Международная система единиц физических величин Генеральная конференция по мерам и весам (ГКМВ) в 1954 году определила шесть основных единиц ФВ для их использования в международных отношениях: метр, килограмм, секунда, ампер, градус Кельвина и свеча.
XI ГКВМ в 1960 году утвердила Международную систему единиц, обозначаемую СИ. В последующие годы ГКМВ приняла ряд дополнений и изменений, в результате чего в системе стало 7 основных единиц, дополнительные и производные единицы ФВ, а также разработала следующие определения основных единиц:
- единица длины – метр – длина пути, которую проходит свет в вакууме за 1/299792458 долю секунды;
- единица массы – килограмм – масса, равная массе международного прототипа килограмма;
- единица времени – секунда – продолжительность 9192631770 периодов излучения, соответствующего переходу между двумя уровнями сверхтонкой структуры основного состояния атома цезия-133 при отсутствии возмущения со стороны внешних полей;
- 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;
- единица термодинамической температуры – кельвин – 1/273.161 часть термодинамической температуры тройной точки воды. Допускается также применение шкалы Цельсия;
- единица количества вещества – моль – количество вещества системы, содержащей столько же структурных элементов, сколько атомов содержится в нуклиде углерода-12 массой 0.012 кг;
- единица силы света – кандела – сила света в заданном направлении источника, испускающего монохроматическое излучение частотой 540*1012Гц, энер-
гетическая сила которого в этом направлении составляет 1/683 Вт/ср2.
Приведенные определения довольно сложны и требуют достаточного уровня знаний, прежде всего в физике. Но они дают представление о природном, естественном происхождении принятых единиц, а толкование их усложнялось по мере развития науки и благодаря новым высоким достижениям теоретической и практической физики, механики, математики и др. фундаментальных областей знаний. Это дало возможность, с одной стороны, представить основные единицы как достоверные и точные, а с другой – как объяснимые и как бы понятные для всех стран мира, что является главным условием для того, чтобы система единиц стала международной.
Международная система СИ считается наиболее совершенной и универсальной по сравнению с предшествующими ей. Кроме основных единиц, в системе СИ есть дополнительные единицы для измерения плоского и телесного угла – радиан и стерадиан соответственно, а также большое количество производных единиц пространства и времени, механических величин, электрических и магнитных величин, тепловых, световых, акустических величин, а также ионизирующих излучений.
После принятия системы СИ ГКМВ практически все крупные международные организации включили её в свои рекомендации по метрологии и призвали все страны – члены этих организаций принять её. В нашей стране система СИ официально была принята путем введения в 1963 году соответствующего государственного стандарта, причем следует учесть, что в то время все государственные стандарты имели силу закона и были строго обязательны для выполнения.
На сегодняшний день система СИ действительно стала международной, но вместе с тем применяются и внесистемные единицы, например, тонна, сутки, литр, гектар и др.
Субъекты метрологии
К субъектам метрологии относятся:
1) Государственная метрологическая служба РФ (ГМС);
2) метрологические службы федеральных органов исполнительной власти и юридических лиц (МС);
3) международные метрологические организации.
Государственная метрологическая служба находится в ведении Госстандарта и включает в себя:
- государственные научные метрологические центры (ГНМЦ) – ВНИИ метрологической службы (г. Москва), ВНИИ метрологии им. Д.И.Менделеева (г. С-Петербург) и др. - занимаются разработкой научно-методических основ совершенствования российской системы измерений и являются держателями государственных эталонов;
- органы ГМС в субъектах РФ, а также городов Москвы и Санкт-Петербурга.
Госстандарт осуществляет руководство тремя государственными справочными службами:
- Государственная служба времени, частоты и определения параметров вра-
щения Земли (ГСВЧ) – об этой службе рядовой житель страны узнает 2 раза в год – при переходе на летнее и зимнее время;
- Государственная служба стандартных образцов состава и свойств веществ и материалов (ГССО) – обеспечивает создание и применение системы стандартных (эталонных) образцов состава и свойств веществ и материалов – металлов и сплавов, нефтепродуктов, медицинских препаратов и др.;
- Государственная служба стандартных справочных данных о физических константах и свойствах веществ и материалов (ГСССД) – потребителями являются организации, проектирующие изделия техники, к точности характеристик которой предъявляются особо жесткие требования.
Метрологические службы федеральных органов исполнительной власти и юридических лиц создаются в министерствах (ведомствах), организациях, на предприятиях и в учреждениях, являющихся юридическими лицами для выполнения работ по обеспечению единства и требуемой точности измерений, осуществления метрологического контроля и надзора.
При выполнении работ в сферах, предусмотренных ст.13 Закона РФ (приложение 2), создание МС для обеспечения единства измерений является обязательным. Так, МС созданы в Минздраве, Минатоме и др. федеральных органах исполнительной власти. Права и обязанности МС определяются положениями о них, утвержденными руководителями органов управления или юридических лиц.
Если на крупных предприятиях организуются полноценные МС, то на небольших предприятиях Госстандарт рекомендует назначать лиц, ответственных за обеспечение единства измерений. Для ответственных лиц утверждается должностная инструкция, в которой устанавливаются их функции, права, обязанности и ответственность.
Международные метрологические организации рассмотрены в первой теме.
ГМС России в своей деятельности учитывает документы региональных международных метрологических организаций, а также зарубежных национальных метрологических организаций США, Англии и пр.
Виды измерений
Измерения различают по способу получения информации, по характеру изменений измеряемой величины в процессе измерений, по количеству измерительной информации, по отношению к основным единицам.
По способу получения информации измерения разделяют на прямые, косвенные, совокупные и совместные.
Прямые измерения-это непосредственное сравнение физической величины с её мерой. Например, при определении длины предмета линейкой происходит сравнение искомой величины с мерой, т.е. линейкой.
Косвенные измерения отличаются от прямых тем, что искомое значение величины устанавливают по результатам прямых измерений таких величин, которые связаны с искомой определенной зависимостью. Например, измерение пористости хлебобулочных изделий по результатам отбора выемки известного
объема и определения массы этой выемки.
Совокупные измерения сопряжены с решением системы уравнений, составляемых по результатам одновременных измерений нескольких однородных величин. Решение системы уравнений дает возможность вычислить искомую величину. Например, совокупными являются измерения, при которых массы отдельных гирь набора находят по известной массе одной из них и по результатам прямых сравнений масс различных сочетаний гирь.
Совместные измерения – это измерения двух или более неоднородных физических величин для определения зависимости между ними. Например, определение активностей кислотности хлеба при температуре 200С и температурных коэффициентов для автоматической температурной компенсации при различных температурах.
По характеру изменения измеряемой величиныв процессе измерений бывают статистические и динамические измерения.
Статистические измерения связаны с определением характеристик случайных процессов, звуковых сигналов и т.п. Статистические измерения имеют место тогда, когда измеряемая величина практически постоянна.
Динамические измерения связаны с такими величинами, которые в процессе измерений претерпевают те или иные измерения.
Статистические и динамические измерения в идеальном виде на практике редки.
По количеству измерительной информацииразличают однократные и многократные измерения.
Однократные измерения– это одно измерение одной величины, т.е. число измерений равно числу измеряемых величин.
Практическое применение такого вида измерений всегда сопряжено с большими погрешностями, поэтому следует проводить не менее трех однократных измерений и находить конечный результат как среднее арифметическое значение.
Многократные измерения характеризуются превышением числа измерений количества измеряемых величин.
Обычно минимальное число измерений в данном случае больше трех. Преимущество многократных измерений – в значительном снижении влияний случайных факторов на погрешность измерения.
|