Основные единицы измерения

В квадратных скобках указано общепринятое обозначение для размерностей: длину можно измерять в метрах, ярдах или попугаях, но обозначение L (от англ. length) всегда подскажет нам, что мы имеем дело с длиной. Аналогично вводится обозначение размерности времени Т (от англ. time).

Метрическая система — общее название международной десятичнойсистемы единиц, основанной на использовании метра и килограмма. На протяжении двух последних веков существовали различные варианты метрической системы, различающиеся выбором основных единиц. В настоящее время повсеместно признанной является Международная система единиц (СИ). При некоторых различиях в деталях, элементы системы одинаковы во всем мире. Метрические единицы широко используются по всему миру как в научных целях, так и в повседневной жизни. В настоящее время метрическая система официально принята во всех государствах мира, кроме США, Либерии и Мьянмы (Бирма).

Основное отличие метрической системы от применявшихся ранее традиционных систем заключается в использовании упорядоченного набора единиц измерения. Для любой физической величины существует лишь одна главная единица и набор дольных и кратных единиц, образуемых стандартным образом с помощью десятичных приставок. Тем самым устраняется неудобство от использования большого количества разных единиц (таких, например, как дюймы, футы, фадены, мили и т. д.) со сложными правилами преобразования между ними. В метрической системе преобразование сводится к умножению или делению на степень числа 10, то есть к простой перестановке запятой в десятичной дроби.

Основные единицы Международной системы единиц (СИ) – семь единиц измерения основных величин Международной системы величин (фр. International Systè me de grandeurs, англ. International System of Quantities, ISQ), принятые Генеральнойконференциейпомерамивесам. Основными величинами Международной системы величин являются длина, масса, время, электрический ток, термодинамическая температура, количество вещества и сила света. Единицы измерения для них — основные единицы СИ — метр, килограмм, секунда, ампер, кельвин, моль и кандела, соответственно^[1][2].

Остальные единицы СИ являются производными и образуются из основных с помощью уравнений, связывающих друг с другом физические величины Международной системы величин.

Основная единица может использоваться и для производной величины той же размерности. Например, количество осадков определяется как частное от деления объёма на площадь и в СИ выражается в метрах. В этом случае метр используется в качестве когерентной производной единицы^[2][4].

Наименования и обозначения основных единиц, так же как и всех других единиц СИ, пишутся маленькими буквами (например, метр и его обозначение м). У этого правила есть исключение: обозначения единиц, названных фамилиями учёных, пишутся с заглавной буквы (например, ампер обозначается символом А).

6. Что такое эталон? Виды эталонов. Эталоны единиц измерения электрических величин. Международная эталонная база. Эталонная база России.

Этало́ н (англ. measurement standard, etalon, фр. é talon) — средство измерений (или комплекс средств измерений), обеспечивающее воспроизведение и (или) хранение единицы, а также передачу её размера нижестоящим по поверочной схемесредствам измерений и утверждённое в качестве эталона в установленном порядке.

Виды эталонов

· Первичный эталон — это эталон, воспроизводящий единицу физической величины с наивысшей точностью, возможной в данной области измерений на современном уровне научно-технических достижений. Первичный эталон может быть национальным (государственным) и международным.

· Вторичный эталон — эталон, получающий размер единицы непосредственно от первичного эталона данной единицы.

· Эталон сравнения — эталон, применяемый для сличений эталонов, которые по тем или иным причинам не могут быть непосредственно сличены друг с другом.

· Исходный эталон — эталон, обладающий наивысшими метрологическими свойствами (в данной лаборатории, организации, на предприятии), от которого передают размер единицы подчинённым эталонам и имеющимся средствам измерений.

· Рабочий эталон — эталон, предназначенный для передачи размера единицы рабочим средствам измерений.

· Государственный первичный эталон — первичный эталон, признанный решением уполномоченного на то государственного органа в качестве исходного на территории государства.

