Классификация физических величин.

Классификация физических величин.

Для более детального изучения физических величин необходимо классифицировать и выявить общие метрологические особенности их отдельных групп. По видам явлений физические величины делятся на следующие группы:

• вещественные, то есть описывающие физические и физико-химические свойства веществ, материалов и изделий из них. К этой группе относятся масса, плотность, электрическое сопротивление, емкость, индуктивность и др.

• энергетические, то есть величины, описывающие энергетические характеристики процессов преобразования, передачи и использовании энергии. К ним относятся ток, напряжение, мощность, энергия. Эти величины называют активными. Они могут быть преобразованы в сигналы

измерительной информации без использования вспомогательных источников энергии;

• характеризующие протекание процессов во времени. К этой группе относятся различного рода спектральные характеристики, корреляционные функции и др.

 

По принадлежности к различным группам физических процессов физические величины:

пространственно-временные,

механические,

тепловые,

электрические и магнитные,

акустические,

световые,

физико-химические,

ионизирующих

излучений,

атомной и ядерной физики.

 

По степени условной независимости от других величин данной группы физические величины: основные (условно независимые),

производные (условно зависимые)

дополнительные.

 

По наличию размерности физические величины:

Размерные

безразмерные.

 

3. Метрические шкалы: общая характеристика, примеры.

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

Шкала интервалов

Q=Q0+q[Q], где Q0 — начальное значение, [Q] — единица измерения, а q — числовое значение.

Задаётся Q и Q0 [предел величины] — это реперные точки. Это шкалы температуры (цельсий, фаренгейт, риомер) Единица восприятия как интервал, тогда размер — некая доля (число) интервалов. Начало отсчёта выбирают по-разному. Применяются для объектов, свойств коих удволетворяют понятиям эквивалентности, порядка и аддитивности.

Отличительные особенности шкалы:

•нулевая точка произвольная;

•есть единицы измерения;

•можно оценить результат измерения;

•можно складывать, вычитать и делить интервалы.

Шкала отношений

Шкалой отношений измеряют физические величины, для которых возможны арифметические действия. В них есть однозначный критерий нулевого количественного проявления. Кроме того, есть единицы измерений, устанавливаемые по соглашению, и естестввенное начало отсчёта. Формально, это шкала интервалов с ествественным началом отсчёта.

Q=m[Q], где m — значение, [Q] — единица измерения.

Пример: масса, сила тока, направление, термодинамическая температура.

Абсолютная шкала

Это шкалы относительных величин (коэффициенты усиления, преломления и пр.). Имеют естественное и однозначное определение единицы и не зависят от принятой системы единиц измерения.

 

4. Неметрические шкалы: общая характеристика, примеры.

Условная шкала физической величины – шкала физической величины, исходные значения которой выражены в условных единицах. Нередко условные шкалы называют неметрическими шкалами. Шкала твердости минералов Мооса, шкалы твердости металлов (Бринелля, Виккерса, Роквелла и др.).

Шкала наименований

Основана на приписывании объекту цифр и знаков, играющих роль простых имён. Это нужно для их нумерации с целью их идентификации. Для составления создаются экспертные оценки.

Шкала порядка

Описывает свойство, для которого имеет смысл не только отношение эквивалентности, но и шкала порядка по возрастанию-убыванию. Шкала приниципиально нелинейна, вид нелинейности неизвестен. Одно и то же свойство можно описать несколькими разными шкалами.

Единицы измерения нет, нулевой элемент возможен, вопрос «больше или меньше» применим, в отличие от «во сколько раз» — отсутствие арифметических действий и погрешности. Отсутствует и среднее арифметическое (например, шкалы вязкости, сложности пожаров, оценки событий на АЭС). Это неметрические шкалы, они могут быть дискретными или непрерывными.

 

5. Размерные физические величины: единица физической величины, значение ФВ, числовые значения ФВ, размер, размерность ФВ.

Единицы физических величин -конкретные физические величины, условно принятые за единицы физических величин.

Значение физической величины – выражение размера физической величины в виде некоторого числа принятых для нее единиц.

Числовое значение физической величины – отвлеченное число, входящее в значение величины.

Размер физической величины – количественная определенность физической величины, присущая конкретному материальному объекту, системе, явлению или процессу.

Размерность физической величины — выражение, показывающее связь данной величины с физическими величинами, положенными в основу системы единиц.

В системе величин LMT размерность величины Х будет: dim X = L^l*M^m*T^t, где L, M, T – символы величин, принятых за основные (соответственно длины, массы, времени) (степень - показатель размерности, если все нули - безразмерная).

