ДЕПАРТАМЕНТ ОБРАЗОВАНИЯ ВОЛОГОДСКОЙ ОБЛАСТИ
БЮДЖЕТНОЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВОЛОГОДСКОЙ ОБЛАСТИ
«ВОЛОГОДСКИЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ КОЛЛЕДЖ»
МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ И ПРАКТИЧЕСКИХ РАБОТ
Составитель: Г. В. Пантина, преподаватель БПОУ ВО «Вологодский строительный колледж»
Рецензент: Д.А. Погодин, к.т.н., доцент кафедры ПГС Вологодского государственного университета.
Пантина Г.В.
Метрологическое обеспечение. Методические рекомендации по выполнению лабораторных работ: для студентов профессиональных образовательных организаций.- Вологда,2017.- 36 с.
Пособие предназначено для организации лабораторных и практических работ в рамках преподавания по ПМ.02. Выполнение технологических процессов при строительстве, эксплуатации и реконструкции строительных объектов: Раздел 3. Метрологическое обеспечение; может использоваться преподавателями для проведения учебных занятий и студентами в качестве методического руководства, содержащего подробные инструкционные карты работ.
Язык Си с нуля — Урок 46 — Подробно про строки. Строковые литералы. Склеивание строк.
СОДЕРЖАНИЕ
Лабораторные и практические работы……………………………..
Управление качеством продукции базируется на двух основных звеньях: первое – стандартизация продукции и всех пределов технологического процесса, включая методы и средства входного, операционного и приемочного контроля, и второе – метрологическое обеспечение процесса, т.е. обеспечение возможности количественной оценки (измерения) всех параметров процесса с необходимой точностью.
Метрологическое обеспечение производства базируется на научной основе – собственно метрологии как науке об измерениях, парке технических средств измерения и передачи информации, нормативно-законодательной основе и организационно-структурной базе.
В ходе выполнения заданий все измерения на лабораторных работах необходимо производить с максимальной тщательностью, для вычислений использовать микрокалькулятор.
При работе с приближенными числами необходимо соблюдать следующие правила:
1. При сложении и вычитании приближенных чисел в конечном результате следует сохранять столько десятичных знаков, сколько их имеет наименее точное данное (число с наименьшим числом десятичных знаков).
2. В результате, полученном после умножения и деления, следует сохранять столько значащих цифр, сколько их имеет наименее точное данное.
3. При возведении приближенного числа в квадрат и куб следует сохранять в результате столько значащих цифр, сколько их имеет возводимое в степень приближенное число.
4. При извлечении квадратного и кубического корней из приближенного числа следует сохранять в результате столько значащих цифр, сколько их имеет подкоренное выражение.
5. При выполнении промежуточных результатов необходимо брать одной цифрой больше, чем рекомендуют предыдущие правила.
Отчет о проделанной работе должен содержать:
— список оборудования и материалов;
— таблицы с результатами измерений и вычислений;
ОПТИМИЗАЦИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА
— формулы величин и их погрешностей;
— график (если требуется);
— окончательный результат, вывод о проделанной работе;
— выполненное контрольное задание.
Практическая работа №1
Теоретические сведения
Понятие о системе единиц ввел немецкий ученый Гаусс. По его методу построения систем единиц различных величин сначала устанавливают или выбирают произвольно несколько величин независимо друг от друга. Единицы этих величин называют основными, так как они являются основой построения системы единиц других величин. Единицы, выраженные через основные единицы, называют производными. Полная совокупность основных и производных единиц, установленных таким путем, и является системой единиц физических величин.
Таким образом, СИСТЕМА ЕДИНИЦ – это полная совокупность взаимосвязанных основных и производных единиц измерения.
Первоначально были созданы системы единиц, основанные на трех единицах: метр-килограмм-секунда (МКС), сантиметр-грамм-секунда (СГС)(1861-1870г), метр-килограмм-сила-секунда (МКГСС), метр–тонна-секунда. Затем появились системы, содержащие единицы измерения температуры – градус, а чуть позже и единицы измерения силы тока — ампер.
В результате большой работы, выполненной Международным комитетом мер и весов по опросу научных, технических и педагогических кругов многих стран и обобщению результатов опроса, а также работы 9, 10 и 11 Генеральных конференций по мерам и весам (1948, 1954, 1960 гг в 1960 г. была принята Международная система единиц (System International), или сокращенно – СИ (SI).
Международная система единиц физических величин является наиболее совершенной и универсальной из всех существующих до настоящего времени. Преимущества системы СИ настолько сильны, что она за короткое время получила широкое международное признание и распространение.
С 1970 г. Международное бюро мер и весов издает документ «Международная система единиц (СИ)».
В нашей стране переход к системе СИ начался в 1955 утверждением стандартов на отдельные группы физических величин. Однако более широкое внедрение системы произошло только в 1970-1985 годах, начиная с издания массовым тиражом проекта стандарта «Единицы физических величин» и кончая утверждением ГОСТ 8.417-81, который определяет наименования, обозначения и правила применения физических величин Международной системы единиц СИ.
Международная система единиц содержит 7 основных единиц: длины — метр, массы – килограмм, времени – секунда, силы электрического тока – ампер, термодинамической температуры – кельвин, силы света – кандела, количества вещества – моль.
Метр – расстояние, проходимое светом в вакууме за 1/299792458 долю секунды.
Килограмм – единица массы, равная массе международного прототипа килограмма, хранимого в Международном бюро мер и весов.
Секунда – интервал времени, в течении которого совершается 9192631770 колебаний, соответствующих резонансной частоте энергетического перехода между уровнями сверхтонкой структуры основного состояния атома цезия-133 при отсутствии возмущения внешними полями.
Ампер – сила не изменяющегося тока, который , проходя по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малого кругового сечения, расположенным на расстоянии 1 м один от другого в вакууме, создает между проводниками силу, равную Н на каждый метр длины.
Кельвин – единица термодинамической температуры, равная 1/273,16 части термодинамической температуры тройной точки воды.
Кандела – сила света в заданном направлении источника, испускающего монохроматическое излучение частотой Гц, энергетическая сила излучения которого в этом направлении составляет 1/683 .
Моль – количество вещества системы, содержащей столько же структурных элементов, сколько атомов содержится в 0,012 кг углерода-12.
Международная система единиц включает в себя 2 дополнительные единицы: плоского угла — радиан; телесного угла – стерадиан. Угловые единицы не могут быть введены в число основных, т.к. это вызвало бы затруднения в трактовке размерностей величин, связанных с вращением (дуги окружности, площади круга, работы пары сил и т.д.). Вместе с тем они не являются и производными единицами, т.к. не зависят от выбора основных единиц. Действительно, при любых единицах длины размеры радиана и стерадиана остаются неизменными.
Радиан – угол между двумя радиусами окружности, дуга между которыми по длине равна радиусу. Один радиан составляет 57º17’44,8”.
Стерадиан – телесный угол, вершина которого расположена в центре сферы и который вырезает на сфере поверхность, площадь которой равна площади квадрата со стороной, по длине равной радиусу сферы.