· Международный эталон — эталон, принятый по международному соглашению в качестве международной основы для согласования с ним размеров единиц, воспроизводимых и хранимых национальными эталонами.

Эталоны единиц измерения электрических величин.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ, измерение электрических величин, таких, как напряжение, сопротивление, сила тока, мощность. Измерения производятся с помощью различных средств – измерительных приборов, схем и специальных устройств. Тип измерительного прибора зависит от вида и размера (диапазона значений) измеряемой величины, а также от требуемой точности измерения. В электрических измерениях используются основные единицы системы СИ: вольт (В), ом (Ом), фарада (Ф), генри (Г), ампер (А) и секунда (с).

Электрическое измерение – это нахождение (экспериментальными методами) значения физической величины, выраженного в соответствующих единицах (например, 3 А, 4 В). Значения единиц электрических величин определяются международным соглашением в соответствии с законами физики и единицами механических величин. Поскольку «поддержание» единиц электрических величин, определяемых международными соглашениями, сопряжено с трудностями, их представляют «практическими» эталонами единиц электрических величин. Такие эталоны поддерживаются государственными метрологическими лабораториями разных стран. Например, в США юридическую ответственность за поддержание эталонов единиц электрических величин несет Национальный институт стандартов и технологии. Время от времени проводятся эксперименты по уточнению соответствия между значениями эталонов единиц электрических величин и определениями этих единиц. В 1990 государственные метрологические лаборатории промышленно развитых стран подписали соглашение о согласовании всех практических эталонов единиц электрических величин между собой и с международными определениями единиц этих величин.

Эталонная база в области измерений параметров ионизирующих излучений насчитывает 14 ГЭ и обеспечивает воспроизведение их величин, как активность радионуклидов и масса радия, экспозиционная, поглощенная и эквивалентная дозы, поток энергии и др. Погрешность воспроизведения единиц в этой области составляет доли - единицы процента.

Создается эталонная база для аттестации первичных СО теплофизических свойств при температуре до 800 С.

Основу эталонной базы в этой области составляют эталоны, которые воспроизводят единицы наиболее точно и определяют размер остальных производных единиц.

Эталонная база России имеет в своем составе 114 государственных эталонов (ГЭ) и более 250 вторичных эталонов единиц физических величин. Из них 52 находятся во Всероссийском научно-исследовательском институте метрологии им. ВНИИМ, Санкт-Петербург), в том числе эталоны метра, килограмма, ампера, кельвина и радиана; 25 - во Всероссийском научно-исследовательском институте физико-технических и радиотехнических измерений (ВНИИФТРИ, Москва), в том числе эталоны единиц времени и частоты; 13 - во Всероссийском научно-исследовательском институте оптико-физических измерений, в том числе эталон канделлы; соответственно 5 и 6 - в Уральском и Сибирском научно-исследовательских институтах метрологии.

В эталонной базе России, являющейся ее национальным богатством, концентрируется научно-технический потенциал страны. Уровень эталонной базы в конечном счете определяет уровень всех технических измерений, так как именно государственные эталоны и комплексы установок высшей точности создают объективную основу для получения достоверной и точной информации о количестве и качестве используемых в народном хозяйстве продукции, сырья, материалов, энергоресурсов и пр.

7. Единицы и эталоны длины и времени. Единица и эталон температуры. Единицы количества вещества, массы, силы света и тока.

Эталон единицы длины – метр

В 1960 году XI Генеральной конференцией по мерам и весы было принято новый волновой эталон метра, который выражается в длинах световых волн в вакууме оранжевой линии спектру криптона-86. Согласно решению конференции " метр — это длина, которая равняется 1 650 763, 73 длин волн излучения в вакууме и отвечает переходу между уровнями 2р₁₀и 5d₅атома криптона-86".

В Украине эталон метра хранится в Харьковском научно-производственном объединении " Метрология".

По решению последней Генеральной конференции по мерам и весы принятое такое определение единицы длины метр: метр — длина пути, который проходит свет в вакууме за

часть секунды.

