Рї.) бел определяется РїРѕ формуле:
1Р‘ = 2 lg (F2/F1) РїСЂРё F2 = 100,5 F1.
Дольной единицей от бела является децибел, равный 0,1 Б.
2.6 Международная система единиц (РЎР)
Развитие науки Рё техники РІСЃРµ настойчивее требовало унификации единиц измерений. Требовалась единая система единиц, удобная для практического применения Рё охватывающая различные области измерений. РљСЂРѕРјРµ того, РѕРЅР° должна была быть когерентной. Так как метрическая система мер широко использовалась РІ Европе СЃ начала 19 века, то РѕРЅР° была взята Р·Р° РѕСЃРЅРѕРІСѓ РїСЂРё переходе Рє единой международной системе единиц.
Р’ 1960 Рі. РҐI Генеральная конференция РїРѕ мерам Рё весам утвердила Международную систему единиц физических величин (СЂСѓСЃСЃРєРѕРµ обозначение РЎР, международное SI) РЅР° РѕСЃРЅРѕРІРµ шести основных единиц. Было принято решение:
- присвоить системе, основанной на шести основных единицах,
наименование «Международная система единиц»;
- установить международное сокращение для наименования системы - SI;
- ввести таблицу приставок для образования кратных и дольных
единиц;
- образовать 27 производных единиц, указав, что иогут быть
добавлены и другие производные единицы.
В 1971 к СРбыла добавлена седьмая основная единица - количества вещества (моль).
При построении СРисходили из следующих основных принципов:
- система базируется на основных единицах, которые являются независимыми друг от друга;
- производные единицы образуются РїРѕ простейшим уравнениям СЃРІСЏР·Рё Рё для величины каждого РІРёРґР° устанавливается только РѕРґРЅР° единица РЎР;
- система является когерентной;
- допускаются наряду с единицами СРшироко используемые на практике внесистемные единицы;
- в систему входят десятичные кратные и дольные единицы.
Преимущества РЎР:
- универсальность, т.к. она охватывает все области измерений;
- унификация единиц для всех видов измерений – применение одной единицы для данной физической величины, например, для давления, работы, энергии;
- единицы СРпо своему размеру удобны для практического применения;
- переход на нее повышает уровень точности измерений, т.к. основные единицы этой системы могут быть воспроизведены более точно, чем единицы других систем;
- это единая международная система и ее единицы распространены.
Р’ СССРМеждународная система (РЎР) была введена РІ действие ГОСТ 8.417-81. РџРѕ мере дальнейшего развития РЎР РёР· нее был исключен класс дополнительных единиц, введено РЅРѕРІРѕРµ определение метра Рё введен СЂСЏРґ РґСЂСѓРіРёС… изменений. Р’ настоящее время РІ РР¤ действует межгосударственный стандарт ГОСТ 8.417-2002, который устанавливает единицы физических величин, применяемых РІ стране. Р’ стандарте указано, что подлежат обязательному применению единицы РЎР, Р° также десятичные кратные Рё дольные этих единиц.
РљСЂРѕРјРµ того, допускается применять некоторые единицы, РЅРµ входящие РІ РЎР, Рё РёС… дольные Рё кратные единицы. Р’ стандарте указаны также внесистемные единицы Рё единицы относительных величин.
Основные единицы СРпредставлены в таблице.
Величина | Единица | |||
Наименование | Размерность | Наименование | Обозначение | |
русское | между-народн. | |||
Длина | L | метр | м | m |
Масса | M | килограмм | кг | kg |
Время | T | секунда | с | s |
Рлектрический ток | I | ампер | Рђ | A |
Термодинамическая температура | кельвин | К | K | |
Количество вещества | N | моль | моль | mol |
Сила света | J | кандела | кд | cd |
Производные единицы СРобразуются по правилам образования когерентных производных единиц (пример см. выше). Приведены примеры таких единиц и производных единиц, имеющих специальные наименования и обозначения. 21 производной единице дали наименования и обозначения по именам ученых, например, герц, ньютон, паскаль, беккерель.