Измеряются телесные углы путем определения плоских углов и проведения дополнительных расчетов по формуле
где Ω – телесный угол;α – плоский угол при вершине конуса, образованного внутри сферы данным телесным углом.
Телесному углу 1 ср соответствует плоский угол , равный 65º32′; углу π ср – плоский угол, равный 120º; углу 2 π ср – плоский угол, равный 180º.
Дополнительные единицы СИ использованы для образования единиц угловой скорости, углового ускорения и некоторых других величин.
На практике плоские углы измеряют, как правило, в угловых градусах, минутах, секундах, которые разрешено использовать наряду с единицами СИ.
Порядок выполнения работы
Задание №1. Основные единицы СИ
1. Подготовьте в тетради таблицу:
Величина
Обозначение
Величины
Единица
Измерения
Задание №2. Производные единицы системы СИ
1. Познакомьтесь с основными производными величинами, используемыми в строительстве, используя таблицы 2.1, 2.2 приложения 2.
2. Выпишите величины, имеющие одинаковые единицы измерения: Па, Вт, м 3 /с, Вт/м 2 , например:
м 3 — объем, вместимость, момент сопротивления плоской фигуры.
3. Выпишите величины (не менее трех), которые имеют единицу измерения отличную от всех остальных, например:
удельное сопротивление – Ом . м.
4. Выразите через основные и дополнительные единицы измерения СИ единицы измерения (таблицы 2.1, 2.2. приложения 2) следующих величин: частота (ν), импульс силы ( Ft ), динамическая вязкость(η); например:
жесткость при кручении
5. Составьте математические формулы для расчета производных величин (Приложение 2, таблица 2.1.): работы ( A ), мощности ( N ), количества электричества ( Q ), электрического сопротивления ( R ), используя взаимосвязь между основными и производными величинами, например:
Давление р измеряется в , т.к. в ньютонах (Н) измеряется сила F , а в квадратных метрах (м 2 ) измеряется площадь S , то получается формула:
Задание № 3. Внесистемные единицы измерения, применяемые в технологии деревообработки
1. Используя таблицу «Приставки для образования десятичных кратных и дольных единиц» (Приложение 1), представьте в системе СИ следующие значения величин (числа запишите в стандартном виде): 15 мм = …, 350 мм 2 =…, 6 мм 3 =…; 80 см 2 =…, 0,8 см 3 =…; 78 км = …, 10 5 км =…; 0,73 км =…; 1 г = … , 340 мг =… ; 0.45 т =… ; 560 кН=…, 0,33 кН=…; 12 МПа=…, 0,08 МПа=…, например:
0,7см 2 =0,7 . 10 -4 м 2 =7 . 10 -5 м 2
2. Используя таблицу «Внесистемные единицы давления, силы, энергии, мощности» (Приложение 1), представьте в системе СИ следующие значения величин (числа запишите в стандартном виде): 30 кгс/см 2 =…Па, 5 дин =…Н, 85 кгс =…Н, 57 кВт-ч=…Дж, 80 л.с.=…Вт.
3. Решите задачу:
Рассчитайте рабочую высоту балки h0 и необходимую площадь арматуры As, если изгибающий момент М равен 0,25 МН . м, расчетное сопротивление бетона осевому сжатию Rb=13 МПа, расчетное сопротивление арматуры растяжению Rs=350 МПа, а коэффициенты r0=2,07, γ=0,865, ширина прямоугольного сечения b=0,8м. Расчеты производить в системе СИ. Ответ запишите: высоту – в метрах, площадь арматуры в квадратных сантиметрах.
Контрольные вопросы:
1. Какие дополнительные величины используются в системе СИ? Почему их нельзя отнести к производным величинам?
2. Перечислите внесистемные единицы измерения (не менее трех), используемые на практике в строительстве? В каких случаях они применяются?
Отчет по работе должен содержать:
название, цель, оборудование и материалы; название заданий, выполненное задание, вывод, ответы на контрольные вопросы
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2
Теоретические сведения
Погрешность средства измерения – разность между показаниями средства измерения и истинным значением измеряемой физической величины. Она характеризует точность результатов измерений, производимых используемым средством.
По характеру проявления погрешности делят на три основных вида: систематические, случайные и грубые (промахи).
Систематические погрешности Δсист – составляющие погрешности измерений, сохраняющиеся постоянными или закономерно изменяющиеся при многократных измерениях величины в одних и тех же условиях.
Такие погрешности выявляют детальным анализом их возможных источников и уменьшают введением соответствующей поправки, применением более точных приборов, калибровкой приборов с помощью рабочих мер и т.п.
Результаты измерений, содержащие систематическую погрешность, относятся к неисправленным. При измерениях стремятся исключить или учесть влияние систематических погрешностей. Постоянные систематические погрешности обнаруживают только путем сравнения результатов измерений с другими, полученными с использованием более точных методов и средств измерения. В ряде случаев эти погрешности устраняют специальными методами измерений.
Метод замещения – это метод, при котором осуществляется замена измеряемой величины известной величиной, причем так, чтобы в состоянии и действии всех используемых средств измерений не происходило никаких измерений. Для реализации метода необходимо иметь регулируемую меру.
Например, при взвешивании по методу Борда, усовершенствованному Д, И, Менделеевым, на чашку весов, предназначенную для взвешивания массы, устанавливают полный комплект гирь и уравновешивают весы произвольным грузом. Затем на чашку с гирями помещают взвешиваемую массу и снимают часть гирь для восстановления равновесия. Суммарное значение массы снятых гирь равно значению взвешиваемой массы. Такой вариант метода замещения позволяет не только исключить погрешность от неравноплечности весов, но и сохранить неизменной их чувствительность при взвешивании различных масс. Метол замещения применяют также при измерении электрического сопротивления при помощи моста и мер сопротивления; измерении силы света при помощи фотометра и эталонных ламп и т.д.
Метод противопоставления – это метод, при котором измерения производятся дважды, причем так, чтобы причина, вызывающая погрешность, оказывала противоположное действие при первом и втором измерениях.
Для определения погрешности от неравноплечности весов при взвешивании этим методом массу взвешивают два раза, меняя ее местами с гирями. Исправленное значение массы (с учетом погрешности) определяется по формуле:
где m1, m2- значения, полученные при первом и втором взвешиваниях.
Этим методом определяется одновременно и отношение плеч
которое используется в дальнейшем при обычном взвешивании в качестве поправочного коэффициента.
Случайные погрешности Δсл– составляющие погрешности измерений, изменяющиеся случайным образом по значению и знаку при повторных измерениях одной и той же физической величины в одних и тех же условиях. Данные погрешности проявляются при повторных измерениях одной и той же величины в виде некоторого разброса получаемых результатов. Отметим, что случайная погрешность уменьшается при увеличении количества измерений.
Факторы, определяющие возникновение случайных погрешностей, проявляются нерегулярно, в различных комбинациях и с интенсивностью, которую трудно предвидеть. Случайная погрешность случайно изменяется при повторных измерениях одной и той же физической величины. Для оценки интервала значений погрешностей и вероятности появления определенных значений необходимы многократные измерения и использования математического аппарата теории вероятностей.