Основные и дополнительные единицы ФВ системы СИ.

Основные единицы измерения СИ и их величины:

Метр для длины, L

Килограмм для массы, M

Секунда для времени, T

Ампер для силы электрического тока, I

Кельвин для термодинамической температуры, Θ

Моль для количества вещества. N

Кандела для силы света, K

К дополнительным физическим величинам относятся:

плоский и телесный углы (радиан и стерадиан)

 

Международная система единиц (система СИ), принципы построения; достоинства и преимущества.

Международная система единиц, СИ — система единиц физических величин, современный вариант метрической системы. СИ является наиболее широко используемой системой единиц в мире, как в повседневной жизни, так и в науке и технике.

 

Принцип построения: удобен такойвыбор единиц измерения, при котором произвольно и независимо друг от друга устанавливаются единицы измерения для сравнительно небольшого числа величин, а все остальные единицы измерения устанавливаются на основе известных закономерностей, существующих между этими величинами.

Достоинства международной системы СИ (1960 г.):

• универсальность;

• унификация областей и видов измерений;

• когерентность величин;

• возможность высокоточного воспроизведения единиц в соответствии с их определением;

• упрощение записи формул в связи с отсутствием производных коэффициентов;

• одна система образования кратных и дольных единицы (основные единицы, производные, внесистемные, дополнительные, когерентная система единиц, когерентные производные, кратные идеальные единицы)

 

Эталоны. Свойства эталонов.

Эталон — средство измерений (или их комплекс), предназначенный для воспроизведения и (или) хранения единицы и передачи её размера нижестоящим по поверочной схеме средств измерения и утверждения в качестве эталона в установленном порядке.

Свойства эталонов:

• неизменность;

• воспроизводимость;

• сличаемость (возможность сличения с эталоном других средств измерения в поверочной схеме с наивысшей точностью).

Эталоны длины и массы, хранящиеся в Международном бюро мер и весов в Севре.

 

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.

 

 

Постулаты метрологии.

Постулаты метрологии — требования или принципы, принимаемые бездоказательно или служащие основой для построения научной теории. При этом возникают определённые трудности с формулировкой основных постулатов метрологии: с одной стороны постулат объективен, а с другой — нет.

Постулат №1

«Истинное значение измеряемой физической величины постоянно. Для измерения переменной физической величины надо определить её постоянный параметр — измеряемую физическую величину»

Постулат №2

«Существует пороговое несоответствие измеряемой величины и измеряемого свойства объекта, оно ограничивает точность измерения.»

Следствие: истинное значение измеряемой величины отыскать невозможно

 

16. Принципы и методы выполнения измерений. (МВи=)

Принцип измерений – физическое явление или эффект, положенное в основу измерений.

1. Применение эффекта Джозефсона для измерения электрического напряжения.

2. Применение эффекта Пельтье для измерения поглощенной энергии ионизирующих излучений.

3. Применение эффекта Доплера для измерения скорости.

4. Использование силы тяжести при измерении массы взвешиванием.

 

Метод измерения — приём или совокупность приёмов сравнения измеряемой физической величины с её единицей в соответствии с принципом измерения.

•Физические принципы измеререний;

•Режим взаимодействия объекта и измерителя;

1.Статическое;

2.Динамическое.

•Вид измерительных сигналов.

1.Аналоговые;

2.Цифровые.

•Метод непосредственной оценки

•Метод сравнения с мерой

1.Дифференциальный;

2.Замещения;

3.Совпадения;

4.Противопоставления;

5.Нулевой.

Наболее распространена классификация по совокупности приёмов и средств измерений.

Дифференциальный метод эффективен тогда, когда практическое значение измеряемой величины имеет отклонение от номинальной величины. Метод сочетает в себе часть признаков метода непосредственной оценки и может быть точным, если величины мало отличаются.

Нулевой метод — развитие дифференциального. В этом методе нет потребления мозности измерительной цепью. Также используются мостовые схемы (уравновешенные).

Метод замещения — поочерёдное измерение прибором шкалой величины и меры, однородной с измеряемой величиной. По результатам этих измерений искомая величина и вычисляется.

Метод совпадений — разность между измеряемой величиной и величиной воспроизводимой мерой. Используют совпадения отметок шкал или периодических сигналов.

Метод противопоставления — уравнение с мерой, где измеряемая величина и величина, воспроизводимая мерой одновременно воздействуют на прибор сравнения.

 

17. Сущность и особенность процесса измерений.

18. Результаты и условия измерений. Качество измерений.

 

По характеру проявления.

•Статические;

•Динамические.

