Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Національний університет Львівська політехніка
Інститут:
Інститут комп’ютерних технологій, автоматики та метрології
Факультет:
Не вказано
Кафедра:
Захист інформації
Інформація про роботу
Рік:
2009
Тип роботи:
Конспект лекцій
Предмет:
Метрологія, стандартизація, сертифікація та акредитація
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ "ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА"
КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ
з дисципліни
«МЕТРОЛОГІЯ, СТАНДАРТИЗАЦІЯ, СЕРТИФІКАЦІЯ ТА АКРЕДИТАЦІЯ»
для студентів базових напрямів
0201 “Документознавство та інформаційна діяльність”
1601 “Інформаційна безпека”
0913 “Метрологія та вимірювальна техніка”
0915 “Комп’ютерна інженерія”
Затверджено
на засіданні кафедри
«Метрологія,
стандартизація та
сертифікація»
Протокол № 7
від 29.01.2004 р.
Львів - 2004
Конспект лекцій з дисципліни «Метрологія, стандартизація, сертифікація та акредитація» для студентів базових напрямів 0201 “Документознавство та інформаційна діяльність”, 1601 “Інформаційна безпека”, 0913 “Метрологія та вимірювальна техніка”, 0915 “Комп’ютерна інженерія” / Укл. М.М. Микийчук, Т.З. Бубела, Т.Г. Бойко, -Львів: Видавництво Національного університету "Львівська політехніка", 2004, - 104 с.
Укладачі Микийчук М.М., канд. техн. наук, доц.
Бубела Т.З. ., канд. техн. наук, асист.
Бойко Т.Г., канд. техн. наук, доц.
Відповідальний за випуск Столярчук П.Г., д-р. техн. наук, проф.
Рецензент Бичківський Р.В., д-р. техн. наук, проф.
ЗМІСТ
1. МЕТРОЛОГІЯ 2
Вступ. Основні терміни в галузі метрології 2
1.1. ПОНЯТТЯ ФІЗИЧНОЇ ВЕЛИЧИНИ 2
1.1.1. Види фізичних величин 2
1.1.2. Одиниці фізичних величин 2
1.1.3. Розмірності фізичних величин 2
1.1.4. Види систем одиниць 2
1.1.5. Міжнародна система одиниць 2
1.1.6. Практичні рекомендації з правильного застосування елементів системи SI 2
1.2. ВИМІРЮВАННЯ 2
1.2.1. Вимірювання і вимірювальна інформація 2
1.2.1.1. Поняття вимірювання і вимірювальної інформації 2
1.2.1.2. Вимірювальні сигнали, перетворення вимірювальних сигналів, форми вимірювальної інформації 2
1.2.1.3. Поняття результату і похибки вимірювання 2
1.2.2. Поняття, що пов'язані з вимірюванням 2
1.2.2.1. Принцип, метод, режим, алгоритм і процес вимірювання 2
1.2.2.2. Методики виконання вимірювань 2
1.2.2.3. Лічба, контроль, розпізнавання образів, діагностика стану об'єктів і їх зв'язок з вимірюваннями 2
1.2.2.4. Засоби, методи і алгоритми контролю 2
1.2.3. Класифікація вимірювань 2
1.2.3.2. Абсолютні і відносні, аналогові і цифрові, звичайні та статистичні вимірювання 2
1.2.3.3. Класифікація методів вимірювань 2
1.3. ЗАСОБИ ВИМІРЮВАЛЬНОЇ ТЕХНІКИ 2
1.3.1. Класифікація засобів вимірювань 2
1.3.1.1. Поняття і види засобів вимірювань 2
1.3.1.2. Класифікація вимірювальних приладів 2
1.3.1.3. Поняття еталона, зразкових і робочих засобів вимірювань 2
1.3.2. Структура засобів вимірювань 2
1.3.2.1. Принцип дії, вимірювальне коло і види схем засобів вимірювань 2
1.3.2.2. Структурні схеми і види перетворень 2
1.3.2.3. Узагальнена структурна схема вимірювальної інформаційної системи 2
1.4. ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ДЕРЖАВНОЇ ДИСЦИПЛІНИ І НАГЛЯД ЗА ДОТРИМАННЯМ МЕТРОЛОГІЧНИХ ПРАВИЛ 2
1.4.1. Забезпечення єдності вимірювань в Україні 2
1.4.2. Метрологічний нагляд і контроль 2
1.4.3. Державні випробування засобів вимірювальної техніки 2
1.4.4. Метрологічна атестація засобів вимірювальної техніки 2
1.4.5. Повірка засобів вимірювальної техніки 2
1.4.6. Калібрування засобів вимірювальної техніки 2
2. СТАНДАРТИЗАЦІЯ 2
Вступ. Основні терміни і визначення в галузі стандартизації 2
2.1. Нормативно-правові та методичні основи стандартизації 2
2.1.1. Нормативно-правові основи стандартизації 2
2.1.2. Методичні основи стандартизації 2
2.2. Державна система стандартизації 2
2.2.1. Органи та служби стандартизації України 2
2.2.2. Об'єкти державної стандартизації 2
2.2.3. Різновиди нормативних документів і стандартів 2
2.2.4. Застосування стандартів та технічних регламентів 2
2.3. Організація робіт з стандартизації 2
2.3.1. Розробка і перевірка стандартів 2
2.3.2. Загальні вимоги до побудови, викладу, оформлення та змісту стандартів 2
2.3.3. Впровадження стандартів і державний нагляд при їх застосуванні 2
2.3.4. Нормоконтроль технічної документації 2
2.4. Техніко-економічна ефективність стандартизації 2
2.5. Системи стандартів 2
2.6. Інформаційне забезпечення робіт з стандартизації 2
2.6.1. Міжнародна інформаційна система 2
2.6.2. Інформаційне забезпечення в Україні 2
2.6.3. Національний центр міжнародної інформаційної мережі ISONET WTO 2