Наиболее универсальный способ описания случайных величин заключается в отыскании их интегральных или дифференциальных функций распределения, а также определения по ним математического ожидания случайной величины (она представляет собой оценку истинного значения измеряемой величины), дисперсии результатов измерения, а также среднего квадратичного отклонения (СКО) результатов наблюдений.
Именно среднее квадратичное отклонение σ имеет размерность измеряемой величины и наиболее часто используется в качестве основного параметра, характеризующего рассеивание результатов измерений. В производственной практике часто считается необходимым выполнение следующего условия: допустимое предельное отклонение от заданного номинального размера должно быть на менее интервала . В этом случае в среднем только одно из 370 изделий будет бракованным. Область технологического рассеивания какого-либо размера (параметра) изделия, как правило, подчиняется нормальному закону, и периодически определяемое среднее квадратичное отклонение является показателем изменений в технологическом цикле
Грубые погрешности (промахи) – погрешности, существенно превышающие ожидаемые при данных условиях измерения. Они возникают из-за ошибок оператора или неучтенных внешних воздействий. В случае однократного измерения промах обнаружить нельзя. При многократных наблюдениях грубые погрешности выявляют и исключают в процессе обработки результатов наблюдений.
Итак, если не учитывать промахи, абсолютная погрешность измерения Δ представляет собой сумму систематической и случайной составляющих: Δ= Δсист + Δсл.
Порядок выполнения работы
Задание №1. Исключение систематических погрешностей методом замещения
1. Подготовьте в тетради таблицу:
| Масса тела m , г | Истинное значение массы тела m и ,г | Абсолютная погрешность Δ, г | Относительная погрешность δ, % |
2. Уравновесьте весы.
3. Определите массу тела m с точностью до 0,01 г.
4. Освободите весы от гирь и груза.
5. Установите на чашку весов, предназначенную для взвешивания полный комплект гирь.
6. Уравновесите гири произвольным грузом (для этого в стакан насыпьте необходимое количество речного песка).
7. Поместите на чашку с гирями тело.
8. Снимите часть гирь для восстановления равновесия.
9. Найдите суммарное значение массы снятых гирь – оно равно значению взвешиваемой массы mи..
10. Принимая значение mи за истинное, определите абсолютную Δ и относительную погрешность δ измерений массы тела.
11. Результаты измерений и вычислений запишите в таблицу_2 .
Задание №2. Исключение систематических погрешностей методом противопоставления
1. Подготовьте в тетради таблицу:
| Масса цилиндра (правая чашка весов) m 1 ,г | Масса цилиндра (левая чашка весов) m 2 ,г | Истинное значение массы цилиндра m , г | Поправочный коэффициент km=l2 / l 1 | Масса кубика М, г |
2. Измерьте массу цилиндра, поместив его сначала на правую чашку весов m1 .
3. Измерьте массу цилиндра, поместив его на левую чашку весов m2 .
4. Рассчитайте истинное значение массы по формуле
5. Рассчитайте поправочный коэффициент по формуле:
6. Измерьте массу кубика с учетом поправки:
7. Результаты измерений и вычислений запишите в таблицу_3.
Задание №3. Изучение способов оценки случайных погрешностей измерений
1. Подготовьте в тетради таблицу:
2. Обозначьте номера образцов.
3. Измерьте основные параметры (a, b, c) образцов с точностью до 0,1 мм, рассчитайте объем образцов.
4. Результаты запишите в таблицу 4.
5. Подчитайте количество разных N результатов определения объема тела.
6. Подготовьте в тетради таблицу (число столбцов равно N+1):
Наименование величины
Номера образцов
7. Запишите в таблицу 5 различные значения объема измеряемой величины по возрастанию.
8. Укажите номера образцов, имеющих такое значение объема, подсчитайте их.
9. Рассчитайте вероятность P каждой величины.
10. Найдите математическое ожидание M ( V ) по формуле:
11. Рассчитайте величину М( V 2 ):
12. Рассчитайте дисперсию D(V) по формуле:
D ( V )= М( V 2 ) — M 2 ( V )
13. Определите значение среднего квадратичного отклонения результатов измерения σ, как
14. Сделайте вывод, какие образцы соответствуют условию, при котором .
1. Какие методы обнаружения систематических погрешностей вы знаете?
2. Какая величина используется в качестве основного параметра, характеризующего рассеивание результатов измерений?
Отчет о проделанной работе должен содержать:
наименование; цель; список оборудования; таблицы с результатами измерений и вычислений; формулы величин и их погрешностей; вычисления; вывод; ответ на контрольные вопросы.
Практическая работа №3
Теоретические сведения
Основными механическими характеристиками строительных материалов являются прочность, упругость, твердость, хрупкость, вязкость и др. В зависимости от требований, предъявляемых к материалам можно выделить следующие общие методы их испытаний:
— статистические испытания на сжатие, растяжение, изгиб, кручение. Их проводят путем плавного увеличения нагрузки на образец до его разрушения;
— динамические испытания, при которых нагрузка на образец увеличивается с большой скоростью;
— испытания на усталость, характеризуемые повторными, циклически изменяющимися нагрузками, многократно прилагаемыми к образцу;
— испытания на твердость, служащие для определения сопротивления образцов местной деформации, осуществляемые в основном внедрением в испытываемый образец стандартного наконечника;
— испытания на ползучесть и длительную прочность, определяющие способность материала деформироваться при постоянной заданной нагрузке и температуре;
— технологические испытания, устанавливающие пригодность материала для определенного технологического процесса.
Общим условием проведения значительной части перечисленных испытаний является применение силоизмерительных устройств с различными принципами действия.
Порядок выполнения работы
Задание №1. Классификация силоизмерительных приборов
1. Подготовьте в тетради таблицу 6:
| № | Группы измерительных приборов | Примеры приборов | Принцип действия | Достоинства | Недостатки | Применение |
| 1 | ||||||
| 2 | ||||||
| 3 |
2. Используя ПРИЛОЖЕНИЕ 3, заполните таблицу 6:
— выпишите основные группы и примеры силоизмерительных приборов, применяемых в строительстве;
— укажите основные достоинства и недостатки приборов с точки зрения их метрологических характеристик, а также принципа работы;
— запишите, для измерения каких величин используются данные приборы и машины.
Задание №2. Определение прочности материалов при сжатии.
1. Познакомьтесь с методикой определения прочности материалов (см. ПРИЛОЖЕНИЕ 4), предложенной в лабораторной работе.
2. Сравните ее с методикой, предложенной в МИ «ГСИ. Материалы цементные. Методика ускоренного определения и прогнозирования активности цемента по его концентрации» (ПРИЛОЖЕНИЕ 4).
3. Укажите сходства и принципиальные отличия указанных методик.
Контрольные вопросы:
1. Какие физические величины можно определить с помощью силоизмерительных приборов?
2. Что называется активностью цемента? Какие средства измерения и приборы используют при определении активности цемента?
Отчет по работе должен содержать:
название, цель, оборудование и материалы; название заданий, выполненное задание, вывод, ответы на контрольные вопросы.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Закон РФ «Об обеспечении единства измерений». – М. : Международный центр финансово-экономического развития, 1998.