Р’ отдельном разделе стандарта приведены единицы, РЅРµ входящие РІ РЎР. Рљ РЅРёРј относятся:
- Внесистемные единицы, допускаемые к применению наравне с СРиз-за их практической важности. Они разделены на области применения. Например, во всех областях применяются единицы тонна, час, минута, сутки, литр; в оптике - диоптрия, в физике - электрон-вольт и т.п.
- Некоторые относительные и логарифмические величины и их единицы. Например, процент, промилле, бел.
- Внесистемные единицы, временно допускаемые к применению. Например, морская миля, карат (0,2 г), узел, бар.
В отдельном разделе приведены правила написания обозначений единиц, использования обозначений единиц в заголовках граф таблиц и т.п.
Р’ приложениях Рє стандарту даны правила образования когерентных производных единиц РЎР, таблица соотношений некоторых внесистемных единиц СЃ единицами РЎР Рё рекомендации РїРѕ выбору десятичных кратных Рё дольных единиц.
РќРёР¶Рµ приводятся примеры некоторых производных единиц РЎР.
Единицы, в наименования которых входят наименования основных единиц. Примеры: единица площади - квадратный метр, размерность L2 , обозначение единицы м2; единица потока ионизирующих частиц - секунда в минус первой степени, размерность T-1, обозначение единицы с-1.
Единицы, имеющие специальные названия. Примеры:
сила, вес – ньютон, размерностьLMT-2, обозначение единицы Н (международное N);энергия, работа, количество теплоты – джоуль, размерность L2MT-2, обозначение Дж (J).
Единицы, наименования которых образованы с использованием специальных наименований.Примеры:
момент силы – наименование ньютон-метр, размерность L2MT-2, обозначение Н×м (N×m); удельная энергия – наименование джоуль на килограмм, размерность L2T-2, обозначение Дж/кг (J/kg).
Десятичные кратные и дольные единицыобразуются с помощью множителей и приставок, от 1024 (йотта) до 10-24 (йокто).
Присоединение Рє наименованию РґРІСѓС… Рё более приставок РїРѕРґСЂСЏРґ РЅРµ допускается, например, РЅРµ килокилограмм, Р° тонна, являющаяся внесистемной единицей, допускаемой наряду СЃ РЎР. Р’ СЃРІСЏР·Рё СЃ тем, что наименование РѕСЃРЅРѕРІРЅРѕР№ единицы массы содержит приставку кило, для образования дольных Рё кратных единиц массы используют дольную единицу - грамм Рё приставки присоединяются Рє слову «грамм» — миллиграмм, микрограмм.
Выбор кратной или дольной единицы от единицы СРдиктуется прежде всего удобством ее применения, причем, числовые значения полученных величин должны быть приемлемы на практике. Считается, что числовые значения величин легче всего воспринимаются в диапазоне от 0,1 до 1000.
В некоторых областях деятельности всегда используют одну и ту же дольную или кратную единицу, например, в чертежах в машиностроении размеры всегда выражаются в миллиметрах.
Для снижения вероятности ошибок РїСЂРё расчетах десятичные Рё кратные дольные единицы рекомендуется подставлять только РІ конечный результат, Р° РІ процессе вычислений РІСЃРµ величины выражать РІ единицах РЎР, заменяя приставки степенями числа 10.
В ГОСТ 8.417-2002 приведены правила написания обозначения единиц, основные из которых следующие.
Следует применять обозначения единиц буквами или знаками, причем устанавливается РґРІР° РІРёРґР° буквенных обозначений: международные Рё СЂСѓСЃСЃРєРёРµ. Международные обозначения пишутся РїСЂРё отношениях СЃ зарубежными странами (РґРѕРіРѕРІРѕСЂР°, поставки продукции Рё документации). РџСЂРё использовании РЅР° территории РР¤ используются СЂСѓСЃСЃРєРёРµ обозначения. РџСЂРё этом РЅР° табличках, шкалах Рё щитках средств измерений применяются только международные обозначения.
