· вимірювання, що проводяться для контролю і регулювання технологічних процесів (особливо в автоматизованих виробництвах) і для забезпечення нормального функціонування транспорту і зв'язку;
· вимірювання фізичних величин, технічних параметрів, складу і властивостей речовин, що проводяться при наукових дослідженнях, випробуваннях і контролі продукції в різних галузях народного господарства.
Від якості СІ залежить ефективність виконання вказаних функцій. Приведемо декілька прикладів, що відносяться до першої функції СІ: погрішності експлуатованих в даний час лічильників енергії (в середньому 2%) приводять до невизначеності в обліку такої ж кількості електроенергії; стан сучасного вагового господарства таке, що в процесі зважування залишається неврахованими близько 1% всіх вимірюваних продуктів виробництва. Підвищення точності вимірювань дозволяє визначити недоліки тих або інших технологічних процесів і усунути ці недоліки. Все це кінець кінцем приводить до підвищення якості продукції, економії енергетичних і теплових ресурсів, а також сировини і матеріалів.
Приклад
Відомо, що врожайність сільськогосподарських культур значною мірою залежить від оптимальної і заздалегідь встановлюваної кількості добрив, що вносяться до ґрунту, і витрати води при поливі і, отже, від точності вимірювань маси добрив і витрати води. Підвищення технічного ресурсу підшипників на 40% – результат впровадження еталону відхилення від круглої, а еталон шорсткості дозволяє заощадити 1 кг фарби на кожну тонну відливання при її забарвленні.
В Україні щодня проводиться близько 2 млрд. вимірювань, понад 1 млн. чоловік вважають вимірювання своєю професією. Частка витрат на вимірювання складає 10 – 15% витрат суспільної праці, а в галузях промисловості, що проводять складну техніку (електротехніка, верстатобудування і ін.), вона досягає 50 – 70%. Про масштаби витрат на отримання достовірних результатів вимірювань свідчать наступні цифри: у 1998 р. вартість цих робіт в Росії була рівна 3,8% від величини валового національного продукту (ВНП). У розвинених країнах ця цифра досягає 9 – 12% ВВП. Підраховано, що число СІ росте прямо пропорціонально квадрату приросту промислової продукції. Це означає, що при збільшенні об'єму промислової продукції в 2 рази число СІ може вирости в 4 рази. В даний час в наший країні налічується більше 1,5 млрд. СІ
Основним об'єктом вимірювання в метрології є фізичні величини.
Фізична величина (коротка форма терміну – "величина") застосовується для опису матеріальних систем і об'єктів (явищ, процесів і тому подібне), що вивчаються в будь-яких науках (фізиці, хімії і ін.) Як відомо, існують основні і похідні величини. Як основні вибирають величини, які характеризують фундаментальні властивості матеріального світу. Механіка базується на трьох основних величинах, теплотехніка – на чотирьох, фізика – на семи. ГОСТ 8.417 встановлює сім основних фізичних величин – довжина, маса, час, термодинамічна температура, кількість речовини, сила світла, сила електричного струму, за допомогою яких створюється все різноманіття похідних фізичних величин і забезпечується опис будь-яких властивостей фізичних об'єктів і явищ.
Вимірювані величини мають якісну і кількісну характеристики.
Формалізованим віддзеркаленням якісного. відмінності вимірюваних величин є їх розмірність. Згідно міжнародному стандарту ІСО розмірність позначається символом dim. Розмірність основних фізичних величин – довжини, маси і часу – позначається відповідними заголовними буквами:
dim l = L
dim т = М
dim t = Т.
Розмірність похідної фізичної величини виражається через розмірність основних фізичних величин за допомогою статечного одночлена:
[Q] = Lа*Mb*Tg,
де
L, М, Т – розмірності відповідних основних фізичних величин;
а, b, g – показники розмірності (показники ступеня, в який зведені розмірності основних фізичних величин).
Кожен показник розмірності може бути позитивним або негативним, цілим або дробом, нулем. Якщо всі показники розмірності рівні нулю, то величина називається безрозмірною. Вона може бути відносною, визначуваною як відношення однойменних величин (наприклад, відносна діелектрична проникність), і логарифмічною, визначуваною як логарифм відносної величини (наприклад, логарифм відношення потужностей або напруги
Шкали, їх види і особливості
Кількісною характеристикою вимірюваної величини служить її розмір. Отримання інформації про розмір фізичної або нефізичної величини є змістом будь-якого вимірювання.