2. Гончаров А.А. Копылов В. Д. Метрология, стандартизация и сертификация: Учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений/ А. А. Гончаров, В.Д.Копылов.-2-е изд., стер.- М.: Издательский центр «Академия», 2013.-240с.
3. Канке А.А. Кошевая И.П. Метрология, стандартизация, сертификация. Учебник для студентов образовательных учреждений среднего профессионального образования: Инфра-М, -2013,-416с.
4. Контрольно-измерительные приборы и инструменты: Учебник для нач. проф. образования / С. А. Зайцев, Д. Д. Грибанов, А.Н.Толстов, Р.В.Меркулов. — М.: Издательский центр «Академия»; ПрофОбрИздат, 2002. — 464 с.
5. Метрология, стандартизация и сертификация: учебник.- 2-е изд./ Ю.И.Борисов, А.С.Сигов, В.И. Нефедов и др; Под ред. Профессора А.С. Сигова.- М.: ФОРУМ: ИНФРА-М,2007.-336 с.
6. Лифиц И. М. Стандартизация, метрология и сертификация: Учебник.- М.: Юрайт-Издат, 2013.-412 с.
7. Сергеев А.Г. Метрология и метрологическое обеспечение: учебник/ А. Г. Сергеев.- М.: Высшее образование, 2008.-575 с.
8. Червач Ю.Б. Поверка штангенциркуля: методические указания к выполнению лабораторных работ. – Томск: ТПУ, 2010,- 19 с
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Основные единицы СИ
Величина
Единица
Измерения
Обозначение
Дополнительные единицы СИ
Величина
Единица измерения
Обозначение
3.Приставки для образования десятичных кратных и дольных единиц
| Приставка | Краткое обозначение | Значение | Приставка | Краткое обозначение | Значение |
| дека | да | 10 1 | деци | д | 10 -1 |
| гекто | г | 10 2 | санти | с | 10 -2 |
| кило | к | 10 3 | милли | м | 10 -3 |
| Мега | М | 10 6 | микро | мк | 10 -6 |
| Гига | Г | 10 9 | нано | н | 10 -9 |
| Тера | Т | 10 12 | пико | п | 10 -12 |
| Пета | П | 10 15 | фемто | ф | 10 -15 |
| Экса | Э | 10 18 | атто | а | 10 -18 |
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
ПРИЛОЖЕНИЕ 4
Лабораторная работа
ГНМЦ ГП «ВНИИФТРИ»
РЕКОМЕНДАЦИЯ
ГСИ. Материалы цементные.
Методика ускоренного определения и прогнозирования активности цемента по его контракции
МИ 2487-98
Разработана Государственным научным метрологическим центром ГП ВНИИФТРИ, Отделом метрологии в строительстве
Исполнители: А. И. Марков, М. П. Польяникова
Метрологическая экспертиза проведена Отделом общих и теоретических проблем метрологии ГП ВНИИФТРИ
Утверждена ГП ВНИИФТРИ «19» июля 1998 г.
Зарегистрирована ВНИИМС «26» июля 1998 г.
Вводится с «01» августа 1998 г.
Область применения
Настоящая рекомендация устанавливает методику выполнения ускоренного определения и прогнозирования активности цемента к различному времени в растворе и бетоне при их твердении, как в нормальных условиях, так и при тепловлажностной обработке (ТВО). Определения и прогнозирование осуществляются на основе кратковременного измерения контракции цемента.
Рекомендация разработана в развитие и дополнение МИ 1353-93 «ГСИ. Материалы цементные. Методика выполнения измерений при определении характеристик на дифференциальных контракциометрах».
Определяемая характеристика — активность цемента — предел прочности в МПа на сжатие или растяжение при изгибе цементно-песчаного раствора стандартного состава в образцах-балочках (по ГОСТ 310.4) или предел прочности на сжатие бетона (активность цемента в бетоне) в образцах-кубах (по ГОСТ 10180) при водоцементном отношении равном 0,4.
Величина, подвергаемая прямым измерением — контракция — уменьшение абсолютного объема материала в результате гидратации цемента. Размерность см 3 .
Норма погрешности
Методика обеспечивает определение и прогнозирование активности цемента с погрешностью, не превышающей ±7 % при использовании базовых данных и ±10 % при испытании цемента неизвестного состава или видо-марки, в том числе хранившегося длительные сроки
Требования безопасности
При использовании методики должны выполняться требования безопасности, определенные ГОСТ 10180, ГОСТ 28840 и ГОСТ 310.4.
Требования к квалификации операторов
К выполнению методики допускаются лица, изучившие настоящую методику, РЭ и ПС на контракциометр КД-07 или МИ 1353-93.
ДЕПАРТАМЕНТ ОБРАЗОВАНИЯ ВОЛОГОДСКОЙ ОБЛАСТИ
БЮДЖЕТНОЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВОЛОГОДСКОЙ ОБЛАСТИ
«ВОЛОГОДСКИЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ КОЛЛЕДЖ»
МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ И ПРАКТИЧЕСКИХ РАБОТ
Составитель: Г. В. Пантина, преподаватель БПОУ ВО «Вологодский строительный колледж»
Рецензент: Д.А. Погодин, к.т.н., доцент кафедры ПГС Вологодского государственного университета.
Пантина Г.В.
Метрологическое обеспечение. Методические рекомендации по выполнению лабораторных работ: для студентов профессиональных образовательных организаций.- Вологда,2017.- 36 с.
Пособие предназначено для организации лабораторных и практических работ в рамках преподавания по ПМ.02. Выполнение технологических процессов при строительстве, эксплуатации и реконструкции строительных объектов: Раздел 3. Метрологическое обеспечение; может использоваться преподавателями для проведения учебных занятий и студентами в качестве методического руководства, содержащего подробные инструкционные карты работ.
СОДЕРЖАНИЕ
Лабораторные и практические работы……………………………..
Управление качеством продукции базируется на двух основных звеньях: первое – стандартизация продукции и всех пределов технологического процесса, включая методы и средства входного, операционного и приемочного контроля, и второе – метрологическое обеспечение процесса, т.е. обеспечение возможности количественной оценки (измерения) всех параметров процесса с необходимой точностью.
Метрологическое обеспечение производства базируется на научной основе – собственно метрологии как науке об измерениях, парке технических средств измерения и передачи информации, нормативно-законодательной основе и организационно-структурной базе.
В ходе выполнения заданий все измерения на лабораторных работах необходимо производить с максимальной тщательностью, для вычислений использовать микрокалькулятор.
При работе с приближенными числами необходимо соблюдать следующие правила:
1. При сложении и вычитании приближенных чисел в конечном результате следует сохранять столько десятичных знаков, сколько их имеет наименее точное данное (число с наименьшим числом десятичных знаков).
2. В результате, полученном после умножения и деления, следует сохранять столько значащих цифр, сколько их имеет наименее точное данное.
3. При возведении приближенного числа в квадрат и куб следует сохранять в результате столько значащих цифр, сколько их имеет возводимое в степень приближенное число.
