Лекция № 1
ВВЕДЕНИЕ
Основные понятия
Вопросы
Что является предметом изучения метрологии? Какие разделы включает метрология?
Дайте определение понятию «физическая величина»?
В каком случае единица физической величины называется основ- ной, а в каком производной?
Для чего используются эталонные технические средства?
В чем заключается отличие между истинным и действительным значением физической величины?
Приведите примеры влияющих физических величин при измерении напряжения постоянного тока, влажности пара.
Сколько величин может характеризовать объект измерения?
Введение
В настоящее время невозможно представить себе жизнь современ- ного общества без обеспечения электрической и тепловой энергии. Наибольшее распространение в энергетике в настоящее время получили тепловые электрические станции. На долю тепловых электрических станций (ТЭС) приходится около 75 % вырабатываемой электроэнергии на Земле и около 80 % производимой электроэнергии в России.
Второе место по выработке электроэнергии в России занимают гидроэлектростанции (около 13 %) и третье – атомные электростанции (около 7 %).
Современная экономика России в определенной мере энергорасто- чительна, а прямые потери энергоресурсов при добыче, транспортировке, переработке и потреблении достигают 40 %, другими словами, возможности энергосбережения в стране оцениваются до 40 % современного энергопотребления. При этом треть его потенциала приходится на топливно -энергетический комплекс.
Энергосбережение – глобальная экономическая и социальная про- блема. Оно предусматривает комплекс мероприятий, направленных на ограничение или предотвращение потерь энергии. Одним из инструмен- тов энергосбережения может служить непрерывный учет количества и контроль качества производимых, передаваемых и потребляемых энер- горесурсов. [1]
В настоящем пособии метрология, стандартизация и сертификация рассматриваются применительно к процессам производства, передачи и потребления тепловой и электрической энергии. При рассмотрении клю- чевых понятий метрологии особое внимание уделяется теплотехническим и электрическим измерениям. В разделе стандартизации описана система энергетического менеджмента, направленная на решение вопросов энер- госбережения и энергоэффективности. В разделе сертификация описаны основы подтверждения соответствия при обязательной и добровольной сертификации, а также системы менеджмента качества. Рассмотрены осо- бенности сертификации характерные для атомной промышленности и электроэнергетики России и признания результатов подтверждения соот- ветствия на условиях действующих соглашений с другими странами
Метрология – наука об измерениях, методах и средствах обеспече- ния их единства и способах достижения требуемой точности.
Метрология включает в себя три раздела:
теоретическая метрология – раздел метрологии, предметом ко- торого является разработка фундаментальных основ метрологии;
законодательная метрология – раздел метрологии, предметом которого является установление обязательных технических и юридиче- ских требований по применению единиц физических величин, эталонов, методов и средств измерений, направленных на обеспечение единства и необходимости точности измерений в интересах общества;
прикладная (практическая) метрология – раздел метрологии, предметом которого являются вопросы практического применения раз- работок теоретической метрологии и положений законодательной мет- рологии.
Основополагающим понятием в теоретической метрологии являет- ся физическая величина.
Физической величиной называется одно из свойств физического объекта (физической системы, явления или процесса), общее в каче- ственном отношении для многих физических объектов, но в количе- ственном отношении индивидуальное для каждого из них.
В «Международном словаре основных и общих терминов метроло- гии» применено понятие величина (измеримая), раскрываемое как «ха- рактерный признак (атрибут) явления, тела или вещества, которое мо- жет выделяться качественно и определяться количественно».
Физическая величина, подлежащая измерению, измеряемая или из- меренная в соответствии с основной целью измерительной задачи назы- вается измеряемой физической величиной.
Физическая величина фиксированного размера, которой условно присвоено значение, равное 1, и применяемая для количественного вы- ражения однородных с ней физических величин.
Основные и производные единицы физических величин образуют совокупность, называемую системой единиц физических величин. [2]
Наиболее распространенная система единиц физических величин – Международная система единиц (международное сокращенная наимено- вание–SI,в русской транскрипции–СИ)–принятав1960г.XIГене-
ральной конференцией по мерам и весам (ГКВМ) и уточнена на после- дующих. Единицы Международной системы единиц, а также их кратные и дольные этих единиц подлежат обязательному применению.[3]
Основными единицами системы единиц физических величин назы-ваются единицы основных физических величин в данной системе единиц. Основные физические величины системы СИ и их единицы приве-
дены в табл. 1.1.