Эталон единицы массы - килограмм.

При установлении метрической меры за единицу массы приняты массу одного кубического дециметра чистой воды при температуре, которая обеспечивает ее самую большую плотность (4 °С).

Изготовленный на основе точных взвешиваний первый прототип килограмма есть платиновой цилиндрической гирей высотой 39 мм, что равняется диаметру цилиндра. Как и прототип метра, килограмм передан на хранение в Национальный архив Франции.

Международный прототип килограмма — это гиря в виде прямого цилиндра с округленными ребрами диаметром и высотой 39 мм.

Государственным первичным эталоном килограмма в бывшем СССР был платиново - иридиевый прототип № 12 — гиря в виде прямого цилиндра с округленными ребрами, диаметром и высотой 39 мм.

Эталон единицы времени – секунда.

В 1967 г. XIII Генеральная конференция по мерам и весы постановила новое определение секунды как интервала времени, на протяжении которого происходит 9 192 631 770 колебаний. Такие колебания отвечают резонансной частоте энергетического перехода между уровнями сверхтонкой структуры основного состояния атома цезия-133 при отсутствии возмущений внешними полями.

Стабильность цезиевых эталонов равняется 10-11, что позволяет использовать их службам времени и частоты.

Эталон единицы силы электрического тока — ампер.

IX Генеральная конференция по мерам и весы в 1948 г. постановила такое определение ампера: " Ампер — сила неизменного тока, который проходя по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и слишком малого круглого перереза и размещенными на расстоянии 1 метра друг от друга в вакууме, при силе тока в проводниках в 1 А образовывал бы между проводниками силу

взаимодействия в 2 *10-7Н на каждый метр длины".

Государственный первичный эталон ампера — это комплекс измерительных средств в составе токовых весов электродинамической системы, весов с дистанционным управлением и аппаратуры для передачи размера единицы. Погрешность воспроизведения размера единицы силы тока государственным первичным эталоном ампера не превышает 1·10^-3 %.

Достижение современной физики в области исследования атомного ядра раскрывают новые возможности для разработки совершенных эталонов единицы электрического тока и заряда.

Эталон единицы температуры — кельвин

X Генеральная конференция по мерам и весы в 1954 году утвердила решение о термодинамической температурной шкале с одной реперной точкой — тройной точкой воды, которая высшая чем точка таяния льда на 0, 01 °С (273, 16 К).

Таким образом, термодинамическая температура есть основной и обозначается символом Т. Ее единицей служит кельвин — 1/273, 16 части тройной точки воды.

Температура в градусах Цельсия обозначается символом и и определяется таким образом:

t = Т - Т_о,

где T_о= 273, 15 К.

Градус Цельсія равняется кельвину.

Измерение температуры за термодинамической шкалой путем прямой ее реализации с помощью газовых термометров связано с серьезными трудностями, поэтому была принята Международная практическая температурная шкала, которая основывается на воспроизведении 11 равновесных состояний веществ (водорода, неона, кислорода, воды, цинка, золота и др.).

Эталон единицы силы света — кандела

В 1967 году Генеральная конференция по мерам и весы определила за единицу силы света канделу. Этот свет, который излучается с плоскости перерезом 1/600 000 м ² полного излучателя в перпендикулярном до этого перереза направления при температуре твердения платини и давления в 101 325 Па. Государственный первичный эталон единицы света — кандела составляется с двух взаимозаменяемых полных излучателей и аппаратуры измерения. Полный излучатель представляет собой тонкостенной трубку из оксида тория, погруженную в расплавленную платину. Нагревание платины проводится в высокочастотной индукционной печи, а измерение силы света — с помощью фотоэлектрического фотометра.

Среднее квадратичное отклонение результата воспроизведения и передачи единицы силы света государственным эталоном не превышает 2 • 10~³.

8. Дополнительные и производственные единицы системы СИ.