4. При извлечении квадратного и кубического корней из приближенного числа следует сохранять в результате столько значащих цифр, сколько их имеет подкоренное выражение.
5. При выполнении промежуточных результатов необходимо брать одной цифрой больше, чем рекомендуют предыдущие правила.
Отчет о проделанной работе должен содержать:
— список оборудования и материалов;
— таблицы с результатами измерений и вычислений;
— формулы величин и их погрешностей;
— график (если требуется);
— окончательный результат, вывод о проделанной работе;
— выполненное контрольное задание.
Практическая работа №1
ПРИМЕНЕНИЕ СИСТЕМЫ СИ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ
Цель работы: познакомиться с основными принципами построения систем единиц, правилами перевода внесистемных единиц измерения в соответствии со стандартами ГСИ.
Оборудование: таблицы «Международная система единиц (СИ)», «Приставки для образования десятичных кратных и дольных единиц»
Теоретические сведения
Понятие о системе единиц ввел немецкий ученый Гаусс. По его методу построения систем единиц различных величин сначала устанавливают или выбирают произвольно несколько величин независимо друг от друга. Единицы этих величин называют основными, так как они являются основой построения системы единиц других величин. Единицы, выраженные через основные единицы, называют производными. Полная совокупность основных и производных единиц, установленных таким путем, и является системой единиц физических величин.
Таким образом, СИСТЕМА ЕДИНИЦ – это полная совокупность взаимосвязанных основных и производных единиц измерения.
Первоначально были созданы системы единиц, основанные на трех единицах: метр-килограмм-секунда (МКС), сантиметр-грамм-секунда (СГС)(1861-1870г), метр-килограмм-сила-секунда (МКГСС), метр–тонна-секунда. Затем появились системы, содержащие единицы измерения температуры – градус, а чуть позже и единицы измерения силы тока — ампер.
В результате большой работы, выполненной Международным комитетом мер и весов по опросу научных, технических и педагогических кругов многих стран и обобщению результатов опроса, а также работы 9, 10 и 11 Генеральных конференций по мерам и весам (1948, 1954, 1960 гг в 1960 г. была принята Международная система единиц (System International), или сокращенно – СИ (SI).
Международная система единиц физических величин является наиболее совершенной и универсальной из всех существующих до настоящего времени. Преимущества системы СИ настолько сильны, что она за короткое время получила широкое международное признание и распространение.
С 1970 г. Международное бюро мер и весов издает документ «Международная система единиц (СИ)».
В нашей стране переход к системе СИ начался в 1955 утверждением стандартов на отдельные группы физических величин. Однако более широкое внедрение системы произошло только в 1970-1985 годах, начиная с издания массовым тиражом проекта стандарта «Единицы физических величин» и кончая утверждением ГОСТ 8.417-81, который определяет наименования, обозначения и правила применения физических величин Международной системы единиц СИ.
Международная система единиц содержит 7 основных единиц: длины — метр, массы – килограмм, времени – секунда, силы электрического тока – ампер, термодинамической температуры – кельвин, силы света – кандела, количества вещества – моль.
Метр – расстояние, проходимое светом в вакууме за 1/299792458 долю секунды.
Килограмм – единица массы, равная массе международного прототипа килограмма, хранимого в Международном бюро мер и весов.
Секунда – интервал времени, в течении которого совершается 9192631770 колебаний, соответствующих резонансной частоте энергетического перехода между уровнями сверхтонкой структуры основного состояния атома цезия-133 при отсутствии возмущения внешними полями.
Ампер – сила не изменяющегося тока, который , проходя по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малого кругового сечения, расположенным на расстоянии 1 м один от другого в вакууме, создает между проводниками силу, равную Н на каждый метр длины.
Кельвин – единица термодинамической температуры, равная 1/273,16 части термодинамической температуры тройной точки воды.
Кандела – сила света в заданном направлении источника, испускающего монохроматическое излучение частотой Гц, энергетическая сила излучения которого в этом направлении составляет 1/683 .
Моль – количество вещества системы, содержащей столько же структурных элементов, сколько атомов содержится в 0,012 кг углерода-12.
Международная система единиц включает в себя 2 дополнительные единицы: плоского угла — радиан; телесного угла – стерадиан. Угловые единицы не могут быть введены в число основных, т.к. это вызвало бы затруднения в трактовке размерностей величин, связанных с вращением (дуги окружности, площади круга, работы пары сил и т.д.). Вместе с тем они не являются и производными единицами, т.к. не зависят от выбора основных единиц. Действительно, при любых единицах длины размеры радиана и стерадиана остаются неизменными.
Радиан – угол между двумя радиусами окружности, дуга между которыми по длине равна радиусу. Один радиан составляет 57º17’44,8”.
Стерадиан – телесный угол, вершина которого расположена в центре сферы и который вырезает на сфере поверхность, площадь которой равна площади квадрата со стороной, по длине равной радиусу сферы.
Измеряются телесные углы путем определения плоских углов и проведения дополнительных расчетов по формуле
где Ω – телесный угол;α – плоский угол при вершине конуса, образованного внутри сферы данным телесным углом.
Телесному углу 1 ср соответствует плоский угол , равный 65º32′; углу π ср – плоский угол, равный 120º; углу 2 π ср – плоский угол, равный 180º.
Дополнительные единицы СИ использованы для образования единиц угловой скорости, углового ускорения и некоторых других величин.
На практике плоские углы измеряют, как правило, в угловых градусах, минутах, секундах, которые разрешено использовать наряду с единицами СИ.
Источник: findout.su
Международная система единиц (система СИ).
В качестве основных единиц в системе СИ приняты метр, килограмм, секунда, ампер, кельвин, моль и кандела.
единица длины — метр— длина пути, которую проходит свет в вакууме за 1/299792458 долю секунды;
• единица массы — килограмм— масса, равная массе международного прототипа килограмма;
• единица времени — секунда— продолжительность 9192631770 периодов излучения, которое соответствует переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133 при отсутствии возмущения со стороны внешних полей;
• единица силы электрического тока — ампер— сила неизменяющегося тока, который при прохождении по двум параллельным проводникам бесконечной длины и ничтожно малого кругового сечения, расположенным на расстоянии 1 м один от другого в вакууме, создал бы между этими проводниками силу, равную 10×2 -7 Н на каждый метр длины;
• единица термодинамической температуры — кельвин —1/273,16 часть термодинамической температуры тройной точки воды. Допускается также применение шкалы Цельсия (до 1967 г. единица именовалась градус Кельвина);
• единица количества вещества — моль— количество вещества системы, содержащей столько же структурных элементов, сколько атомов содержится в нуклиде углерода-12 массой 0,012 кг;
• единица силы света — кандела— сила света в заданном направлении источника, испускающего монохроматическое излучение частотой 10×540 12 Гц, энергетическая сила которого в этом направлении составляет 1/683 Вт/ср (Ватт на стерадиан — единица (производная) энергетической силы света.
Кроме основных единиц, в системе СИ есть дополнительные единицы для измерения плоского и телесного углов — радиан и стерадиан.
У обоих углов нет размерности, т. е. их единицы измерения не связаны с основными единицами.
