Основы метрологии: практикум по метрологии и измерениям - Пронкин Н.С.
ISBN 978-5-98704-267-4
Скачать (прямая ссылка):
Ответ. Исходными понятиями метрологии, составляющими основу ее логического построения, являются: понятия натурального ряда однородных ФВ, шкалы реперов, единиц измерения ФВ, функционального преобразования и измерительного преобразователя. В этих понятиях заключена вся процедура осуществления измерения и этапы преобразования измеряемой величины в форму, пригодную для восприятия оператором (человеком). В ряде прямых измерений могут отсутствовать этапы функционального преобразования и измерительного преобразователя.
Пример 1.11. Измеряется температура в помещении в градусах Цельсия с помощью спиртового термометра. Указать, какие этапы преобразования в соответствии с исходными понятиями метрологии осуществляются для получения результата измерения.
Измеряемой ФВ является температура, которая характеризуется понятиями больше и меньше или теплее и холоднее. Таким образом температуру в различных точках окружающей среды можно характеризовать натуральным рядом температур окружающей среды (или различных физических объектов), например в порядке ее возрастания.
Для того чтобы привязать температуру в помещении к понятным значениям температур окружающего нас физического мира, используют различные шкалы, и прежде всего шкалы, которые задаются с помощью некоторых реперных значений. Для измерения температуры в помещении используются две реперные точки Международной практической шкалы температур: температурная точка равновесия между жидкой и парообразной фазами воды (точка кипения воды, соответствующая 1000C) и температурная точка, соответствующая равновесию между твердой, жидкой и парообразной фазами воды (тройная точка воды). Этот температурный
19
интервал между реперными точками делится на 100 и таким образом устанавливается единица температуры — один градус Цельсия (ГС).
В качестве единицы измерения в настоящем примере взят один градус Цельсия — единица температуры системы единиц Si, разрешенная к применению в рамках этой системы наряду с основной единицей температуры — Кельвином (в системе SI принято, что 1 K= ГС).
При измерении температуры спиртовым термометром используется функциональное преобразование: зависимость температурного расширения спирта в термометре при увеличении температуры окружающей среды. Увеличение размеров столбика спирта привязывается с помощью ряда контрольных точек (как правило в начале, конце и в середине шкалы) к известным (реперным) значениям температуры. Промежуточные точки получают путем равномерного разбиения интервалов между реперными точками.
Измерительным преобразователем в этом измерении является термометр — герметично запаянная трубка со спиртом и шкала с нанесенными делениями, которым в результате градуировки присвоены определенные значения температуры в единицах градуса Цельсия.
Пример 1.12. Измеряется температура объекта в градусах Цельсия в помещении с помощью термопары. Указать, какие этапы преобразования в соответствии с исходными понятиями метрологии осуществляются для получения результата измерения.
Функциональное преобразование в этом примере представляет собой зависимость контактной разности потенциалов, возникающей в месте соединения двух проводников, изготовленных из разных материалов, от температуры этого соединения. Роль измерительного преобразователя выполняет термопара, осуществляющая преобразование температуры в напряжение, пропорциональное температуре.
2. Вопрос. В чем суть процесса измерений?
Ответ. В основе любого измерения или измерительного процесса лежит сравнение измеряемой ФВ с известной величиной, принятой за единицу.
Пример 1.13. Объясните процесс измерения на примере измерения длины.
При прямом измерении длины «единица длины» заложена в делениях измерительной линейки или штангенциркуля, нанесенных на эти СИ. Цена деления на них, как правило, соответствует 10~3 основной единицы длины — метра, т.е. миллиметру.
20
Пример 1.14. Объясните процесс измерения на примере измерения электрического напряжения.
При измерениях напряжения на участке электрической цепи с помощью вольтметра «единица» измерения заложена в шкале прибора, которая проградуирована с помощью более точных СИ в единицах, пропорциональных основной единице измерения напряжения — вольту.
3. Вопрос. Что такое единство измерений и как оно практически обеспечивается?
Ответ. Обеспечение единства измерений является основной задачей метрологии, можно сказать, главной задачей, поскольку единство измерения — это тот стержень, на который нанизываются все другие задачи метрологии. Определение понятия единства измерений приведено в разд. 1.1, из которого видно, что:
— результат измерения должен выражаться в узаконенных единицах — в единицах той системы единиц, которая в настоящее время принята компетентным органом в стране (в России в настоящее время принята международная система единиц Si);
— в стране должна существовать система эталонов, которые должны воспроизводить основные единицы системы SI и поверочные схемы, обеспечивающие передачу размеров основных единиц к эталонам более низких разрядов и рабочим СИ;