2.6.4. Українські класифікатори техніко-економічної інформації 2
2.6.5. Видавнича та пропагандистська діяльність Держстандарту 2
2.7. Міжнародна стандартизація 2
2.7.1. Міжнародна організація з стандартизації (ISO) 2
Рис. 2.1. Організаційна структура ISO 2
2.7.2. Міжнародна електротехнічна комісія (ІЕС) 2
2.7.3. Європейський комітет зі стандартизації - СЕN. 2
2.7.4. Міжнародні організації, що співпрацюють з ISO 2
2.7.5. Міжнародні стандарти серії ISO 9000 і ISO 10000 2
2.7.5.1. Склад стандартів серії ISO 9000 і ISO 10000 2
2.7.5.2. Вибір та застосування стандартів 2
2.7.5.3. Вимоги, що містять стандарти серії ISO 9000 2
2.7.5.4. Тенденції розвитку міжнародної стандартизації систем якості 2
3. СЕРТИФІКАЦІЯ ТА АКРЕДИТАЦІЯ 2
Вступ. Основні поняття та відомості про сертифікацію продукції 2
3.1. Специфіка організації та виконання робіт із сертифікації 2
3.2. Органи з сертифікації 2
3.2.1. Структура системи сертифікації УкрСЕПРО 2
3.2.2. Знаки відповідності ситеми УкрСЕПРО 2
3.3. Сертифікація продукції в ситемі УкрСЕПРО 2
3.3.1. Порядок сертифікації продукції 2
3.3.2. Вимоги до нормативних документів на продукцію, що сертифікується 2
3.3.3. Правила та порядок проведення робіт з сертифікації 2
3.4. Акредитація органів з оцінки відповідності 2
3.4.1. Вимоги до випробувальних лабораторій та порядок їх акредитації 2
3.4.1.1. Загальні питання організації випробувальних лабораторій 2
3.4.1.2. Випробувальне обладнання, ЗВТ випробувальної лабораторії та методи випробувань продукції 2
3.4.1.3. Права та обов’язки акредитованої випробувальної лабораторії 2
3.4.1.4. Порядок акредитації випробувальних лабораторій 2
3.4.1.5. Інспекційний контроль за діяльністю акредитованих лабораторій та скасування акредитації 2
3.4.2. Акредитація органів з сертифікації продукції 2
3.4.2.1. Загальні питання акредитації органів з сертифікації продукції 2
3.4.2.2. Вимоги до документації органу з сертифікації 2
3.4.2.3. Акредитація органу з сертифікації 2
3.4.3. Вимоги до органів з сертифікації систем якості та порядок їх акредитації 2
3.5. Вимоги до аудиторів та порядок їх акредитації 2
3.5.1. Загальні питання акредитації аудиторів та критерії їх оцінки 2
3.5.2. Права, обов’язки і відповідальність аудиторів 2
3.5.3. Атестація аудиторів та порядок скасування атестата 2
3.6. Акредитація органів та служб і інспекторів на право проведення державних випробувань, повірки і калібрування ЗВТ та атестації методик виконання вимірювань 2
1. МЕТРОЛОГІЯ
Вступ. Основні терміни в галузі метрології
Метрологія - наука про вимірювання, методи і засоби забезпечення їх єдності та способи досягнення потрібної точності. Вимірювання - знаходження значень фізичних величин експериментальним шляхом. Фізична величина - будь-яка властивість матеріального об'єкту, яку можна кількісно визначити. Єдність вимірювань - такий стан вимірювань коли фізичні величини виражені в узаконених одиницях, а значення їх похибок відомі з заданою імовірністю. Метрологія поділяється на теоретичну, прикладну і законодавчу. Теоретична - вирішує загальні наукові проблеми вимірювань. Предметом прикладної метрології є практичне застосування положень теоретичної метрології. Законодавча - полягає у встановленні та контролі за дотриманням спеціальних вимог і правил для забезпечення єдності і потрібної точності вимірювань.
Названі три розділи є взаємопов'язані і мають на меті вирішення ряду завдань, найважливіші серед яких є:
- опрацювання загальної теорії вимірювань;
- розробка теорії певних окремих видів вимірювань;
- розробка теорії фізичних величин, одиниць і систем фізичних величин;
- розробка теорії похибок;
- визначення фізичних констант і стандартних довідкових даних про властивості речовин і матеріалів;
- розробка еталонів і стандартних зразків;
- розробка засобів вимірювання;
- забезпечення правильної експлуатації засобів вимірювальної техніки;
- відтворення розмірів одиниць з допомогою еталонів і передавання їх усім іншим засобам вимірювання;
- нормування метрологічних характеристик засобів вимірювання;
- нормування стандартних вимірювальних процесів і методик виконання вимірювань;
- метрологічний нагляд за засобами вимірювання і правильністю їх застосування.
Порівнюючи окремі завдання можна розрізнити, які з них більше чи менше відповідають окремим трьом розділам метрології, але ніколи їх не можна віднести тільки до одного з них. Однак треба зазначити, що функції прикладної і законодавчої метрологій завжди підпорядковані положенням теоретичної. В свою чергу, положення теоретичної метрології знаходять практичну перевірку при реалізації функцій прикладної та законодавчої метрологій.