Таблица 1.1
Единицы физических величин
|
Величи- на | Единица |
| Наимено- вание | Обозначение (международ- ное/русское) |
Определение |
| Длина | Метр | m/м | Метр есть длина пути, проходимого светом в вакууме за интервал времени1/299792458 s[XVIIГКВМ(1983г.),резолюция1] |
| Масса | Кило- грамм | kg/кг | Килограмм есть единица массы, равная мас- се международного прототипа килограмма [I ГКВМ (1889 г.) и III ГКВМ (1901 г.)] |
| Время | Секунда | s/с | Секунда есть время, равное 9 192 631 770 периодам излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уров- нями основного состояния атома цезия-133 [XIII ГКВМ (1967 г.), резолюция 1] |
| Сила электри- ческого тока | Ампер | А/А | Ампер есть сила неизменяющегося тока, который при прохождении по двум парал- лельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малой площади |
|
|
|
| кругового поперечного сечения, располо- женнымввакууменарасстоянии1mодин от другого, вызвал бы на каждом участке проводникадлиной1mсилу взаимодей- ствия,равную2·10-7N[МКМВ(1946г.),ре- золюция2,одобреннаяIXГКВМ(1948г.)] |
| Термо- динами- ческая темпера- тура | Кельвин | К/К | Кельвин есть единица термодинамической температуры, равная 1/273,16 частитермо- динамической температуры тройнойточки воды[XIIIГКМВ(1967г.),Резолюция4] |
|
Величи- на | Единица |
| Наимено- вание | Обозначение (международ- ное/русское) |
Определение |
| Количе- ствове- щества | Моль | mol/моль | Мольестьколичествовеществасистемы,со- держащейстолькожеструктурныхэлемен- тов, сколько содержится атомов вуглероде-12 массой 0,012 kg. При применении моляструк- турныеэлементыдолжныбытьспецифици- рованыимогутбытьатомами,молекулами, ионами, электронами и другими частицами илиспецифицированнымигруппамичастиц [XIV ГКМВ (1971 г.), Резолюция 3] |
| Сила света | Кандела | cd/кд | Канделаестьсиласветавзаданномнаправ- ленииисточника,испускающегомонохро- матическое излучение частотой 540·1012Hz, энергетическаясиласветакотороговэтом направлениисоставляет1/683W/sr[XVI ГКМВ (1979 г.), Резолюция 3] |
Окончание табл. 1.1 Окончание табл. 1.1
Если единица физической величины входит в систему единиц фи- зических величин и определяется через основные величины этой систе- мы, то она называется производной единицей системы единиц физиче- ских величин. Например единица скорости – 1 м/с – образована из основных единиц СИ – метра и секунды.
Наименования десятичных кратных и дольных единиц СИ образу-ют с помощью множителей и приставок, которые приведены в табл.1.2.
Таблица1.2
Множители и приставки, используемые для образования наименований и обозначений десятичных кратных и дольных единиц
| Десятичный множитель | Приставка | Десятичный множитель | Приставка |
| 1024 | иотта | 10–1 | деци |
| 1021 | зетта | 10–2 | санти |
| 1018 | экса | 10–3 | мили |
| 1015 | пета | 10–6 | микро |
| 1012 | тера | 10–9 | нано |
| 109 | гига | 10–12 | пико |
| 106 | мега | 10–15 | фемто |
| 103 | кило | 10–18 | атто |
| 102 | гекто | 10–21 | зепто |
| 101 | дека | 10–24 | иокто |
Если единица физической величины входит в принятую систему единиц, она называется системной, в противном случае – внесистемной. Внесистемные единицы по отношению к единицам СИ разделяют на че- тыре группы:
допускаемые наравне с единицами СИ;
допускаемые к применению в специальных областях;
временно допускаемые;
устаревшие(не допускаемые).
Воспроизведение единиц измерения осуществляется с помощью специальных технических средств, называемых эталонами. Эталон – это техническое средство, обеспечивающее воспроизведение и (или) хране- ние единицы с целью передачи информации о ее размере средствам из- мерений, выполненное по особой спецификации и официально утвер- жденное в установленном порядке в качестве эталона. Эталоны, воспроизводящие единицу с наивысшей точностью, называются первич- ными. Эталон, обеспечивающий воспроизведение единицы в особых условиях и заменяющий в этих условиях первичный эталон, называется специальным. Официально утвержденные в качестве исходных для страны первичный и специальный эталоны называются государственными.
Исходной основой для измерения физической величины служит шкала физической величины, представляющая собой упорядоченную совокупность значений данной физической величины. Если исходные значения шкалы выражены в условных единицах, то она называется условной. Примерами условных шкал служат шкала твердости минера- лов Мооса, шкалы твердости металлов (Бринелля, Виккерса и др.).
Для нахождения соотношения измеряемой величины с ее единицей и получения значения этой величины выполняют совокупность опера- ций по применению технического средства, хранящего единицу физиче- ской величины, называемую измерением физической величины.
Размером физической величины называют количественную харак- теристику физической величины, выражение размера физической вели- чины в виде некоторого числа – значением физической величины.
Значение физической величины может быть истинным и действи- тельным. Отличие между ними состоит в том, что истинное значение идеальным образом характеризует физическую величину в качествен- ном и количественном отношении. Оно может быть получено только в результате бесконечного процесса измерений с бесконечным совершен- ствованием методов и средств измерений, то есть в реальных условиях оно всегда остается неизвестным. Поэтому в практических задачах ис- пользуют действительное значение физической величины.
При измерении физических величин зачастую используется вспо- могательная физическая величина. Например, при измерении электри- ческого напряжения переменного тока частоту тока рассматривают как вспомогательную величину, называемую физическим параметром.
В реальных условиях проведения измерений помимо измеряемой величины на результат измерения и (или) на размер измеряемой вели- чины, влияют физические величины, называемые влияющими физиче- скимивеличинами.
Объектом измерения называется физическая система, процесс, яв- ление и т. д., которое характеризуется одной или несколькими физиче- скимивеличинами.
Для измерения физических величин применяют технические сред- ства, имеющие нормированные метрологические характеристики, вос- производящие и (или) хранящие единицы соответствующих физических величин, размеры которых принимают неизменными в течении извест- ного интервала времени, называемые средствами измерений.
В реальных условиях проведения измерений, как правило, исполь- зуют два вида средств измерений – основное и вспомогательное. Первое используют для получения значения измеряемой физической величины, второе – для получения значения влияющей физической величины.
Важным понятием в теории измерений является мера физической величины. Это такое средство измерений, предназначенное для воспро- изведения физической величины одного или нескольких заданных раз- меров, значения которых выражены в установленных единицах. По ко- личеству воспроизводимых физических величин меры бывают однозначными и многозначными. [2]
3 826
15 368 
