Кратные и дольные единицы СИ

Различают кратные и дольные единицы физической величины [9].

 

Кратная единица - единица физической величины, в целое число раз большая системной или внесистемной единицы.

Дольная единица -единица физической величины, в целое число раз меньшая системной или внесистемной единицы.

 

Наиболее прогрессивным способом образования кратных и дольных единиц является принятая в метрической системе мер десятичная кратность между большими и меньшими единицами. В соответствии с резолюцией XI Генеральной конференции по мерам и весам десятичные кратные и дольные единицы от единиц СИ образуются путём присоединения приставок.

Например, единица длины километр равна 10³ м, т.е. кратна метру, а единица длины миллиметр равна 10^-3 м, т.е. является дольной. Множители и приставки для образования кратных и дольных единиц СИ приведены в табл. 1.2.

Внесистемные единицы [10] - единицы физических величин, которые не входят в принятую систему единиц. Они подразделяются на:

- допускаемые к применению наравне с единицами СИ;

- допускаемые к применению в специальных областях;

- временно допускаемые;

- устаревшие (не допускаемые).

ИЗМЕРЕНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН

Измерение физических величин заключается в сопоставлении какой-либо величины с однородной величиной, принятой за единицу.

Измерение (величины) (РМГ-29-2013): Процесс экспериментального получения одного или более значений величины, которые могут быть обоснованно приписаны величине.

Измерение подразумевает сравнение величин или включает счет объектов.

Измерение предусматривает описание величины в соответствии с предпола­гаемым использованием результата измерения, методику измерений и средство измерений, функционирующее в соответствии с регламентированной методикой из­мерений и с учетом условий измерений.

Измеряемая величина: Величина, подлежащаяизмерению.

Объект измерения: Материальный объект или явление, которые характеризуются одной или несколькими измеряемыми и влияющими величинами.

1. В простейшем случае, прикладывая линейку с делениями к какой-либо детали, по сути сравнивают ее размер с единицей, хранимой линейкой, и, произведя отсчет, получают значение величины (длины, высоты, толщины и других параметров детали).

2. С помощью измерительного прибора сравнивают размер величины, преобразованной в перемещение указателя, с единицей, хранимой шкалой этого прибора, и проводят отсчет.

Следует отметить, что термин " измерение" в таком понятии значительно сокращает область его применения, так как широко применяются измерения (органолептические), основанные на использовании органов чувств человека (например, оценка спортивных выступлений в фигурном катании, гимнастике). Другими словами, термин " измерение" не ограничен нахождением значения физической величины, так как часто измеряют и нефизические величины.

 

Области и виды измерений

Область измерений - совокупность измерений физических величин, свойственных какой-либо области науки или техники и выделяющихся своей спецификой.

Вид измерений - часть области измерений, имеющая свои особенности и отличающаяся однородностью измеряемых величин.

В метрологии различают следующие области и виды измерений:

1. Измерение геометрических величин: длин, углов, отклонений формы поверхностей.

2. Измерение механических величин: массы, силы, прочности и пластичности, крутящих моментов.

3. Измерение параметров потока, расхода, уровня, объёма веществ.

4. Измерение давления: избыточного, атмосферного, абсолютного, вакуума.

5. Физико-химические измерения: вязкости, плотности, концентрации, влажности.

6. Теплофизические и температурные измерения.

7. Измерение времени и частоты.

8. Измерения электрических и магнитных величин на постоянном и переменном токе: силы тока, ЭДС, напряжения, мощности, сопротивления, ёмкости, индуктивности.

9. Радиоэлектронные измерения: интенсивности сигналов, параметров формы и спектра сигналов.

10. Измерения акустических величин в различных средах (воздушной, твёрдой, жидкой).

11. Оптические и оптико-физические измерения: оптической плотности, коэффициента пропускания.

12. Измерения ионизирующих излучений и ядерных констант: дозиметрических и спектральных характеристик ионизирующих излучений.