Единицы, содержащие приставку, называются кратными или дольными в зависимости от того, является показатель степени положительным или отрицательным.
Кратные единицы — единицы, которые в целое число раз (10 в какой-либо степени) превышают основную единицу измерения некоторой физической величины.
Дольные единицы, составляют определённую долю (часть) от установленной единицы измерения некоторой величины.
Приставки используются для того, чтобы избежать больших или малых числовых значений.
Системная единица физической величины – это единица, входящая в принятую систему единиц. Все основные, производные кратные и дольные единицы являются системными.
Внесистемная единица физической величины – это единица, не входящая в принятую систему единиц
Принципы построения системы СИ следующие:
1.Система СИ базируется на семи основных единицах, размеры которых
устанавливаются независимо друг от друга.
2.Производные единицы образуются с помощью простейших уравнений связи между величинами, в которых размеры величин приняты равными единицам СИ. Для величины каждого вида имеется только одна единица СИ.
3.Производные единицы вместе с основными единицами формируют
когерентную систему единиц.
4.Наряду с единицами СИ к применению допускается ограниченное число внесистемных единиц в связи с их практической важностью и повсеместным применением в различных областях деятельности.
5. Единицы СИ или внесистемные единицы могут применяться с приставкой,
что означает умножение единицы на 10, возведенное в определенную степень.
Источник: studopedia.ru
Си что это в строительстве
СИ (SI, фр. Le Système International d’Unités ), (Система Интернациональная) — международная система единиц, современный вариант метрической системы. СИ является наиболее широко используемой системой единиц в мире, как в повседневной жизни, так и в науке и технике.
Тем не менее, в большинстве научных работ по электродинамике используется Гауссова система единиц, из-за ряда недостатков СИ. В частности, в СИ напряжённость (В/м) и смещение (Кл/м² (L −2 TI)) имеют разную размерность; возникает т. н. диэлектрическая проницаемость вакуума, лишённая физического смысла [1] . В настоящее время СИ принята в качестве основной системы единиц большинством стран мира и почти всегда используется в области техники, даже в тех странах, в которых в повседневной жизни используются традиционные единицы. В этих немногих странах (например, в США) определения традиционных единиц были изменены.
Общие сведения
Страны, которые не приняли систему СИ в качестве основной или единственной системы единиц: Либерия, Мьянма, США.
СИ была принята XI Генеральной конференцией по мерам и весам, некоторые последующие конференции внесли в СИ ряд изменений.
СИ определяет семь основных и производные единицы физических величин (далее — единицы), а также набор приставок. Установлены стандартные сокращённые обозначения для единиц и правила записи производных единиц.
Основные единицы: килограмм, метр, секунда, ампер, кельвин, моль и кандела. В рамках СИ считается, что эти единицы имеют независимую размерность, то есть ни одна из основных единиц не может быть получена из других.
Производные единицы получаются из основных с помощью алгебраических действий, таких как умножение и деление. Некоторым из производных единиц в СИ присвоены собственные названия, например радиану.
Приставки можно использовать перед названиями единиц; они означают, что единицу нужно умножить или разделить на определённое целое число, степень числа 10. Например, приставка «кило» означает умножение на 1000 (километр = 1000 метров). Приставки СИ называют также десятичными приставками.
Международные и русские обозначения
В России действует ГОСТ 8.417—2002, предписывающий обязательное использование единиц СИ. В нём перечислены единицы физических величин, разрешённые к применению, приведены их международные и русские обозначения и установлены правила их использования.
По этим правилам, при договорно-правовых отношениях в области сотрудничества с зарубежными странами, а также в поставляемых за границу вместе с экспортной продукцией технических и других документах разрешается применять только международные обозначения единиц. Применение международных обозначений обязательно также на шкалах и табличках измерительных приборов. В остальных случаях, например, во внутренних документах и обычных публикациях можно использовать либо международные, либо русские обозначения. Не допускается одновременно применять международные и русские обозначения, за исключением публикаций по единицам величин.
История
СИ является развитием метрической системы мер, которая была создана французскими учёными и впервые широко внедрена после Великой Французской революции. До введения метрической системы единицы выбирались независимо друг от друга. Поэтому пересчёт из одной единицы в другую был сложным. К тому же в разных местах применялись разные единицы, иногда с одинаковыми названиями. Метрическая система должна была стать удобной и единой системой мер и весов.
В 1799 г. во Франции были изготовлены два эталона — для единицы длины (метр) и для единицы массы (килограмм) [2] .
В 1874 г. была представлена система СГС, основанная на трёх единицах — сантиметр, грамм и секунда — и десятичных приставках от микро до мега [2] .
В 1875 г. была подписана Метрическая конвенция. Были начаты работы по разработке международных эталонов метра и килограмма.
В 1889 г. 1-я Генеральная конференция по мерам и весам приняла систему мер, сходную с СГС, но основанную на метре, килограмме и секунде, так как эти единицы были признаны более удобными для практического использования [2] .
В последующем были введены базовые единицы для физических величин в области электричества и оптики.
В 1960 XI Генеральная конференция по мерам и весам приняла стандарт, который впервые получил название «Международная система единиц (СИ)».
В 1971 XIV Генеральная конференция по мерам и весам внесла изменения в СИ, добавив, в частности, единицу количества вещества (моль).
Единицы СИ
Названия единиц СИ пишутся со строчной буквы, после обозначений единиц СИ точка не ставится, в отличие от обычных сокращений.
Основные единицы
| Длина | метр | metre (meter) | м | m |
| Масса | килограмм | kilogram | кг | kg |
| Время | секунда | second | с | s |
| Сила тока | ампер | ampere | А | A |
| Термодинамическая температура | кельвин | kelvin | К | K |
| Сила света | кандела | candela | кд | cd |
| Количество вещества | моль | mole | моль | mol |
Производные единицы
Производные единицы могут быть выражены через основные с помощью математических операций: умножения и деления. Некоторым из производных единиц, для удобства, присвоены собственные названия, такие единицы тоже можно использовать в математических выражениях для образования других производных единиц.
Математическое выражение для производной единицы измерения вытекает из физического закона, с помощью которого эта единица измерения определяется или определения физической величины, для которой она вводится. Например, скорость — это расстояние, которое тело проходит в единицу времени; соответственно, единица измерения скорости — м/с (метр в секунду).