Названия единиц пишутся СЃ маленькой Р±СѓРєРІС‹, если РѕРЅРё РЅРµ стоят РІ начале предложения. Рсключение составляет градус Цельсия.
Р’ обозначениях единиц точку как знак сокращения РЅРµ ставят, печатаются РѕРЅРё прямым шрифтом. Рсключения составляют сокращения слов, которые РІС…РѕРґСЏС‚ РІ наименование единицы, РЅРѕ сами РЅРµ являются наименованиями единиц. Например, РјРј СЂС‚. СЃС‚.
Обозначения единиц применяют после числовых значений и помещают в строку с ними (без переноса на следующую строку). Между последней цифрой и обозначением следует оставлять пробел, кроме знака, поднятого над строкой.
При указании значений величин с предельными отклонениями следует заключать числовые значения в скобки и обозначения единиц помещать после скобок или проставлять их и после числового значения величины и после ее предельного отклонения.
Буквенные обозначения единиц, входящих в произведение, следует отделять точками на средней линии, как знаками умножения. Допускается отделять буквенные обозначения пробелами, если это не приводит к недоразумению. Геометрические размеры обозначаются знаком «х».
В буквенных обозначениях отношения единиц в качестве знака деления должна применяться только одна черта: косая или горизонтальная. Допускается применять обозначения единиц в виде произведения обозначений единиц, возведенных в степени.
При применении косой черты обозначения единиц в числителе и знаменателе следует помещать в одну строку, произведение обозначений в знаменателе следует заключать в скобки.
При указании производной единицы, состоящей из двух и более единиц, не допускается комбинировать буквенные обозначения и наименования единиц, т.е. для одних обозначения, для других – наименования.
Обозначения единиц, наименования которых образованы по фамилиям ученых, пишутся с прописной (заглавной) буквы.
Допускается применять обозначения единиц в пояснениях обозначений величин к формулам. Помещение обозначений единиц в одной строке с формулами, выражающими зависимости между величинами и их числовыми значениями, представленными в буквенной форме, не допускается.
В стандарте выделены единицы по областям знаний в физике и указаны рекомендованные кратные и дольные единицы. Выделено 9 областей использования единиц:
- пространство и время;
- периодические и связанные с ними явления;
- механика;
- теплота;
- электричество и магнетизм;
- свет и связанные с ним электромагнитные излучения;
- акустика;
- физическая химия и молекулярная физика;
- ионизирующие излучения.
Глава 3. Cредства измерений и их свойства
Рзмерения выполняются СЃ помощью технических средств, которые называются средствами измерений (РЎР). Разработка СРявляется задачей приборостроения. Р’ метрологии СРрассмат-риваются СЃ точки зрения РёС… единой классификации Рё выявления параметров, которые обеспечивают получение результата измерений СЃ заданной точностью. Здесь Р¶Рµ рассматриваются методы Рё средства передачи размеров единиц РѕС‚ эталонов Рє рабочим средствам измерений.
- Понятие и классификация средств измерений
Средство измерений (РЎР) – техническое средство, предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящее или хранящее единицу физической величины, размер которой принимают неизменной РІ течение известного интервала времени.
Приведенное определение выражает суть средства измерений, которое, РІРѕ-первых, хранит или РІРѕСЃРїСЂРѕРёР·РІРѕРґРёС‚ единицу, РІРѕ-вторых, эта единица неизменна. Рти важнейшие факторы Рё обуславливают возможность проведения измерений, С‚.Рµ. делают техническое средство именно средством измерений. Ртим средства измерений отличаются РѕС‚ РґСЂСѓРіРёС… технических устройств.
К средствам измерений относятся меры, измерительные: преобразователи, приборы, установки и системы.
Мера физической величины – средство измерений, предназначенное для воспроизведения и (или) хранения физической величины одного или нескольких заданных размеров, значения которых выражены в установленных единицах и известны с необходимой точностью. Примеры мер: гири, измерительные резисторы, концевые меры длины, радионуклидные источники и др.