1.3.2. Классификация измерений

Измерения могут быть классифицированы по ряду признаков: по способу получения информации, по характеру изменений измеряемой величины в процессе измерений, по количеству измерительной информации, по отношению к основным единицам.

1. По способу получения информации измерения разделяют на прямые, косвенные, совокупные и совместные.

Прямые измерения - Измерение, при котором искомое значение величины получают непосредственно от средства измерений (измерения массы на весах, температуры термометром, длины с помощью линейных мер).

Косвенные измерения - Измерение, при котором искомое значе­ние величины определяют на основании результатов прямых измерений других величин, функционально связанных с искомой величиной (определение плотности однородного тела по его массе и объёму, удельного электрического сопротивления проводника по его сопротивлению, длине и площади поперечного сечения).

Совокупные измерения -Проводимые одновременно измерения нескольких одноименных величин при которых искомые значения вели­чин определяют путем решения системы уравнений, получаемых при изме­рениях этих величин в различных сочетаниях (измерения, при которых масса отдельных гирь набора находится по известной массе одной из них и по результатам прямых сравнений масс различных сочетаний гирь).

Совместные измерения - одновременные измерения двух или нескольких неодноимённых величин для нахождения зависимости между ними (проводимые одновременно измерения приращения длины образца в зависимости от изменений его температуры и определение коэффициента линейного расширения по формуле k = I / (I Δt)).

В результате измерения должны быть определены 3 величины [9]:

1) Число, выражающее отношение измеряемой физической величины к общепринятой единице измерения A= X/x,

где A - числовое значение измеряемой величины; X- измеряемая величина; х- единица измерения.

2) Погрешность результата измерения.

3) Доверительная вероятность допущенной погрешности (при обычных технических измерениях погрешность определяется с вероятностью 95%).

 

П р и м е р, иллюстрирующий значение доверительной вероятности. Вероятность того, что спектакль в театре состоится, составляет 95%. Люди, купившие билеты на спектакль, обычно не задумываются о небольшой вероятности (5%), что спектакль может быть отменен или не состоится по какой-либо причине. Ввиду того, что в этой ситуации вероятность отмены спектакля, равная 5%, является низкой, то зрители не задумываются, покупать билет или нет.

С другой стороны, вероятность того, что (когда вы выходите на улицу) с вами ничего плохого не случится (на голову не упадёт кирпич, вы не провалитесь в люк и т.п.), составляет 99,9999%. Вероятность обратного составляет 0,0001%, что ничтожно мало. Поэтому нормальный человек, выходя из дома, не задумывается о том, что с ним что-то может случиться. Но если предположить, что и в этом случае, как и в случае со спектаклем, вероятность благополучного похода на на Можно сказать, что доверительная вероятность допущенной погрешности зависит от важности производимых измерений (чем более важны и ответственны измерения, тем более высокая доверительная вероятность допущенной погрешности должна быть задана).

 

2. По характеру изменения измеряемой величины в процессе измерений бывают статистические, динамические и статические измерения.

Статистические измерения связаны с определением характеристик случайных процессов, звуковых сигналов, уровня шумов и т.д.

Статические Измерение величины, принимаемой в соответствии с конкретной измерительной задачей за неизменную на протяжении времени измерения.

Динамические Измерение, при котором средства измерений используют в динамическом режиме (т.е. измеряемые величины в процессе измерений претерпевают те или иные изменения).

Статические и динамические измерения в идеальном виде на практике редки.

 

3. По количеству измерительной информации различают однократные и многократные измерения.

Однократное измерение - это одно измерение одной величины, т.е. число измерений равно числу измеряемых величин.

Практическое применение такого вида измерений всегда приводит к большим погрешностям, поэтому следует проводить не менее трёх однократных измерений и находить конечный результат как среднее арифметическое значение.