Часто одна и та же единица может быть записана по-разному, с помощью разного набора основных и производных единиц (см., например, последнюю колонку в таблице Производные единицы с собственными названиями). Однако на практике используются установленные (или просто общепринятые) выражения, которые наилучшим образом отражают физический смысл величины. Например, для записи значения момента силы следует использовать Н·м, и не следует использовать м·Н или Дж.
| Плоский угол | радиан | radian | рад | rad | м·м −1 = 1 |
| Телесный угол | стерадиан | steradian | ср | sr | м 2 ·м −2 = 1 |
| Температура по шкале Цельсия¹ | градус Цельсия | degree Celsius | °C | °C | K |
| Частота | герц | hertz | Гц | Hz | с −1 |
| Сила | ньютон | newton | Н | N | кг·м·c −2 |
| Энергия | джоуль | joule | Дж | J | Н·м = кг·м 2 ·c −2 |
| Мощность | ватт | watt | Вт | W | Дж/с = кг·м 2 ·c −3 |
| Давление | паскаль | pascal | Па | Pa | Н/м 2 = кг·м −1 ·с −2 |
| Световой поток | люмен | lumen | лм | lm | кд·ср |
| Освещённость | люкс | lux | лк | lx | лм/м² = кд·ср/м² |
| Электрический заряд | кулон | coulomb | Кл | C | А·с |
| Разность потенциалов | вольт | volt | В | V | Дж/Кл = кг·м 2 ·с −3 ·А −1 |
| Сопротивление | ом | ohm | Ом | Ω | В/А = кг·м 2 ·с −3 ·А −2 |
| Электроёмкость | фарад | farad | Ф | F | Кл/В = с 4 ·А 2 ·кг −1 ·м −2 |
| Магнитный поток | вебер | weber | Вб | Wb | кг·м 2 ·с −2 ·А −1 |
| Магнитная индукция | тесла | tesla | Тл | T | Вб/м 2 = кг·с −2 ·А −1 |
| Индуктивность | генри | henry | Гн | H | кг·м 2 ·с −2 ·А −2 |
| Электрическая проводимость | сименс | siemens | См | S | Ом −1 = с 3 ·А 2 ·кг −1 ·м −2 |
| Активность (радиоактивного источника) | беккерель | becquerel | Бк | Bq | с −1 |
| Поглощённая доза ионизирующего излучения | грэй | gray | Гр | Gy | Дж/кг = м²/c² |
| Эффективная доза ионизирующего излучения | зиверт | sievert | Зв | Sv | Дж/кг = м²/c² |
| Активность катализатора | катал | katal | кат | kat | моль/с |
• Шкалы Кельвина и Цельсия связаны между собой следующим образом: °C = K − 273,15
Единицы, не входящие в СИ
Некоторые единицы, не входящие в СИ, по решению Генеральной конференции по мерам и весам «допускаются для использования совместно с СИ».
| минута | minute | мин | min | 60 с |
| час | hour | ч | h | 60 мин = 3600 с |
| сутки | day | сут | d | 24 ч = 86 400 с |
| градус | degree | ° | ° | (π/180) рад |
| угловая минута | minute | ′ | ′ | (1/60)° = (π/10 800) |
| угловая секунда | second | ″ | ″ | (1/60)′ = (π/648 000) |
| литр | litre (liter) | л | l, L | 1/1000 м³ |
| тонна | tonne | т | t | 1000 кг |
| непер | neper | Нп | Np | безразмерна |
| бел | bel | Б | B | безразмерна |
| электронвольт | electronvolt | эВ | eV | ≈1,60217733×10 −19 Дж |
| атомная единица массы | unified atomic mass unit | а. е. м. | u | ≈1,6605402×10 −27 кг |
| астрономическая единица | astronomical unit | а. е. | ua | ≈1,49597870691×10 11 м |
| морская миля | nautical mile | миля | — [3] | 1852 м (точно) |
| узел | knot | уз | 1 морская миля в час = (1852/3600) м/с | |
| ар | are | а | a | 10² м² |
| гектар | hectare | га | ha | 10 4 м² |
| бар | bar | бар | bar | 10 5 Па |
| ангстрем | ångström | Å | Å | 10 −10 м |
| барн | barn | б | b | 10 −28 м² |
Кроме того, ГОСТ 8.417-2002 разрешает применение следующих единиц: град, световой год, парсек, диоптрия, киловатт-час, вольт-ампер, вар, ампер-час, карат, текс, гал, оборот в секунду, оборот в минуту. Разрешается применять единицы относительных и логарифмических величин, такие как процент, промилле, миллионная доля, фон, октава, декада. Допускается также применять единицы времени, получившие широкое распространение, например, неделя, месяц, год, век, тысячелетие.
Другие единицы применять не разрешается.
Тем не менее, в различных областях иногда используются и другие единицы.
- Единицы системы СГС: эрг, гаусс, эрстед и др.
- Внесистемные единицы, широко распространённые до принятия СИ: кюри, калория, ферми, микрон и др.
Некоторые страны не приняли систему СИ, или приняли её лишь частично и продолжают использовать английскую систему мер или сходные единицы.
Кратные и дольные единицы
Десятичные кратные и дольные единицы образуют с помощью стандартных множителей и приставок СИ, присоединяемых к названию или обозначению единицы.
Источник: dic.academic.ru
Система СИ — это что такое?
Сегодня кажется очевидным, что килограмм сахара России и в Африке будет килограммом сахара. Вы удивитесь, узнав, что всего лишь 200 лет назад 1 пуд весил по-разному даже в соседних губерниях. К единому знаменателю нас привела международная система СИ, которой сегодня оперирует большинство стран мира. Но так было не всегда. Об истории введения эталонов измерений и единой системы СИ — далее в статье.
Зачем нам эталоны?
Развитие цивилизации знало множество стандартов и эталонов мер, которые сменялись на протяжении столетий. Например, мера веса в Древнем Египте – киккар, в Древнем Риме – талант, в России – пуд. И все эти меры, сменяя друг друга, требовали от человечества договариваться о единых единицах физических параметров, которые будут сопоставимы с единой для всех договорной единицей (эталоном).
С развитием научно-технического прогресса потребность в такой единой системе стандартов только возрастала. Начиная с торгово-экономической сферы деятельности, эта система стандартов стала необходимостью во всех других сферах – строительной (чертежи), промышленной (например, единство сплавов) и даже культурной (временные интервалы).
Как метр определяли
Почти до конца 17-го века в разных странах меры длины были разные. Но вот пришло время, когда развитие науки потребовало единой меры длины – католического метра.
Первый эталон предложил британский ученый и философ Джон Уилкинс – за единицу длины принять длину маятника, половина периода которого равняется одной секунде. Но быстро выяснилось, что это значение сильно меняется в зависимости от места замера.
В 1790 году Национальное собрание во Франции по предложению тогдашнего министра Талейрана принимает один эталон метра, в 1791 году уже французская Академия наук принимает за эталон длины одну десятимиллионную часть расстояния между экватором и Северным полюсом, измеренную по Парижскому меридиану. Согласитесь, довольно сложно.
Несмелые попытки продолжались
Прообразом современной системы СИ стала метрическая система во Франции, которую Национальным Конвентом в 1795 году было предложено разработать ведущим ученым того времени. Работали над разработкой эталонов длины и массы Ш. Кулон, Ж. Лагранж, П.-С. Лаплас и другие. Предложений было несколько, меридиан все же измерили. И первый эталон метра был изготовлен из латуни в 1975 году.
И все же днем рождения единой системы мер и прообразом современной системы единиц СИ следует считать 22 июня 1799 года. Именно тогда во Франции из платины были изготовлены первые эталоны метра и килограмма.
Идут годы, появляется абсолютная система единиц Гаусса (1832) и приставки для обозначения кратных единиц Максвелла и Томсона.