Простий спосіб отримання інформації, який дозволяє скласти деяке уявлена про розмір вимірюваної величини, полягає в порівнянні його з іншим за принципом "що більше (менше)?" або "що краще (гірше)?" При цьому число порівнюваних між собою розмірів може бути достатнє великим. Розташовані в порядку зростання або убування розміри вимірюваних величин утворюють шкали порядку. Операція розстановки розмірів в порядку їх зростання або убування з метою отримання вимірювальної інформації за шкалою порядку називається ранжируванням. Для забезпечення вимірювань за шкалою порядку деякі крапки на ній можна зафіксувати як опорних (реперах). Точкам шкали можуть бути привласнені цифри, часто звані балами. Знання, наприклад оцінюють після чотирьох бальної шкалі репера тієї, що має наступний вигляд: незадовільно задовільно, добре, відмінно. По шкалах реперів вимірюються твердість мінералів, чутливість плівок і інші величини інтенсивності землетрусів вимірюється по дванадцяти бальної шкалі, званою міжнародною сейсмічною шкалою.
Досконаліша в цьому відношенні шкала інтервалів. Прикладом її може служити шкала вимірювання часу, яка розбита на крупні інтервали (роки), рівні періоду, звернення Землі навколо Сонця; на дрібніші (доба), рівніші періоду звернення Землі навколо своєї осі. За шкалою інтервалів можна судити не тільки про те, що один розмір більше іншого, але і том, на скільки більше. Проте за шкалою інтервалів не можна оцінити, в скільки разів один розмір більше іншого. Це обумовлено тим, що на шкалі інтервалів відомий тільки масштаб, а початок відліку може бути вибране довільно.
Найбільш досконалою є шкала відносин. Прикладом її може служити температурна шкала Кельвіна. У ній за початок відліку прийнятий абсолютний нуль температури, при якому припиняється тепловий рух молекул; нижчої температури бути не може. Другою крапкою репера служить температура танення льоду. За шкалою Цельсія інтервал між цими реперами рівний 273,16оС. По шкалі відносин можна визначити не тільки, на скільки один розмір більше або менше іншого, але і в скільки разів більше або менше.
Залежно від того, на які інтервали розбита шкала, один і той же розмір представляється по різному. Наприклад, довжина переміщення деякого тіла на 1 м може бути представлена як L = 1 м = 100 см = 1000 мм. Відмічені три варіанти є значеннями вимірюваної величини – оцінками розміру фізичної величини у вигляді деякого числа прийнятих для неї одиниць. Вхідне в нього відвернуте число називається числовим значенням. У приведеному прикладі це 1, 100, 1000.
Значення фізичної величини набувають в результаті її вимірювання або обчислення відповідно до основного рівняння вимірювання:
Q = X*[Q]
де
Q – значення фізичної величини;
Х – числове значення вимірюваної величини в прийнятій одиниці;
[Q] – вибрана для вимірювання одиниця.
Вимірювання можуть бути класифіковані:
1. По характеристиці точності:
· рівноточні – ряд вимірювань якої-небудь величини, виконаних однаковими по точності СІ і в одним і тих же умовах;
· нерівноточні – ряд вимірювань якої-небудь величини, виконаних декількома різними по точності СІ і (або) в декількох різних умовах.
2. По числу вимірювань у ряді вимірювань:
· одноразові;
· багатократні.
3. По відношенню до зміни вимірюваної величини:
· статичні – вимірювання незмінної в часі фізичної величини, наприклад вимірювання довжини деталі при нормальній температурі або вимірювання розмірів земельної ділянки;
· динамічні – вимірювання фізичної величини, що змінюється за розміром, наприклад вимірювання змінної напруги електричного струму, вимірювання відстані до рівня землі з літака, що знижується.
4. По виразу результату вимірювань:
· абсолютні – вимірювання, засноване на прямих вимірюваннях величин і (або) використанні значень фізичних констант. Наприклад, вимірювання сили F засноване на вимірюванні основної величини маси т і використанні фізичною постійною – прискорення вільного падіння g;
· відносні – вимірювання відношення величини до однойменної величини, що виконує роль одиниці.
5. По загальних прийомах отримання результатів вимірювань:
· прямі – вимірювання, при якому шуканого значення фізичної величини набувають безпосередньо, наприклад вимірювання маси на вагах, довжини деталі мікрометром;
Метод вимірювань – прийом або сукупність прийомів порівняння вимірюваної фізичної величини з її одиницею відповідно до реалізованого принципу вимірювань.
Методи вимірювань класифікують по декількох ознаках.
По загальних прийомах отримання результатів вимірювань розрізняють:
· прямий метод вимірювань;
· непрямий метод вимірювань.
Перший реалізується при прямому вимірюванні, другий – при непрямому вимірюванні, які описані вищим.
За умовами вимірювання розрізняють:
· контактний методи вимірювань;
· безконтактний методи вимірювань.
Контактний метод вимірювань заснований на тому, що чутливий елемент приладу приводиться в контакт з об'єктом вимірювання (вимірювання температури тіла термометром). Безконтактний метод вимірювань заснований на тому, що чутливий елемент приладу де приводиться в контакт з об'єктом вимірювання (зміна відстані до об'єкту радіолокатором, зміна температури в доменній печі пірометром).