Многократное измерение - и змерение физической величины одного и того же размера, результат которого получен из нескольких следующих друг за другом измерений, т.е. состоящее из ряда однократных измерений. Преимущество многократных измерений - в значительном снижении влияний случайных факторов на погрешность измерения. Характеризуются превышением числа измерений количества измеряемых величин. Обычно минимальное число измерений больше трёх.

 

Шкалы измерений

Шкала физической величины - это упорядоченная совокупность значений физической величины, служащая исходной основой для измерений данной величины.

Пример - Международная температурная шкала, состоящая из ряда реперных точек, значения которых приняты по соглашению между странами Метрической Конвенции и установлены на основании точных измерений, предназначена служить исходной основой для измерений температуры.

 

Различают следующие типы шкал измерений:

- Шкалы наименований характеризуются оценкой (отношением) эквивалентности различных качественных проявлений свойства. Эти шкалы не имеют нуля и единицы измерений, в них отсутствуют отношения сопоставления типа "больше-меньше". Это самый простой тип шкал. Пример: шкалы цветов, представляемые в виде атласов цветов. При этом процесс измерений заключается в достижении (например, при визуальном наблюдении) эквивалентности испытуемого образца с одним из эталонных образцов, входящих в атлас цветов.

- Шкалы порядка описывают свойства величин, упорядоченные по возрастанию или убыванию оцениваемого свойства, т.е. позволяют установить отношение больше/меньше между величинами, характеризующими это свойство. В этих шкалах отсутствует единица измерения, так как невозможно установить, в какое число раз больше или меньше проявляется свойство величины. Пример: шкалы измерения твёрдости, баллов силы ветра, землетрясений.

- Шкалы интервалов (разностей) описывают свойства величин не только с помощью отношений эквивалентности и порядка, но также и с применением отношений суммирования и пропорциональности интервалов (разностей) между количественными проявлениями свойства. Эти шкалы могут иметь условную нулевую точку. Пример: летоисчисление по различным календарям, температурные шкалы (Цельсия, Фаренгейта, Реомюра).

- Шкалы отношений описывают свойства величин, для множества количественных проявлений которых применимы логические отношения эквивалентности, порядка и пропорциональности, а для некоторых шкал также отношение суммирования. В шкалах отношений существует естественный нуль и по согласованию устанавливается единица измерения. Пример: шкала массы, шкала термодинамической температуры Кельвина.

- Абсолютные шкалы кроме всех признаков шкал отношений обладают дополнительным признаком: в них присутствует однозначное определение единицы измерения. Такие шкалы присущи таким относительным единицам, как коэффициенты усиления, ослабления, полезного действия и т.д.

- Условные шкалы - шкалы величин, в которых не определена единица измерения. К ним относятся шкалы наименований и порядка.

1.3.4. Характеристики качества измерений

Качество измерений характеризуется точностью, достоверностью, правильностью, сходимостью и воспроизводимостью, а также размером допускаемых погрешностей.

Точност ь измерений – Близость измеренного значения к истинному значению измеряемой величины (характеристика качества измерения, отражающая близость к нулю погрешности результата измерения).

Достоверност ь измерений определяется степенью доверия к результату измерения и характеризуется вероятностью того, что истинное значение измеряемой величины находится в указанных пределах. Данная вероятность называется доверительной.

Правильность измерений - хар-ка измерений, отражающая близость к нулю систематической погрешности измерений.

Прецизионность результата измерений - близость между показаниями или измеренными значениями величины, полученными при повторных измерениях для одного и того же или аналогичных объектов при заданных условиях. Отражает влияние случайных погрешностей на результат измерения.

Сходимость (повторяемость) измерений: прецизионность измерений в условиях повторяемости измерений.

Воспроизводимость результатов измерений - характеристика качества измерений, отражающая близость друг к другу результатов измерений одной и той же величины, полученных в разных местах, разными методами и средствами измерений, разными операторами, но приведённых к одним и тем же условиям.