Метрологія оперує рядом термінів, що встановлені ДСТУ 2681-94 «Метрологія. Терміни та визначення». Цей стандарт встановлює обов'язкові для використання терміни у всіх видах нормативної документації, науково-технічній, навчально-методичній літературі, що належить до метрології та метрологічного забезпечення, а також робіт зі стандартизації або при використанні результатів цих робіт, включаючи програмні засоби для комп'ютерних систем.
Наведемо характеристику найбільш уживаних з стандартизованих термінів:
фізична величина - властивість, спільна в якісному відношенні для багатьох матеріальних об'єктів та індивідуальна в кількісному відношенні для кожного з них;
розмір (фізичної) величини - кількісний вміст фізичної величини в даному об'єкті;
значення (фізичної) величини - відображення фізичної величини у вигляді числового значення величини із позначенням її одиниці;
істинне значення (фізичної величини) - значення фізичної величини, яке ідеально відображало б певну властивість об'єкта;
умовно істинне значення (фізичної величини) - значення фізичної величини, знайдене експериментальним шляхом і настільки наближене до істинного значення, що його можна використати замість істинного для даної мети (дійсне значення);
система (фізичних) величин - сукупність взаємопов'язаних фізичних величин, в якій декілька величин приймають за незалежні, а інші визначають як залежні від них;
основна (фізична) величина - фізична величина, що входить до системи фізичних величин і прийнята за незалежну від інших величин цієї системи;
похідна (фізична) величина - фізична величина, що входить до системи величин та визначається через основні величини цієї системи;
розмірність фізичної величини - вираз, що відображає її зв'язок із основними величинами системи;
одиниця (фізичної) величини - фізична величина певного розміру, прийнята за угодою для кількісного відображення однорідних з нею величин;
числове значення (фізичної) величини - число, що дорівнює відношенню розміру фізичної величини, що вимірюється, до розміру одиниці цієї фізичної величини чи кратної одиниці;
вимірювання - відображення вимірюваних величин їх значеннями шляхом експерименту та обчислень за допомогою спеціальних технічних засобів;
пряме вимірювання - вимірювання однієї величини, значення якої знаходять безпосередньо без перетворення її роду та використання відомих залежностей;
непряме вимірювання - вимірювання, у якому значення однієї чи кількох вимірюваних величин знаходять після перетворення ряду величини чи обчислення за відомими залежностями їх від декількох величин аргументів, що вимірюються прямо;
опосередковане вимірювання - непряме вимірювання однієї величини з перетворенням її роду чи обчисленнями за результатами вимірювань інших величин, з якими вимірювана величина пов'язана явною функціональною залежністю;
сукупне вимірювання - непряме вимірювання, у якому значення кількох одночасно вимірюваних однорідних величин отримують розв'язанням рівнянь, що пов'язують різне сполучення цих величин, які вимірюються прямо чи опосередковано;
сумісне вимірювання - непряме вимірювання, у якому значення кількох одночасно вимірюваних різнорідних величин отримують розв'язанням рівнянь, які пов'язують їх з іншими величинами, що вимірюються прямо чи опосередковано;
абсолютна похибка (вимірювання) - різниця між результатом вимірювання та умовно істинним значенням вимірюваної величини ;
відносна похибка - відношення абсолютної похибки вимірювання до умовно істинного значення вимірюваної величини;
систематична похибка (вимірювання [засобу вимірювальної техніки]) - складова похибки, що залишається сталою або прогнозовано змінюється у ряді вимірювань тієї самої величини;
випадкова похибка (вимірювання [засобу вимірювальної техніки]) - складова похибки, що непрогнозовано змінюється в ряді вимірювань тієї самої величини;
методична похибка (вимірювання) - складова похибки вимірювання, що зумовлена неадекватністю об'єкта вимірювання та його моделі, принятої при вимірюванні;
інструментальна похибка (вимірювання) - складова похибки вимірювання, зумовлена властивостями засобів вимірювальної техніки;
точність вимірювання - головна характеристика якості вимірювання, що відображає близькість результату вимірювання до істинного значення вимірюваної величини;
засіб вимірювальної техніки - технічний засіб, що застосовується під час вимірювань і має нормовані метрологічні характеристики;
міра (величини) - вимірювальний пристрій, що реалізує відтворення й збереження фізичної величини за, даного значення;
вимірювальний прилад - засіб вимірювань, у якому створюється візуальний сигнал вимірювальної інформації;
метрологічні характеристики - характеристики засобів вимірювань, що нормуються для визначення результату вимірювання та його похибок;
клас точності (засобу вимірювальної техніки [засобу вимірювань]) - узагальнена характеристика засобу вимірювань, що визначається межами його допустимих основної і додаткових похибок, а також іншими характеристиками, що впливають на його точність;
еталон (одиниці фізичної величини) - засіб вимірювальної техніки, що забезпечує відтворення й збереження одиниці фізичної величини та передавання її розміру відповідним засобам, що стоять нижче за повірочною схемою, офіційно затверджений як еталон;
первинний еталон - еталон, що забезпечує відтворення й зберігання одиниці фізичної величини з найвищою в країні (у порівнянні з іншими еталонами) точністю;
робочий еталон - еталон, призначений для передавання розміру фізичної величини засобам вимірювальної техніки;
метрологічна служба - мережа організацій, окрема організація або окремий підрозділ, на які покладена відповідальність за забезпечення єдності вимірювань у закріпленій за ними сфері діяльності;
метрологічне забезпечення - встановлення й застосування метрологічних норм і правил, а також розроблення, виготовлення та застосування технічних засобів, необхідних для забезпечення єдності й потрібної точності вимірювань;
повірка засобів вимірювальної техніки - визначення похибок засобів вимірювальної техніки та встановлення придатності їх до застосування.
