130

Теория измерений Основные понятия и определения

Греческое слово: metron – мера, logos – учение; учение мер – метрология.

Измерение – нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств. С точки зрения информационной теории измерение представляет собой процесс, направленный на уменьшение энтропии измеряемого объекта. Энтропия есть мера неопределенности наших знаний об объекте измерения. В процессе измерения энтропия объекта уменьшается.

Объект измерения – реальный физический объект, свойства которого характеризуются одной или несколькими измеряемыми ФВ.

Алгоритм измерения – точное предписание о порядке выполнения операций, обеспечивающих измерение физической величины.

Принцип измерений – совокупность физических явлений, на которых основаны измерения.

Метод измерений – совокупность приемов использования принципов и средств измерений. Это общее определение на практике часто конкретизируют, относя его только к применяемым средствам измерения.

Методика выполнения измерений – общий или поэтапный план проведения измерения – намеченный распорядок измерений, определяющий состав применяемых приборов, последовательность и правила проведения операций.

Физическая величина (ФВ) – это свойство общее в качественном отношении многим физическим объектам, но в количественном отношении индивидуальное для каждого объекта.

Единицы измерений

Основные единицы физических величин – это единицы, выбранные произвольно независимо от других единиц.

Основные единицы в системе СИ (Systeme International, 1960 г):

1. метр – мера длины, м;

2. килограмм – мера силы, массы, кг;

3. секунда – мера времени, с;

4. Кельвин – термодинамическая температура, К;

5. Ампер – мера силы тока, А;

6. кандела – мера света, кд;

7. моль – мера количества вещества, моль.

Метр равен расстоянию, проходимому светом в вакууме за 1/299792458 долю секунды, (1983г.).

Килограмм – масса международного прототипа килограмма представляющего цилиндр из сплава платины и иридия, (1889г.).

Секунда равна 9192631770 периодам излучения соответствующего энергетическому переходу между двумя уровнями сверхтонкой структуры основного состояния атома цезия-133, (1967г.).

Кельвин равен 1/273,16 части термодинамической температуры тройной точки воды, т.е. температуры, при которой три фазы воды - парообразная, жидкая и твердая – находятся в динамическом равновесии, (1967г.).

Ампер – сила установившегося тока, который по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малой площади кругового сечения, расположенным на расстоянии 1м один от другого в вакууме, вызывал бы силу взаимодействия равную на каждом участке проводника длиной 1 м, (1946г.).

Кандела – сила света в заданном направлении источника, испускающего монохроматическое излучение частотой (длина волны около 0,555мкм), чья энергетическая сила излучения в этом направлении составляет 1/683 Вт/ср (ср-стерадиан), (1979г.).

Моль – количество вещества, содержащего столько структурных элементов (атомов, молекул вещества, ионов, электронов и т.д.), сколько содержится в углероде -12 массой 0,012 кг, (1971г.).

Дополнительные единицы в системе СИ:

1. Плоский угол – (радиан), равный углу между двумя радиусами окружности, длина дуги между которыми равна радиусу. В градусном исчислении радиан равен 57°17'48".

2. Телесный угол – (стерадиан), равный телесному углу с вершиной в центре сферы, вырезающему на поверхности сферы площадь, равную площади квадрата со стороной равной радиусу сферы. Измеряют телесные углы с помощью плоских углов и расчета

,

где – телесный угол; – плоский угол при вершине конуса, образованного внутри сферы данным телесным углом.

Телесному углу 1 ср соответствует плоский угол, равный 65°32', углу π_ср – плоский угол 120°, углу 2π_ср – плоский угол 180°.

Дополнительные единицы СИ использованы для образования единиц угловой скорости, углового ускорения и других величин. Сами по себе радиан и стерадиан применяются в основном для теоретических построений и расчетов, так как большинство важных для практики значений углов (полный угол, прямой угол и т.д.) в радианах выражаются трансцендентными числами (2π, π/2 и т.д.).

Производные единицы СИ образуются из основных единиц по определённым формулам, например: момент инерции J, , а также образуются с помощью простейших уравнений между величинами, в которых числовые коэффициенты равны единице. Так, для линейной скорости в качестве определяющего уравнения можно воспользоваться выражением для скорости равномерного прямолинейного движения .

При длине пройденного пути (в метрах) и времени t, за которое пройден этот путь (в секундах), скорость выражается в метрах в секунду (м/с). Поэтому единица скорости СИ – метр в секунду – это скорость прямолинейно и равномерно движущейся точки, при которой она за время 1 с перемещается на расстояние 1 м.

Если в определяющее уравнение входит числовой коэффициент, то для образования производной единицы в правую часть уравнения следует подставлять такие числовые значения исходных величин, чтобы числовое значение определяемой производной единицы было равно единице. Например, единица кинетической энергии СИ – килограмм-метр в квадрате на секунду в квадрате – это кинетическая энергия тела массой 2 кг, движущегося со скоростью 1 м/с, или кинетическая энергия тела массой 1 кг, движущегося со скоростью м/с. Эта единица имеет наименование – джоуль (сокращенное обозначение Дж).