 

Классификация физических величин.

Для более детального изучения физических величин необходимо классифицировать и выявить общие метрологические особенности их отдельных групп. По видам явлений физические величины делятся на следующие группы:

• вещественные, то есть описывающие физические и физико-химические свойства веществ, материалов и изделий из них. К этой группе относятся масса, плотность, электрическое сопротивление, емкость, индуктивность и др.

• энергетические, то есть величины, описывающие энергетические характеристики процессов преобразования, передачи и использовании энергии. К ним относятся ток, напряжение, мощность, энергия. Эти величины называют активными. Они могут быть преобразованы в сигналы

измерительной информации без использования вспомогательных источников энергии;

• характеризующие протекание процессов во времени. К этой группе относятся различного рода спектральные характеристики, корреляционные функции и др.

 

По принадлежности к различным группам физических процессов физические величины:

пространственно-временные,

механические,

тепловые,

электрические и магнитные,

акустические,

световые,

физико-химические,

ионизирующих

излучений,

атомной и ядерной физики.

 

По степени условной независимости от других величин данной группы физические величины: основные (условно независимые),

производные (условно зависимые)

дополнительные.

 

По наличию размерности физические величины:

Размерные

безразмерные.

 

3. Метрические шкалы: общая характеристика, примеры.

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

Шкала интервалов

Q=Q0+q[Q], где Q0 — начальное значение, [Q] — единица измерения, а q — числовое значение.

Задаётся Q и Q0 [предел величины] — это реперные точки. Это шкалы температуры (цельсий, фаренгейт, риомер) Единица восприятия как интервал, тогда размер — некая доля (число) интервалов. Начало отсчёта выбирают по-разному. Применяются для объектов, свойств коих удволетворяют понятиям эквивалентности, порядка и аддитивности.

Отличительные особенности шкалы:

•нулевая точка произвольная;

•есть единицы измерения;

•можно оценить результат измерения;

•можно складывать, вычитать и делить интервалы.

Шкала отношений

Шкалой отношений измеряют физические величины, для которых возможны арифметические действия. В них есть однозначный критерий нулевого количественного проявления. Кроме того, есть единицы измерений, устанавливаемые по соглашению, и естестввенное начало отсчёта. Формально, это шкала интервалов с ествественным началом отсчёта.

Q=m[Q], где m — значение, [Q] — единица измерения.

Пример: масса, сила тока, направление, термодинамическая температура.

Абсолютная шкала

Это шкалы относительных величин (коэффициенты усиления, преломления и пр.). Имеют естественное и однозначное определение единицы и не зависят от принятой системы единиц измерения.

 

4. Неметрические шкалы: общая характеристика, примеры.

Условная шкала физической величины – шкала физической величины, исходные значения которой выражены в условных единицах. Нередко условные шкалы называют неметрическими шкалами. Шкала твердости минералов Мооса, шкалы твердости металлов (Бринелля, Виккерса, Роквелла и др.).

Шкала наименований

Основана на приписывании объекту цифр и знаков, играющих роль простых имён. Это нужно для их нумерации с целью их идентификации. Для составления создаются экспертные оценки.

Шкала порядка

Описывает свойство, для которого имеет смысл не только отношение эквивалентности, но и шкала порядка по возрастанию-убыванию. Шкала приниципиально нелинейна, вид нелинейности неизвестен. Одно и то же свойство можно описать несколькими разными шкалами.

Единицы измерения нет, нулевой элемент возможен, вопрос «больше или меньше» применим, в отличие от «во сколько раз» — отсутствие арифметических действий и погрешности. Отсутствует и среднее арифметическое (например, шкалы вязкости, сложности пожаров, оценки событий на АЭС). Это неметрические шкалы, они могут быть дискретными или непрерывными.

 

5. Размерные физические величины: единица физической величины, значение ФВ, числовые значения ФВ, размер, размерность ФВ.

Единицы физических величин -конкретные физические величины, условно принятые за единицы физических величин.

Значение физической величины – выражение размера физической величины в виде некоторого числа принятых для нее единиц.

Числовое значение физической величины – отвлеченное число, входящее в значение величины.

Размер физической величины – количественная определенность физической величины, присущая конкретному материальному объекту, системе, явлению или процессу.

Размерность физической величины — выражение, показывающее связь данной величины с физическими величинами, положенными в основу системы единиц.

В системе величин LMT размерность величины Х будет: dim X = L^l*M^m*T^t, где L, M, T – символы величин, принятых за основные (соответственно длины, массы, времени) (степень - показатель размерности, если все нули - безразмерная).