Усі матеріали наступних питань базуються на правильному розумінні термінів. Тому в тих місцях, де описані терміни часто вживаються, в контексті питання повторюється їх визначення, що дає змогу швидко зорієнтуватися та зберегти цілісність викладеного матеріалу.
1.1. ПОНЯТТЯ ФІЗИЧНОЇ ВЕЛИЧИНИ
1.1.1. Види фізичних величин
Фізична величина (ФВ) це кожна (одна з багатьох) означена якісно властивість фізичних об'єктів (фізичних тіл, їх систем, станів, процесів), яка може мати певний розмір. Приклади ФВ: довжина, маса, швидкість, сила електричного струму, світловий потік. Розмір ФВ є її атрибутом, що існує об'єктивно, незалежно від наших знань про нього. За характером зв'язків розмірів ФВ з об'єктами, яким вони притаманні, їх поділяють на екстенсивні та інтенсивні величини.
Екстенсивні ФВ (маса, довжина, площа, енергія та ін.) при поділі об'єкта на частини змінюють свої розміри і є аддитивними величинами, тобто їх можна додавати або віднімати.
Інтенсивна величина характеризує стан фізичного об'єкту і при його поділі на частини може зберігати свій розмір, наприклад, густина, температура питомий електричний опір. Інтенсивні ФВ не є аддитивними (густина суміші не дорівнює сумі густини компонентів).
За характером виявлення ФВ поділяються на енергетичні (активні), які здатні самі проявляти свої розміри (температура, напруга) і параметричні (пасивні), опір, індуктивність, ємність, розміри яких проявляються при впливі на об'єкт відповідної активної величини (відповідно активні та пасивні величини визначаються з використанням різних видів вимірювань - прямих та непрямих).
Конкретні ФВ існують в просторі і часі, перебувають в причинно-наслідкових зв'язках з іншими ФВ згідно з законами фізики. Тому розміри ФВ є функціями часу, координат та інших величин.
Розрізняють скалярні і векторні величини. Скалярні - відповідно поділяються на неполярні, що мають тільки розмір (маса, об'єм), і полярні, які мають ще й знак (заряд, напруга). Векторні ФВ (сила, переміщення, швидкість) поруч з розміром мають напрям і отримуються як зміна іншої ФВ в просторі і часі (переміщення - зміна координати в просторі, швидкість - зміна переміщення в часі), а математично описуються похідними.
Розміри ФВ можуть змінюватись неперервно або стрибкоподібно (дискретно). ФВ, розмір якої виражений як функція часу, за визначенням, становить процес, тобто послідовну в часі зміну розміру величини.
1.1.2. Одиниці фізичних величин
Позначимо всі можливі розміри ФВ через X, тобто X - множина розмірів ФВ. Візьмемо серед них довільний розмір X0 і назвемо його розміром одиниці величини X. Тоді відношення X/X0=M буде певним числовим значенням величини Х і кожний можливий її розмір можна виразити через якесь числове значення. Отже, одиниця ФВ - такий її розмір, якому присвоєно числове значення, що дорівнює 1.
Вимірюванням замість числа М знаходять наближене його значення N, через яке отри мують наближене значення ФВ - х=NX0, яке є тільки оцінкою істинного значення величини.
Значення ФВ, яке настільки близьке до істинного її значення, що для даної цілі може бути використане замість істинного, називають дійсним значенням: хД=NдХ0.
ФВ пов'язані поміж собою залежностями, які виражають одні величини через інші. Сукупність пов'язаних такими залежностями величин, серед яких одні умовно вважаються незалежними, а інші виражаються через них, називають системою величин. В системі незалежні величини називаються основними, всі решта - похідними величинами.
Сукупність основних і похідних одиниць певної системи величин становить систему їх одиниць. В побудові системи одиниць вибір основних величин і розмірів їх одиниць теоретично довільний, але практично є продиктований певними раціональними вимогами:
- число основних величин має бути невелике;
- за одиниці мають бути вибрані величини, одиниці яких легко відтворити з високою точністю;
- розміри основних одиниць мають бути такі, щоби на практиці значення всіх величин системи не виражалися ні надто малими, ні надто великими числами;
- похідні одиниці мають бути когерентні, тобто входити в рівняння, що пов'язують їх з іншими одиницями системи, з коефіцієнтом 1.
Одиниці, що не належать ні до основних, ні до похідних одиниць даної системи, називають додатковими. Одиниці, що не входять в жодну з систем, називають поза системними (літр - l, тонна - t; градус - 0 та ін.). До позасистемних одиниць належать також відносні одиниці: процент (відсоток) - о/о; промілле - о/оо; мільйонна частина - ppm (млн-1), а також одиниці що визначаються з відношення двох значень величини - логарифмічні одиниці: бел - В, децибел -dB; октава - окт; декада - дек; фон - phon.
1 B = lg A2/A1 при A2/A1 = 10. Це достатньо велика одиниця, тому на практиці частіше застосовують одиницю 1 dB = 0.1 B.
У випадку відношення значень струму чи напруги:
1 dB = 0.1 B = 20 lg x2/x1 при x2/x1 = 101/20 = 1.122.
