Количественные характеристики величины - Физические величины. Сущность стандартизации и сертификации
Характеристики измеряемых величин
Физические величины и измерения
1. Измеряемые величины и их характеристики.
Метрология, стандартизация, сертификация. Автор: Горошко Д.Л., редактор: Касаткина М.А.
ОСНОВНОЕ УРАВНЕНИЕ ИЗМЕРЕНИЙ
Количественная характеристика измеряемых величин
Количественной характеристикой измеряемой величины служит ее размер. Получение информации о размере физической или нефизической величины является содержанием любого измерения. Более подробная информация о том, на сколько больше меньше или во сколько раз лучше хуже , иногда даже не требуется. При этом число сравниваемых между собой размеров может быть очень большим. Расположенные в порядке возрастания или убывания размеры измеряемых величин образуют шкалу порядка. Например, на соревнованиях мастерство исполнителей определяется их местом, занятым в итоговой таблице. Последняя, таким образом, является шкалой порядка, отражающая тот факт, что мастерство одних выше мастерства других. При этом не известно, в какой степени на сколько или во сколько раз. Расстановка размеров в порядке их возрастания или убывания с целью получения измерительной информации по шкале порядка называется ранжированием. Для измерения по шкале порядка несколько точек на ней можно закрепить в качестве опорных реперных. Знания, например, измеряют по реперной шкале порядка, имеющей следующий вид: Точкам реперной шкалы могут быть поставлены в соответствие цифры, называемые баллами. Недостатком реперных шкал является неопределенность интервалов между реперными точками. Поэтому баллы нельзя складывать, перемножать, делить и т. По шкале интервалов можно уже судить не только о том, что один размер больше другого, но и о том, на сколько, то есть на шкале интервалов определены такие математические действия, как сложение и вычитание. Однако по шкале интервалов нельзя сказать, во сколько раз один размер больше другого. Это объясняется тем, что на шкале интервалов известен масштаб, а начало отсчета может быть произвольным. Если в качестве одной из двух реперных точек выбрать такую, в которой размер не принимается равным нулю что приводит к появлению отрицательных значений , а равен нулю на самом деле, то по такой шкале уже можно отсчитывать абсолютное значение размера и определить не только, на сколько один размер отличается от другого, но и во сколько раз. Эта шкала называется шкалой отношений. Примером может служить температурная шкала Кельвина. В ней за начало отсчета принят абсолютный ноль, при котором прекращается тепловое движение молекул. Более низкой температуры быть не может. Второй реперной точкой служит температура замерзания воды. По шкале Цельсия интервал между этими точками равен ,16 о С. Каждая такая часть называется кельвином и равна градусу Цельсия, что значительно облегчает переход от одной к другой шкале. В зависимости от того, на какие интервалы разбита шкала, один и тот же размер представляется по-разному. Их называют значениями измеряемой величины. Другими словами, значение измеряемой величины Q определяется ее числовым значением q и некоторым размером [ Q ], принятым за единицу измерения: Увеличение или уменьшение [ Q ] влечет за собой обратно пропорциональное изменение q. Числовое значение измеряемой величины зависит от того, какие используются единицы измерений. Поэтому роль последних очень велика. Если допустить произвол в выборе единиц, то результаты измерений окажутся несопоставимы между собой, то есть нарушится единство измерений. Чтобы этого не произошло, единицы измерений устанавливаются по определенным правилам и закрепляются законодательным путем. Как уже говорилось, в физике общие правила конструирования систем единиц были сформулированы Гауссом в г. В дальнейшем стали появляться все новые и новые системы единиц, пока их обилие не стало тормозом научно-технического прогресса. Принятая XI Генеральной конференцией по мерам и весам в г. Международная система единиц с изменениями и дополнениями стала обязательной в СССР и Европе с 1 января г. Надо заметить, что при таком определении метра длина не может считаться основной единицей, поскольку выражается через другие единицы. Возможно, что в ближайшее время это определение будет пересмотрено. Стерадиан равен телесному углу с вершиной в центре сферы, вырезающему на поверхности этой сферы площадь, равную площади квадрата со стороной, равной радиусу сферы. К наименованию допускается добавлять только одну приставку, например пикофарада, а не микромикрофарада. От этого правила отступают при составлении таблиц числовых значений одной и той же величины или при сопоставлении этих значений в тексте, а также в тех областях, где традиционно применяется конкретная единица в машиностроении на чертежах размер всегда указывается в миллиметрах. Основные единицы в настоящее время воспроизводятся только централизованно. Эталоны основных единиц воспроизводят их на основании определений. Каждый эталон состоит из воспроизводящей части и приспособлений, обеспечивающих съем и передачу информации о размере единицы. Во всех без исключения случаях результат воспроизведения является случайной величиной. Основных единиц в