И вот в 1875 году 17 государств подписали Метрическую конвенцию. В ней утвердили Международное бюро мер и Международный комитет мер, а также начала свою деятельность Генеральная конференция по мерам и весам. На ее первой конференции в 1889 году была принята первая единая метрическая система, основанная на метре, килограмме, секунде.
История эталонов продолжается
Развитие электричества и оптики вносит свои коррективы в понятия стандартов. Наука не стоит на месте и требует все новых единиц измерения.
В 1954 году на десятой Генеральная конференция по мерам и весам были приняты шесть единиц – метр, килограмм, секунда, ампер, кандела, градус Кельвина. В 1960 году эта система получает название Systeme International d’Unites, а в 1960 году принимается стандарт Международной системы единиц, сокращенно SI. Русскоязычное «СИ» расшифровывается как система интернациональная. Это и есть та система измерения СИ, которой пользуется сегодня весь мир. Исключениями стали США, Нигерия, Мьянма.
Определение системы СИ
Сразу стоит отметить, что это не единственная система эталонов. В некоторых отраслях прикладной физики используются другие системы единиц.
Сегодня Международная система физических величин СИ – наиболее используемая в мире метрическая система. Ее официальное подробное описание изложено в «Брошюре СИ» (1970). Официальное определение «Международная система единиц СИ – система единиц, основанная на Международной системе величин, вместе с наименованиями и обозначениями, а также набором приставок … с правилами применения …».
Основа системы
Принципы единиц измерения системы СИ следующие:
- Определены семь основных единиц физических величин. В системе СИ они не могут быть получены из других величин. Это – килограмм (вес), метр (длина), секунда (время), ампер (сила тока), кельвин (температура), моль (количество вещества), кандела (сила света).
- Определены производные величины от величин основной системы СИ, которые получены путем математических действий с основными величинами.
- Определены приставки к величинам и правила их использования. Приставки означают, что единицу нужно разделить/умножить на целое число, которое является степенью числа 10.
Значение в жизни и науке
Как уже говорилось, большинство стран мира использует единицы системы SI. Даже если в обычной жизни они используют традиционные для страны единицы, то они определяются путем перевода в систему СИ с помощью фиксированных коэффициентов.
Все основные единицы системы СИ определяются посредством физических констант или явлений, которые неизменны и могут быть воспроизведены в любой точке мира с высокой точностью. Исключением является только килограмм, эталон которого так пока и остается единственным физическим прототипом.
Система единиц МКС (метр, килограмм, секунда) позволяет решать задачи механики, термодинамики и других областей теоретической физики и практической науки.
Но в некоторых отраслях (например, в электродинамике) система СИ проигрывает другим метрическим системам. Именно поэтому в мире существует несколько метрических систем, величины которых в той или иной мере привязаны к главным эталонам — килограмму, метру и секунде.
Единицы SI
Основные единицы (напомним – их семь) и их обозначения представлены в таблице, но всем нам они хорошо знакомы. Названия единиц в данной системе пишут со строчной буквы, а после обозначения единиц точка не ставится.
Производные единицы (их 22) выражены через математически исчисления и вытекают из физических законов. Например, скорость – расстояние, которое тело проходит за единицу времени – м/с. У некоторых производных единиц есть свои названия (радиан, герц, ньютон, джоуль) и они могут записываться по-разному.
Есть единицы, которые не входят в системы СИ, но допускаются к совместному использованию. Они утверждены Генеральной конвенцией по мерам и весам. Например, минута, час, сутки, литр, узел, гектар.
Также разрешено применять и единицы логарифмических величин, как и относительных. Например, процент, октава, декада.
Разрешается применение и величин, которые получили широкое распространение. Например, неделя, год, век.
Для перевода величин из разных систем существуют разработанные конвекторы. Их существует огромное множество, но все они опираются на единые метрические величины.
Преимущества международной системы SI
Универсальность данной системы очевидна. Все физические явления, все отрасли хозяйствования и техники охвачены единой системой величин. Только система СИ дает единицы, которые важны и удобны в применении.
Системе присуща гибкость, которая допускает применение внесистемных единиц, и возможности развития – при необходимости число величин СИ может быть увеличено. Единицы могут подвергаться корректировке в соответствии с международными соглашениями и уровнем развития технологий измерения.
Унификация единиц сделала эту систему применяемой повсеместно (более чем в 130 странах) и признанной множеством влиятельных международных организаций (ООН, ЮНЕСКО, Международным союзом чистой и прикладной физики).
Система СИ повышает производительность труда проектантов и ученых, упрощает и облегчает учебный процесс и практику международных контактов во всех сферах.
Последний физический прототип
Все единицы в системе СИ определены физическими константами. Исключение – килограмм. Только этот эталон пока имеет свой физический прототип и этим выделяется в стройной линейке единиц измерения.
Эталон килограмма – это цилиндр из сплава 9 частей платины и 1 части иридия. Его масса соответствует одному литру воду при ее наивысшей плотности (4 градуса по Цельсию, стандартное давление над уровнем моря). В 1889 году их было изготовлено 80 штук, 17 из которых были переданы странам, подписавшим Метрическую конвенцию.
Сегодня оригинал этого эталона под тремя герметичными капсулами находится в городе Севр в предместье Парижа в сейфе Международного бюро мер и весов. Каждый год его торжественно извлекают и проводят сверку.
Российская версия эталона килограмма находится во ВНИИ метрологии им. Менделеева (Санкт-Петербург). Это прототипы № 12 и № 26.
Ваш айфон сломается из-за утраты эталона массы в системе СИ
Вся метрическая система человечества сегодня находится под угрозой. А происходит это потому, что как раз единственный физически существующий эталон стремительно «худеет».
Экспериментально доказано, что каждое столетие эталон килограмма становится легче на 3 х 10 −8 килограмма. Это происходит вследствие отрыва атомов при ежегодных освидетельствованиях. Очевидно, что нарушение константы данной величины обязательно потянет за собой и изменение всех остальных величин.
Спасти ситуацию призван проект «Электронный килограмм» (Национальный институт стандартов и технологий, США), который предусматривает создание прибора такой мощности, который сможет поднять в электромагнитном поле 1 килограмм массы. Работы над созданием пока ведутся.
Другое направление – куб из 2250 х 281489633 атомов углерода-12. Его высота будет 8,11 сантиметров и он не будет уменьшаться с течением времени. Данный проект также в стадии разработки.
Интересные факты об эталонах и не только
Время – величина постоянная. Во всех часовых поясах нашей планеты время определяют относительно всемирного времени UTC. Занятно, что данная аббревиатура не имеет расшифровки.
Моряки продолжают использовать единицу «узел». Мало кто знает, но эта единица имеет длинную историю. Для измерения скорости кораблей раньше использовался лаг с узлами, завязанными на одинаковом расстоянии. Современные спидометры стали гораздо совершеннее, но название сохранилось.
И измерение мощности автомобильного транспорта в лошадиных силах также основано на реальном факте. Изобретатель парового двигателя Джеймс Уайт так продемонстрировал преимущества своего открытия. Под 1 лошадиной силой он считал массу груза, который лошадь поднимет в минуту.
Источник: fb.ru