У випадку відношення значень потужності:
1 dB = 10 lg P2/P1 при P2/P1 = 101/10 = 1.259.
Одиниця, що в ціле число разів більша за системну називається кратною, а - менша за системну називається частковою. Для їх утворення використовують спеціальні префікси: екса-, пета-, фемто-, атто- та ін. Одиниці, від яких утворились кратні або часткові одиниці, називаються головними.
1.1.3. Розмірності фізичних величин
Розмірність (dimension) основної величини - це її позначення L, M, T, I, (, N, J, і т.д., а розмірність похідної величини - вираз, що описує її зв'язок з основними величинами системи і становить добуток розмірностей основних величин, піднесених до відповідних степенів. Наприклад, розмірність величини Х в системі трьох основних величин LMT
dim X = L(M(T(
де (, (, ( показники розмірності, які є цілими числами (за винятком систем СГСЕ та СГСМ, де вони можуть бути і дробові).
Величина, в розмірності якої хоча б один показник розмірності не дорівнює нулю, є розмірною величиною, а величина в розмірності якої всі показники розмірності дорівнюють нулю, - безрозмірною величиною. Величина, безрозмірна в одній системі, може бути розмірна в іншій. В певній системі величин розмірність кожної величини однозначна, але є різні за природою величини, які мають однакову розмірність, приклад - енергія та робота. Тому розрізняють фізичну однорідність і розмірну однорідність ФВ.
Операції над розмірностями виконуються за правилами алгебри. Наприклад, якщо величина Z є функцією величин X i Y, тобто
Z = f (X, Y),
причому
dim X = L(M(T( і dim Y = L(M(T(
то
dim Z = f(L(M(T(, L(M(T().
Зокрема, якщо
Z = XY, то dim Z = L(+(M(+(T(+(;
Z = X/Y, то dim Z = L(-(M(-(T(-(;
Z = (X/Y)n, то dim Z = L((-()nM((-()nT((-()n.
З цих прикладів видно, що внаслідок множення і ділення величин виникають нові величини, у яких свої розмірності і свої одиниці. Їх можна знайти в спеціальних таблицях і нема необхідності всі запам'ятовувати, а простіше отримати на підставі відомих рівнянь зв'язку між величинами. Деякі розмірності корисно запам'ятати, наприклад розмірність сили та енергії:
dim F = LMT-2, dim E = L2MT-2
Тепер, якщо треба знайти розмірність напруги U, то, враховуючи, що потужність
P = E/T= UI
знаходимо
dim U = dim P/I = dim E/TI = L2MT-3I-1
Розмірності ФВ є одночасно і розмірностями їх одиниць. Рівняння зв'язку між величинами використовуються для утворення когерентних похідних одиниць. Якщо рівняння зв'язку має коефіцієнт, який не дорівнює 1, то в праву його частину підставляють такі значення величин в одиницях даної когерентної системи, щоб їх добуток з коефіцієнтом рівняння дорівнював 1. Наприклад, якщо для утворення одиниці енергії використовується рівняння
Е = 1/2 mv2
то її когерентна одиниця в системі SI буде
dim E = [E] = 1/2 (2 [m] [v]2) = 1/2 (2 кг) (1м/c)2 = кг м2 с2 = Дж.
Отже одиницею енергії в SI є джоуль, який дорівнює кінетичній енергії тіла масою 2 кг, що рухається з швидкістю 1 м/с.
Розмірність є якісною характеристикою ФВ. Вона відображає її зв'язок з основними ФВ, і залежить від вибору цих величин. М. Планк стверджував, що питання про істинну розмірність будь-якої величини "має не більше сенсу, ніж питання про істинну назву якого-небудь предмету". По цій причині в гуманітарних науках, мистецтві, спорті, кваліметрії, де номенкла тура основних величин не визначена, теорія розмірностей не знаходить поки що ефективного застосування. В технічних або точних науках (фізиці, метрології) навпаки, методами теорії розмірності часто вдається отримати важливі самостійні результати. Формальне застосування алгебри розмірностей інколи дає можливість визначити невідому залежність між ФВ.
Приклад: в результаті спостережень встановлено, що при русі по колу сила F, що притискає тіло до опори, певним чином залежить від його швидкості v, маси m і радіуса кола r тобто F = m(v(r(. Який вигляд цієї залежності.
Розв'язок. На основі алгебри залежностей
dim F = dim(m dim(v dim(r.
Нам відомо, що
dim F = LMT-2; dim m = M; dim v = LT-1; dim r = L.
Звідси
LMT-2 = M((LT-1) (L( = L(+( M( T-(.
Отже, показники розмірності задовольняють рівняння:
( + ( = 1; ( = 1; -( = -2.
Вирішуючи цю систему рівнянь, отримуємо ( = 1; ( = 2; ( = -1.
Таким чином:
F = mv2/r.
Теорія розмірностей має широке застосування для оперативної перевірки правильності складних формул. Якщо розмірність лівої та правої частин не співпадають, то в виводі формули, до якої галузі знань вона не відносилась би, слід шукати помилку.
1.1.4. Види систем одиниць
В 1832 р. К.Ф. Гаусом була розроблена система одиниць, яку він назвав абсолютною, з основними величинами - міліметр, міліграм, секунда. Основні величини запропонованої Гаусом системи відображають найзагальніші властивості матерії - масу і основні форми існування тобто простір і час. В зв'язку з цим її і подібні системи називали абсолютними, хоча це не зовсім відповідає дійсності тому що в кінці минулого віку В. Томсон запропонував систему побудовану на двох основних величинах L і T. Відомі системи з одною основною величиною, а також так звані природні систем одиниць, що базуються на універсальних фізичних константах.