Международной системе семь: Соответственно должно быть и семь государственных первичных эталонов основных единиц. Однако в эталоне моля нет необходимости. Это число называется числом Авогадро. Если число структурных элементов, составляющих вещество, известно, то деление его на число Авогадро дает количество вещества в молях. Государственный первичный эталон единиц времени и частоты и шкалы времени воспроизводит основную единицу СИ — секунду в соответствии с ее определением. Работает воспроизводящая часть эталона следующим образом. Атомы цезия испускаются нагретым источником. Пучок этих атомов попадает в неоднородное магнитное поле. Угол отклонения атомов в таком поле определяется их магнитным моментом. Поэтому неоднородное магнитное поле позволяет выделить из пучка атомы, находящиеся на определенном энергетическом уровне. Эти атомы направляются в объемный резонатор, пролетая через который взаимодействуют с переменным электромагнитным полем сверхвысокой частоты. Частота электромагнитных колебаний в резонаторе может регулироваться в небольших пределах. При совпадении ее с частотой, соответствующей энергии квантовых переходов, происходит поглощение энергии СВЧ поля, и атомы цезия переходят в основное состояние. Отклоняющей магнитной системой они направляются на детектор. Ток детектора при настройке резонатора на частоту квантовых переходов оказывается максимальным. Этой частоте приписывают значение Гц , а промежуток времени, равный периодам СВЧ колебаний, принимается равным 1с. Выбор числа объясняется следующим образом. Стандартное отклонение этой величины составляет 10 -7 с. С по гг. Продолжительность тропического года не постоянна, поэтому для расчетов был выбран конкретный г. Период обращения Земли вокруг Солнца более стабилен, чем Земли вокруг оси. Поэтому стандартное отклонение секунды по новому определению уменьшилось до 10 с. Стремление к еще большему повышению точности воспроизведения секунды побудило участников XIII Генеральной конференции по мерам и весам принять в г. Размер секунды при этом решено было не менять, чем и объясняется цифра , связывающая события элементарного и планетарного масштабов. Долговременная стабильность цезиевого репера частоты невелика. Поэтому для хранения единиц времени и частоты в состав государственного первичного эталона входит водородный мазер. Принцип его действия основан на том, что процессы передачи и поглощения энергии атомами вещества являются константой при одинаковых условиях. Конструкция мазера на атомарном водороде состоит из стеклянной трубки, в которой под действием электрического разряда происходит диссоциация молекул водорода. Пучок атомов водорода через коллиматор попадает в неоднородное магнитное поле шестиполюсного осевого магнита, где претерпевает пространственную сортировку. В результате этой сортировки на вход накопительной ячейки, расположенной в объемном резонаторе, попадают лишь атомы водорода, находящиеся на верхнем энергетическом уровне. Находящийся внутри многослойного экрана высокодобротный резонатор настроен на частоту используемого квантового перехода. Взаимодействие возбужденных атомов с высокочастотным полем резонатора в течение примерно 1с приводит к их переходу на нижний энергетический уровень с одновременным излучением квантов энергии на частоте ,8 Гц. Это вызывает самовозбуждение генератора, частота которого отличается высокой стабильностью. Ее значение периодически поверяется по цезиевому реперу. Наряду с водородным мазером для хранения шкал времени в состав государственного первичного эталона единиц времени и частоты и шкалы времени входит группа квантово-механических часов. Это непрерывно действующий сложный технический комплекс, главное внимание которого уделено поддержанию длительного режима работы с высокой стабильностью показаний. Диапазон временных интервалов, воспроизводимых эталоном, составляет 10 -9 …10 8 с. Принятое на XVII Генеральной конференции по мерам и весам в г. Однако секунда воспроизводится в сверхвысокочастотном диапазоне радиоволн, а метр по определению должен воспроизводится в оптическом. Оптические частоты на порядка выше СВЧ. Потребовалось, образно говоря, из одного диапазона в другой перекинуть мост для передачи эталонной точности. Входящий в состав государственного первичного эталона единиц времени и частоты и шкалы времени радиооптический частотный мост РОЧМ решает эту задачу в несколько этапов, на каждом из которых используется принцип повышения частоты, общий для всех синтезаторов частот. Этот принцип заключается в смешении на нелинейном элементе высокочастотных гармоник опорных сигналов. На последнем этапе с помощью интерференционного компаратора на основании измерения порядка интерференции N аттестуются концевые и штриховые меры длины согласно соотношению:. В перспективе планируется еще повысить точность воспроизведения метра не менее? Гиря имеет форму цилиндра с высотой и диаметром основания, равным 39 мм. Объясняется это адсорбцией молекул из окружающей среды, оседанием пыли на поверхности гири и образованием тонкой коррозионной пленки. В перспективе предполагается перейти к воспроизведению единицы массы через счетное число атомов какого-нибудь химического элемента, скорее всего кремния Для