Меры, воспроизводящие физические величины лишь одного размера, называются однозначными (гиря), нескольких размеров – многозначные (миллиметровая линейка – позволяет выражать длину как в мм, так и в см). Кроме того, существуют наборы и магазины мер, например, магазин емкостей или индуктивностей.
При измерениях с использованием мер сравнивают измеряемые величины с известными величинами, воспроизво-димыми мерами. Сравнение осуществляется разными путями, наиболее распространенным средством сравнения является компаратор, предназначенный для сличения мер однородных величин. Примером компаратора являются рычажные весы.
К мерам относятся стандартные образцы и образцовое вещество, которые представляют собой специально оформленные тела или пробы вещества определенного и строго регламентированного содержания, одно из свойств которых является величиной с известным значением. Например, образцы твердости, шероховатости.
Рзмерительный преобразователь (РРџ) -техническое средство СЃ нормативными метрологическими характеристиками, служащее для преобразования измеряемой величины РІ РґСЂСѓРіСѓСЋ величину или измерительный сигнал, удобный для обработки, хранения, индикации или передачи.Рзмерительная информация РЅР° выходе РРџ, как правило, недоступна для непосредственного восприятия наблюдателем. Хотя РРџ являются конструктивно обособленными элементами, РѕРЅРё чаще всего РІС…РѕРґСЏС‚ РІ качестве составных частей РІ более сложные измерительные РїСЂРёР±РѕСЂС‹ или установки Рё самостоятельного значения РїСЂРё проведении измерений РЅРµ имеют.
Преобразуемая величина, поступающая на измерительный преобразователь, называется входной, а результат преобразования – выходной величиной. Соотношение между ними задается функциейпреобразования, которая является его основной метрологической характеристикой.
Для непосредственного воспроизведения измеряемой величины служат первичные преобразователи, на которые непосредственно воздействует измеряемая величина и в которых происходит трансформация измеряемой величины для ее дальнейшего преобразования или индикации. Примером первичного преобразователя является термопара в цепи термоэлектрического термометра. Одним из видов первичного преобразователя является датчик– конструктивно обособленный первичный преобразова-тель, от которого поступают измерительные сигналы (он «дает» информацию). Датчик может быть вынесен на значительное расстояние от средства измерений, принимающего его сигналы. Например, датчик метеорологического зонда. В области измерений ионизирующих излучений датчиком часто называют детектор.
РџРѕ характеру преобразования РРџ РјРѕРіСѓС‚ быть аналоговыми, аналого-цифровыми (АЦП), цифро-аналоговыми (ЦАП), то есть, преобразующими цифровой сигнал РІ аналоговый или наоборот. РџСЂРё аналоговой форме представления сигнал может принимать непрерывное множество значений, то есть, РѕРЅ является непрерывной функцией измеряемой величины. Р’ цифровой (дискретной) форме РѕРЅ представляется РІ РІРёРґРµ цифровых РіСЂСѓРїРї или чисел. РџСЂРёРјРµ-рами РРџ являются измерительный трансформатор тока, термометры сопротивлений.
Рзмерительный РїСЂРёР±РѕСЂ – средство измерений, предназна-ченное для получения значений измеряемой физической величины РІ установленном диапазоне. Рзмерительный РїСЂРёР±РѕСЂ представляет измерительную информацию РІ форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем.
РџРѕ СЃРїРѕСЃРѕР±Сѓ индикации различают показывающие Рё регистрирующие РїСЂРёР±РѕСЂС‹. Регистрация может осуществляться РІ РІРёРґРµ непрерывной записи измеряемой величины или путем печатания показаний РїСЂРёР±РѕСЂР° РІ цифровой форме.
Приборы прямого действия отображают измеряемую величину на показывающем устройстве, имеющем градуировку в единицах этой величины. Например, амперметры, термометры.
Приборы сравнения предназначены для сравнения измеряемых величин с величинами, значения которых известны. Такие приборы используются для измерений с большей точностью.
По действию измерительные приборы разделяют на интегрирующие и суммирующие, аналоговые и цифровые, самопишущие и печатающие.
Рзмерительная установка Рё система – совокупность функционально объединенных мер, измерительных РїСЂРёР±РѕСЂРѕРІ Рё РґСЂСѓРіРёС… устройств, предназначенных для измерений РѕРґРЅРѕР№ или нескольких величин Рё расположенная РІ РѕРґРЅРѕРј месте (установка) или РІ разных местах объекта измерений (система). Рзмерительные системы, как правило, являются автоматизированными Рё РїРѕ существу РѕРЅРё обеспечивают автоматизацию процессов измерения, обработки Рё представления результатов измерений. Примером измерительных систем являются автоматизированные системы радиационного контроля (РђРЎРРљ) РЅР° различных ядерно-физических установках, таких, например, как ядерные реакторы или ускорители заряженных частиц.
По метрологическому назначению средства измерений делятся на рабочие и эталоны.
Рабочее РЎР - средство измерений, предназначенное для измерений, РЅРµ связанное СЃ передачей размера единицы РґСЂСѓРіРёРј средствам измерений. Рабочее средство измерений может использоваться Рё РІ качестве индикатора.Рндикатор – техническое средство или вещество, предназначенное для установления наличия какой-либо физической величины или превышения СѓСЂРѕРІРЅСЏ ее РїРѕСЂРѕРіРѕРІРѕРіРѕ значения. Рндикатор РЅРµ имеет нормированных метрологических характеристик. Примерами индикаторов являются осциллограф, лакмусовая бумага Рё С‚.Рґ.
Рталон - средство измерений, предназначенное для воспроизведения Рё (или) хранения единицы Рё передачи ее размера РґСЂСѓРіРёРј средствам измерений. Среди РЅРёС… РјРѕР¶РЅРѕ выделить рабочие эталоны разных разрядов, которые ранее назывались образцовыми средствами измерений. Более РїРѕРґСЂРѕР±РЅРѕ эталоны Р±СѓРґСѓС‚ рассмот-рены РЅРёР¶Рµ.
Классификация средств измерений проводится и по другим различным признакам. Например, по видам измеряемых величин, о чем было сказано выше в разделе 1.7., по виду шкалы (с равномерной или неравномерной шкалой), по связи с объктом измерения (контактные или бесконтактные).
- Метрологические характеристики РЎР
Оценка пригодности средств измерений для решения тех или иных измерительных задач проводится путем рассмотрения их метрологических характеристик.
Метрологическая характеристика (МХ) – характеристика одного из свойств средства измерений, влияющая на результат измерений и его погрешность. Метрологические характеристики позволяют судить об их пригодности для измерений в известном диапазоне с известной точностью. Метрологические характеристики, устанавливаемые нормативными документами на средства измерений, называют нормируемыми метрологическими характеристиками, а определяемые экспериментально – действи-тельными.
Для каждого типа СРустанавливаются свои метрологические характеристики. Ниже рассматриваются наиболее распространенные на практике метрологические характеристики.
Диапазон измерений РЎР– область значений величины, РІ пределах которой нормированы его допускаемые пределы погрешности. Для мер это РёС… номинальное значение, для преобразователей — диапазон преобразования. Различают РЅРёР¶РЅРёР№ Рё верхний пределы измерений, которые выражаются значениями величины, ограничивающими диапазон измерений СЃРЅРёР·Сѓ Рё сверху.
Погрешность СР— разность между показанием средства измерений – Хп и истинным (действительным) значением измеряемой величины – Х д.
Существует распространенная классификация погрешностей средств измерений. Ниже приводятся примеры их наиболее часто используемых видов.
Абсолютная погрешность СР– погрешность средства измерений, выраженная РІ единицах измеряемой величины: DРҐ = РҐРї – РҐРґ. Абсолютная погрешность СѓРґРѕР±РЅР° для практического применения, С‚.Рє. дает значение погрешности РІ единицах измеряемой величины. РќРѕ РїСЂРё ее использовании трудно сравнивать РїРѕ точности РїСЂРёР±РѕСЂС‹ СЃ разными диапазонами измерений. Рта проблема снимается РїСЂРё использовании относительных погрешностей.
Если абсолютная погрешность не изменяется во всем диапазоне измерения, то она называется аддитивной, если она изменяется пропорционально измеряемой величине (увеличивается с ее увеличением), то она называется мультипликативной
Относительная погрешность СР– погрешность средства измерений, выраженная отношением абсолютной погрешности СРк результату измерений или к действительному значению измеренной величины: d = DХ / Хд. Относительная погрешность дает наилучшее из всех видов погрешностей представление об уровне точности измерений, который может быть достигнут при использовании данного средства измерений. Однако она обычно существенно изменяется вдоль шкалы прибора, например, увеличивается с уменьшением значения измеряемой величины. В связи с этим часто используют приведенную погрешность.
Приведенная погрешность СР– относительная погрешность, выраженная отношением абсолютной погрешности средства измерений к условно принятому значению величины ХN, которое называют нормирующим: g = DХ / ХN..
Относительные и приведенные погрешности обычно выражают либо в процентах, либо в относительных единицах (долях единицы).
Для показывающих приборов нормирующее значение устанавливается в зависимости от особенностей и характера шкалы. Приведенные погрешности позволяют сравнивать по точности средства измерений, имеющие разные пределы измерений, если абсолютные погрешности каждого из них не зависят от значения измеряемой величины.
По условиям проведения измерений погрешности средств измерений подразделяются на основные и дополнительные.
Основная погрешность СР– погрешность средства измерений, применяемого в нормальных условиях, т.е. в условиях, которые определены в НТД не него как нормальные. Нормальные значения влияющих величин указываются в стандартах или технических условиях на средства измерений данного вида в форме номиналов с нормированными отклонениями. Наиболее типичными нормальными условиями являются:
- температура (20 ± 5)° С;
- относительная влажность (65±15) %;
- атмосферное давление (100±4) кПа или (750±30) мм рт. ст.;
- напряжение питания электрической сети 220 В ± 2 % с частотой 50 Гц.
РРЅРѕРіРґР° вместо номинальных значений влияющих величин указывается нормальная область РёС… значений. Например, влажность (30 – 80) %.
Дополнительная погрешность СР– составляющая погрешности РЎР, возникающая дополнительно Рє РѕСЃРЅРѕРІРЅРѕР№ погрешности вследствие отклонения какой-либо РёР· влияющих величин РѕС‚ нормального ее значения. Деление погрешностей РЅР° основные Рё дополнительные обусловлено тем, что свойства средств измерений зависят РѕС‚ внешних условий.
Погрешности по своему происхождению разделяются на систематические и случайные.
Систематическая погрешность СР– составляющая погрешности средства измерений, принимаемая за постоянную или закономерно изменяющуюся. Систематические погрешности являются в общем случае функциями измеряемой величины и влияющих величин (температуры, влажности, давления, напряжения питания и т.п.).
Случайная погрешность СР– составляющая погрешности средства измерений, изменяющаяся случайным образом. Случайные погрешности средств измерений обусловлены случайными изменениями параметров составляющих эти СРэлементов и случайными погрешностями отсчета показаний приборов.
При конструировании прибора его случайную погрешность стараются сделать незначительной в сравнении с другими погрешностями. У хорошо сконструированного и выполненного прибора случайная погрешность незначительна. Однако при увеличении чувствительности средств измерений обычно наблюдается увеличение случайной погрешности. Тогда при повторных измерениях одной и той же величины в одних и тех же условиях результаты будут различными. В таком случае приходится прибегать многократнымизмерениям и к статистической обработке получаемых результатов. Как правило, случайную погрешность приборов снижается до такого уровня, что проводить многократные измерений нет необходимости.
Стабильность СР— качественная характеристика средства измерений, отражающая неизменность во времени его метрологических характеристик.
Градуировочная характеристика СР– зависимость между значениями величин на входе и выходе средства измерений, полученная экспериментально. Может быть выражена в виде формулы, графика или таблицы.
3.3 Рспользование РЎР
С точки зрения применения в зависимости от решаемой измерительной задачи и дальнейшего использования результатов измерений средств измерений можно разделить на стандартизованные и нестандартизованные.
Стандартизованное СР- средство измерений, изготов-ленное и применяемое в соответствии с требованиями государственного или отраслевого стандарта. Стандартизованные средства измерений обычно подвергают испытаниям и вносят в Государственный реестр.
Нестандартизованное СР– средства измерений, стандар-тизация требований Рє которому признана нецелесообразной. Рљ нестандартизованным обычно относятся СѓР·РєРѕ специализированные средства измерений, изготовленные РІ единичных экземплярах Рё РЅРµ предназначенные для массового производства. Рзмерительные задачи, решаемые СЃ помощью таких средств измерений, РЅРѕСЃСЏС‚ ограниченный Рё локальный характер. Как правило, такие средства измерений используются РЅР° РѕРґРЅРѕРј или нескольких предприятиях для вспомогательных измерений. Часто РѕРЅРё применяются РІ качестве индикаторов. Рљ понятию стандартизованного средства измерений примыкает понятие узаконенного средства измерений.
Узаконенное СР– средство измерений, признанное годным и допущенное для применения уполномоченным на то органом. Примеры узаконенных средств измерений: государственные эталоны становятся таковыми в результате утверждения национальным органом по стандартизации, рабочие средства измерений, предназначенные для серийного выпуска, которые узакониваются путем утверждения тип (см. ниже).
Все многообразие средств измерений подразделяется на типы и виды.
Тип средств измерений – совокупность средств измерений одного и того же назначения, основанных на одном и том же принципе действия, имеющих одинаковую конструкцию и изготовленных по одной технической документации. То есть, тип средств измерений - это абсолютно одинаковые приборы, различающиеся лишь заводскими номерами. В отличии от типа различают вид средств измерений, который включает в себя их более широкий круг.
Р’РёРґ средства измерений – совокупность РЎР, предназначен-ных для измерения данной физической величины. Р’РёРґ средств РёР·РјРµ-рений может включать РІ себя несколько РёС… типов. Например, ампер-метр является РІРёРґРѕРј средства измерений для измерения силы тока.
Возможность или невозможность использования средства измерения для решения поставленной измерительной задачи характеризуется такими понятиями, как метрологическая исправность и метрологический отказ.
Метрологическая исправность СР– состояние средств измерений, при котором все нормируемые метрологические характеристики соответствуют установленным требованиям. Тогда они могут использоваться в соответствии с их назначением и метрологическими характеристиками.
Метрологический отказ СР– выход метрологической характеристики средства измерений за установленные пределы. Если метрологический отказ произошел из-за технических неполадок, то они должны быть устранены. Если же прибор технически исправен, то в случае метрологического отказа его класс точности должен быть понижен.
- Нормирование погрешностей РЎР
Средства измерений можно использовать только тогда, когда известны их метрологические характеристики. Обычно указываются номинальные значения параметров средств измерений и допускаемые отклонения от них. Сведения о метрологических характеристиках приводятся в технической документации на средства измерений или указываются на них самих. Как правило, реальные метрологические характеристики имеют отклонения от их номинальных значений. Поэтому устанавливают границы для отклонений реальных метрологических характеристик от номинальных значений – нормируют их. Нормирование метрологических характеристик средств измерений позволяет избежать произвольного установления их характеристик разработчиками.
C помощью нормируемых метрологических характеристик решаются следующие основные задачи:
- предварительный расчет с их помощью погрешностей результатов технических измерений (до проведения измерений);
- выбор средств измерений по заданным характеристикам их погрешностей.
Нормирование характеристик СРпроводится РІ соответствии СЃ положениями стандартов. Например, ГОСТ 8.009-84 «ГСР. Нормируемые метрологические характеристики средств измерений». Соответствие средств измерений установленным для РЅРёС… нормам делает эти средства взаимозаменяемыми.
Одной из важнейших метрологических характеристик СРявляется их погрешность, знание которой необходимо для оценивания погрешности измерения.
Необходимо отметить, чт