Повними одиницями системи Гауса були міліметр, міліграм і секунда, розміри яких незручні для практики. Тому в І88І р. Міжнародний конгрес електриків (МКЕ) прийняв систему одиниць СГС з основними одиницями - сантиметр, грам, секунда. Із трьох її різновидів електростатична СГСЕ, електромагнітна СГСМ .і симетрична СГС- остання ще й зараз має обмежене застосування в теоретичних розділах фізики і астрономії. Цей самий конгрес прийняв практичні електричні одиниці - см, вольт, ампер і фарад, а в 1889 р. II МКЕ - джоуль, ват і генрі.
В 1901 р. італійський інженер Джорджі запропонував систему МКС з основними оди ницями - метр, кілограм, секунда - і показав, що на її основі можна побудувати когерентну практичну систему механічних і електричних одиниць, якщо за четверту основну одиницю взяти одну із практичних електричних одиниць. Був вибраний ампер і виникла когерентна практична система електромагнітних одиниць МКСА, а згодом система теплових одиниць МКСК з четвертою основною одиницею - кельвіном і система світлових одиниць МСК - метр, секунда, кандела. Всі ці системи когерентні і на їх основі побудована Міжнародна система одиниць SІ.
Залежно від форми запису рівнянь електромагнітного поля, які використовуються для утворення похідних одиниць, системи одиниць електричних і магнітних величин можуть бути нераціоналізовані і раціоналізовані. Раціоналізація цих рівнянь запропонована в кінці минулого сторіччя англійським фізиком Хевісайдом і полягає в тому, що множник 4( залишається тільки в рівняннях, пов'язаних з сферичною симетрією (закон Гауса, Кулона), а в більшості інших рівнянь відсутній. Тому за однакових розмірів основних одиниць розміри окремих похідних одиниць нераціоналізованої і раціоналізованої систем різні.
1.1.5. Міжнародна система одиниць
В 1960 р. XI Генеральна конференція з мір і ваги (ГКМВ) прийняла Міжнародну систему одиниць (Система інтернаціональна - SI) з основними одиницями - метр, кілограм, секунда, ампер, кельвін, кандела і з додатковими - радіан і стерадіан, а в 1971 р. ХІV ГКМВ затвердила сьому основну одиницю - моль.
В Україні з 01.01.1999 р. чинними є державні стандарти - ДСТУ 3561.0-97 Метрологія. Одиниці фізичних величин. Основні одиниці фізичних величин Міжнародної системи одиниць. Основні положення, назви та позначення, ДСТУ 3561.1-97 Метрологія. Одиниці фізичних величин. Похідні одиниці фізичних величин Міжнародної системи одиниць. Основні поняття, назви та позначення, ДСТУ 3561.2-97 Метрологія. Одиниці фізичних величин. Фізичні сталі та характеристичні числа. Основні положення, назви, позначення та значення, згідно з якими обов'язковим є застосування одиниць SI (табл. 1), а також часткових і кратних від них.
Метр є довжина шляху, який проходить світло у вакуумі за проміжок часу що дорівнює 1/299792458 секунди (ХVIІ ГКМВ. 1983 р.).
Кілограм дорівнює масі міжнародного прототипу кілограма (І ГКМВ, 1889 р.; ІІІ ГКМВ, 1901 р.)
Секунда дорівнює 9І9263І770 періодам випромінювання, яке відповідає переходові між двома надтонкими рівнями основного стану атома цезію-133 (ХIII ГКМВ, 1967 р.).
Таблиця 1. Основні і додаткові одиниці SI
Величина
Одиниця
Найменування
Розмірність
Найменування
Позначення
міжнародне
українське
ОСНОВНІ ОДИНИЦІ
Довжина
L
Метр
m
м
Маса
M
Кілограм
kg
кг
Час
T
Секунда
s
с
Сила електричного струму
I
Ампер
A
А
Термодинамічна температура
(
Кельвін
K
К
Кількість речовини
N
Моль
mol
моль
Сила світла
J
Кандела
cd
кд
ДОДАТКОВІ ОДИНИЦІ
Плоский кут
-
Радіан
rad
рад
Тілесний кут
-
Стерадіан
sr
ср
Ампер дорівнює силі незмінного струму, який при проходженні по двох паралельних прямолінійних проводах нескінченної довжини і знехтовно малої площі поперечного перерізу, розміщених на відстані 1 м один від одного у вакуумі, викликав би на кожній ділянці проводу довжини 1 м силу взаємодії 2(10-7 Н (IX ГКМВ, 1948 р.).
Кельвін дорівнює 1/273,16 частині термодинамічної температури потрійної точки води (ХІІІ ГКМВ, І967 р.).
Моль дорівнює кількості речовини системи, яка вміщує стільки ж структурних елементів, скільки міститься атомів у вуглеці-12 масою 0,012 кг. При застосуванні моля структурні елементи мають бути специфіковані і можуть бути атомами, молекулами, іонами, електронами та іншими частинками або специфікованими групами частинок (ХІV ГКМВ, 1971 р.).
Кандела дорівнює силі світла в заданому напрямі джерела, що випускає монохроматичне випромінювання частотою 540(1012 Гц, енергетична сила світла якого в цьому напрямі становить 1/683 Вт/ср (ХVІ ГКМВ, 1979 р.).