этого, однако, необходимо повысить точность определения числа Авогадро, на что сейчас направлены усилия многих метрологических лабораторий в мире. Температуру тройной точки воды удается поддерживать со стандартным отклонением 0,2 мК , чем и определяется стандартное отклонение воспроизведения кельвина, составляющее примерно 10 -3 К. Свойство нагретости тел можно представить в виде отдельных частей только мысленно. На практике для определения количественной характеристики этого свойства используют тепловое расширение этих тел например столба ртути или спирта , изменение электрического сопротивления и т. Термометрические свойства различных веществ сложным образом и недостаточно точно отражают изменение в широком диапазоне их термодинамической температуры. Поэтому на температурной шкале устанавливается несколько реперных точек, температура в которых определяется газовым термометром, использующим соотношение между объемом, давлением и температурой идеального газа. Это наиболее точные, но очень трудоемкие измерения, выполняемые лишь в немногих ведущих метрологических лабораториях мира. Основная сложность их состоит в учете несоответствия реального газа иде альному. В промежутках между реперными точками температура измеряется с помощью термометрических веществ, градуированных по этим точкам. В диапазоне 1,5…4,2 К воспроизведение температуры обеспечивается государственным специальным эталоном единицы температуры на основании шкалы гелия. В диапазоне 4,2…13,81 К температура воспроизводится государственным специальным эталоном единицы температуры на основе германиевого термометра сопротивления. В диапазоне 13,81…,16 К государственным первичным эталоном единицы температуры воспроизводится шесть реперных точек, а значение температуры в интервалах между ними определяется эталонным платиновым термометром сопротивления. В диапазоне ,16…,58 К государственным первичным эталоном единицы температуры воспроизводятся тройная точка воды, а также точки затвердевания олова, цинка, серебра и золота. В промежутках между ними температура устанавливается эталонным платиновым термометром сопротивления. В диапазоне ,58… К этим же эталоном значение температуры определяется по яркости накала рабочего тела температурной лампы, которая градуируется последовательным удвоением яркости черного тела при температуре затвердевания золота. В диапазоне … К используется государственный специальный эталон единицы температуры, предназначенный для обеспечения единства измерений температуры плазменных источников излучения. Излучение черного тела при такой температуре мало отличается по спектральному составу от излучения ламп накаливания, широко используемых в качестве источников света. Спектральную составляющую излучения черного тела на длине волны , нм выделяют светофильтром, а энергию ее контролируют радиометром. Стандартное отклонение при воспроизведении канделы составляет 10 -3 кд. Однако в некоторых частных случаях например в случае двух соленоидов можно рассчитать силу взаимодействия электрических токов, протекающих по проводникам конечных размеров с достаточной точностью. Наружный соленоид неподвижен, а внутренний, подвешенный к одному из плеч коромысла весов, при включении электрического тока втягивается внутрь неподвижного с силой. На равноплечих весах эта сила уравновешивается массой гирь. Согласно расчетам, при массе уравновешивающих гирь около 8 г сила электрического тока составляет 1 ампер. Эталонная база насчитывает в настоящее время государственных эталонов, причем их число продолжает увеличиваться. Эту тенденцию нельзя назвать положительной, поскольку независимое воспроизведение основных единиц, невысокая точность и несогласованность воспроизведения на их основе производных единиц в разных условиях и диапазонах их значений не способствуют обеспечению единства измерений. Поэтому главной задачей современной метрологии является создание полной системы взаимосвязанных естественных эталонов на основе использования фундаментальных физических констант и высокостабильных квантовых явлений. Все права защищены и принадлежат ВГУЭС. Количественная характеристика измеряемых величин Количественной характеристикой измеряемой величины служит ее размер. Единицы измерений Числовое значение измеряемой величины зависит от того, какие используются единицы измерений. Основными единицами СИ являются: Предусмотрены также две дополнительные единицы: Десятичные кратные и дольные единицы образуются с помощью множителей и приставок: Множитель Приставка 10 18 [Э]кса 10 15 [П]ета 10 12 [Т]ера 10 [П]ико 10 [Ф]емто 10 [А]тто. Задать вопрос приемной комиссии abiturient vvsu. Количественная характеристика измеряемых величин. Воспроизведение основных единиц физических величин. На последнем этапе с помощью интерференционного компаратора на основании измерения порядка интерференции N аттестуются концевые и штриховые меры длины согласно соотношению: Точка кипения водорода при давлении ,6 Па. Точка кипения водорода при нормальном давлении. Тройная точка океанской воды. Точка кипения океанской воды.
Canon 70d характеристики
Эминем you don t know перевод
Новости недели с киселевым сегодня
Перевод фраз из фильмов
Диваны по карману хабаровск каталог
Новости ульяновск за 17 июня