Радіан дорівнює куту між двома радіусами кола, дуга між якими дорівнює радіусу.
Стерадіан дорівнює тілесному куту з вершиною в центрі сфери, який вирізає на поверхні сфери площу, що дорівнює площі квадрата зі стороною, яка дорівнює радіусу сфери.
Система одиниць SI - практична, когерентна, раціоналізована. В ній, на відміну від нераціоналізованої системи СГС, магнітна проникність (о вільного простору - величина розмірна і називається магнітною сталою:
(0 = 4((10-7(12,57-7 Гн/м;
подібно електрична стала
(0 = Ф/м,
де С = (299792,5(0,4) км/с - швидкість поширення світла у вільному просторі.
1.1.6. Практичні рекомендації з правильного застосування елементів системи SI
Треба користуватися термінами "маса" і "густина", а не "вага" i "питома вага", кількість теплоти виражати в джоулях, а не в калоріях. Крім температури Кельвіна (позначення Т), допускається застосування також температури Цельcія (позначення t), яка визначається як t = Т - Т0 = T - 273,15 і виражається в градусах Цельсія °С. Інтервал або різницю температур Кельвіна виражають в Кельвінах (К), а інтервал або різницю температур Цельсія дозволяється виражати як в Кельвінах, так і в градусах Цельcія.
Одиниці SІ позначаються літерами латинського і грецького (міжнародні позначення) або українського алфавітів, а також спеціальними знаками (...° ;...' ;..."). На засобах вимірювань мають бути міжнародні позначення. В друкованих виданнях можна застосовувати міжнародні або українські позначення, але не обидва види в одному виданні, за винятком публікацій з фізичних величин.
В позначеннях одиниць, назви яких походять від прізвищ, перша буква має бути велика, наприклад, А, А; W, Вт; Wb, Вб; (, Ом. Позначення одиниць проставляються тільки після числових значень величин в один рядок з ними, друкуються прямим шрифтом з пробілом після останньої цифри і без перенесення в наступний рядок. Наприклад, 100 кВт, 80%, 20 °С, але 20°, 30'.
Значення величин і їх граничні відхилення беруться в дужки, після яких з пробілом проставляється позначення одиниці, наприклад, (100,0 ( 0,1) В або ж окремо - після значення величини і після її граничного відхилення: 50,0 В ( 0,2 В,
Позначення одиниць, що входять в добуток, треба відділяти крапкою на середній лінії (знак множення): Н•м, кг•м2.
В позначеннях відношень одиниць знаком ділення може служити тільки одна скісна або горизонтальна риска. Позначення зі скісною рискою записують в один рядок, а знаменник-добуток беруть у круглі дужки. Дозволяється позначення відношень одиниць записувати у вигляді добутку позначень одиниць, піднесених до додатних чи від'ємних степенів, але якщо для однієї з одиниць, що входять у відношення, установлено позначення у вигляді від'ємного степеня, то застосовувати скісну чи горизонтальну риску не дозволяється.
1.2. ВИМІРЮВАННЯ
1.2.1. Вимірювання і вимірювальна інформація
1.2.1.1. Поняття вимірювання і вимірювальної інформації
Поняття вимірювання можна визначити як пізнавальний процес, який полягає у порівнянні шляхом фізичного експерименту даної фізичної величини з певним її значенням, яке взято за одиницю порівняння.
На початку 60-х років виникли спроби визначити поняття вимірювання в інформаційному аспекті. У визначеннях, що запропоновані різними авторами, вимірювання трактується як перетворення і одержання інформації про значення ФВ. Загальновизнаного визначення поняття вимірювання в інформаційному аспекті ще немає.
Згідно з ДСТУ 2681-94 Метрологія. Терміни і визначення, вимірювання - відображення вимірюваних величин їх значеннями шляхом експерименту та обчислень за допомогою спеціальних технічних засобів (можна порівняти з поширеним визначенням, що було дане в ГОСТі 16263-70 вимірювання - знаходження значень ФВ дослідним шляхом з допомогою спеціальних технічних засобів). Вимірювальна інформація - інформація про значення вимірюваних ФВ. Ці стандартні визначення не викликають сумнівів щодо правильності і приваблюють своєю лаконічністю. Проте, оскільки ці поняття не належать до елементарних, їх суть нелегко викласти у лаконічно сформульованих визначеннях.
Специфіка поняття вимірювання проявляється в трьох його ознаках, поєднанням яких воно відрізняється від суміжних понять.
Перша ознака характеризує безпосередню мету вимірювань - знайти значення даної конкретної величини. У згаданих визначеннях ця ознака відображається висловами "пізнавальний процес", "одержання інформації", "знаходження значень величин".
Друга ознака - шлях, яким знаходять значення вимірюваної величини. Це - фізичний експеримент (дослід), який здійснюється за допомогою спеціальних технічних засобів.
Третя ознака - сутність знаходження значення вимірюваної величини, якою є порівняння інформації про даний розмір величини з інформацією про розмір її одиниці або про певний інший її розмір (відносні вимірювання).
З врахуванням цих ознак поняття вимірювання можна визначити як знаходження значень ФВ дослідним шляхом з допомогою спеціальних технічних засобів на підставі порівняння інформації про даний розмір величини з інформацією про розмір її одиниці або про певний інший її розмір.
Загальновизнаного визначення поняття інформації ще нема. Існує думка, що воно належить до первинних понять і визначенню не підлягає. У загальному аспекті інформація як філософська категорія виражає об’єктивну властивість матерії бути різноманітною.
Інформація про розмір ФВ міститься в самій цій величині, існує об’єктивно і незалежно від того, підлягав величина вимірюванню чи ні. Очевидно, якщо величина вимірюванню не підлягає, то інформація про її розміри не є вимірювальною. Інформація про розміри вимірюваної величини стане вимірювальною тоді, коли буде поданою як добуток її істинних числових значень на розмір одиниці ФВ.
Множина істинних значень вимірюваної величини і множина її істинних числових значень є імовірнісними множинами, що пов’язані між собою через вибрану одиницю, яка відіграє роль коду. Отже, множина істинних числових значень вимірюваної величини становить вимірювальну інформацію про розмір ФВ.
Вимірювальна інформація, що міститься у вимірюваній ФВ, в процесі її добування перетворюється і частково втрачається. Внаслідок втрат одержана вимірювальна інформація про значення вимірюваної величини, тобто здобута в процесі вимірювання, кількісно дещо відрізняється від вимірювальної інформації, що міститься в цій величині.
1.2.1.2. Вимірювальні сигнали, перетворення вимірювальних сигналів, форми вимірювальної інформації
В ІВТ як і в техніці зв'язку, сигналом називається матеріальний носій інформації, який фізично є енергетичним процесом. Тому вимірювальний сигнал - енергетичний носій вимірю вальної інформації. Активна (але не пасивна) ФВ сталої інтенсивності - граничний випадок енергетичного процесу; отже вона може стати сигналом. Пасивна (параметрична) ФВ, хоча є матеріальним носієм інформації, однак не є сигналом, бо фізично не є енергетичним процесом і сама не може проявити свій розмір, у якому міститься вимірювальна інформація. Її можна отримати, якщо сформувати вимірювальний сигнал, використовуючи цю пасивну ФВ, і далі, при необхідності, перетворити його так, щоб вимірювальна інформація набула форми, в якій вона придатна для використання за призначенням.
Добування вимірювальної інформації про розміри ФВ здійснюється формуванням і перетворенням вимірювальних сигналів шляхом модуляції і кодування за допомогою засобів вимірювань з використанням допоміжних технічних засобів, в тому числі обчислювальних. Для формування і перетворення вимірювальних сигналів, обов'язковою є наявність відповідного носія, здатного сприймати вимірювальну інформацію і відображати її у вигляді зміни (приросту) своїх інформаційних параметрів.
Основу процесів відображення інформації при формуванні і перетворенні вимірювальних сигналів становлять модуляція і кодування, які органічно пов'язані між собою і окремо не існують. Модулюються інформаційні параметри носія інформації, а кодується вимірювальна інформація. Кодування - відображення різноманітності однієї множини різноманітністю іншої. Відображення фізичним аналогом називається аналоговим кодуванням. Відображення інформації умовними знаками (символами), зокрема цифровими, називається цифровим кодуванням. Відповідно до цього відрізняють аналогові та цифрові вимірювальні сигнали і аналогову та цифрову форми вимірювальної інформації.
Неперервний чи дискретизований за часом або простором, континуальний або квантова ний за рівнем вимірювальний сигнал є аналоговим. Дискретизований і квантований аналоговий сигнал, будучи дискретним, стає цифровим тільки після цифрового кодування. Цифровий сигнал завжди дискретний, але терміни "цифровий" і "дискретний" ототожнювати не можна. Не можна також називати кодом цифрове значення величини, а також її числове значення.
Звернемо увагу на відмінність термінів "інформаційний" та "інформативний" параметри. Інформаційним називається такий параметр носія інформації, який може сприймати інформацію при формуванні чи перетворенні вимірювального сигналу. Інформативний параметр носія інформації - це вже якийсь конкретний параметр, який відображає інформацію. В противагу до нього всі інші параметри носія інформації називають неінформативними.
Перетворення вимірювальних сигналів, очевидно, не є самоціллю, це - спосіб матеріальної реалізації перетворення вимірювальної інформації, а саме
Y(Y(X)=K{X}=K{MX(1X}= K{MX}(K{1X}=MY(1Y
де 1X, 1Y, MX, MY одиниці та істинні числові значення (інформація) перетворюваної Х на Y величин згідно з кодом К , причому через наявність похибок перетворення мають місце втрати кількості інформації.
1.2.1.3. Поняття результату і похибки вимірювання
Експериментатор, виконуючи операції процесу вимірювань, одержує результати спостере жень про значення вимірюваної величини, які називають результатами спостережень при вимірюваннях. Вони можуть бути однократними (одноразовими) або многократними (багатора зовими). Результати спостережень при вимірюваннях ще не є результатами вимірювань.
Результат вимірювання, як значення величини, що знайдене шляхом її вимірювання, одержують після відповідної обробки результатів спостережень, на основі якої визначають кількісні показники точності і вибирають форму подання результату вимірювання згідно з відповідними державними стандартами. У випадку однократного спостереження результат вимірювання знаходять, оцінюючи за відомими метрологічними характеристиками засобів вимірювань границі, в яких за даних умов із заданою ймовірністю може бути значення похибки вимірювання і подають результат у належній стандартній формі.
Отже, результат вимірювання - це знайдене значення вимірюваної величини з стандарт ною оцінкою його точності, яка визначається характеристиками похибки вимірювань. Звідси виходить, що необхідно уміти коректно оцінювати значення похибок результатів вимірювань.
(=x-X
За визначенням...
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора