Физические величины и единицы их измерения

Номинальное значение массы, воспроизводимое эталоном, составляет 1кг. Государственный первичный  эталон обеспечивает воспроизведение  единицы массы со средним квадратическим отклонением результата измерений при сличении с международным прототипом килограмма, не превышающим 2*10^-3 мг.

Эталонные весы, с помощью которых производится сличение эталона массы, с диапазоном взвешивания 2*10^-3… 1кг имеют среднее квадратическое отклонение результата наблюдения на весах 5*10^-4… 3*10^-2 мг.

Эталоны единицы температуры. Измерение температуры с момента изобретения термометра Галилеем в 1598 году основывалось на применении того или иного термометрического вещества, изменяющего свой объем или давление при изменении температуры.

В 1715 году Фаренгейт  создал ртутный термометр и предложил  для построения термометрической шкалы  две точки: температура смеси  льда с солью и нашатырем, которую  он обозначил 0, и температуру тела человека, которую он обозначил числом 96.

В 1736 году Реомюр предложил для термометрической шкалы другие две постоянные точки, более удобные для воспроизведения: точку таяния льда 0 и точку кипения  воды 80.

В 1742 году Цельсий  предложил термометрическую шкалу, в которой расстояние по шкале  между точкой таяния льда и точкой кипения воды делилась на 100 частей. Показания термометров такого типа зависели от рода применяемого термометрического  вещества, особенностей и условий  его теплового расширения.

В 1848 году Кельвин  и независимо от него Д.И.Менделеев  предложили построить термодинамическую  шкалу температур по одной реперной точке, приняв за нее тройную точку  воды (точка равновесия воды, находящейся  в специальном герметичном сосуде, в твердой, жидкой и газообразной фазах), которую можно воспроизвести  с наименьшей погрешностью (0, 0001 К).

Нижней границей температурного интервала в этом случае служит точка абсолютного  нуля. Данное предложение полностью  было реализовано только в 18954 году, когда после тщательного анализа  результатов, полученных в разных лабораториях, признали значение тройной точки воды, равное 273,16К, и точки таяния льда – 273,15К. Таким образом, термодинамическая температура является основной и обозначается символом Т. ее единицей служит кельвин (К), определенный как 1/273,16 часть термодинамической температуры тройной точки воды. Температура (t) в градусах Цельсия (⁰С) определяется по формуле:

t=T-T₀,

где Т₀=273,15К.

Один градус Цельсия равен одному кельвину.

Поскольку воспроизведение термодинамической  шкалы по одной реперной точке  представляет значительные трудности, в 1968 г ввели Международную практическую температурную шкалу (МПТШ-68). Для  ее воспроизведения кроме тройной  точки воды использовали еще 10-11 реперных точек, реализуя состояние равновесия между жидкой и газообразной или  твердой или жидкой фазами чистых веществ. При воспроизведении шкалы  в интервале температур, близких  к абсолютному нулю, использовали тройную точку водорода (Т=13,81К). При температурах, близких к 1000К, использовали точки затвердения серебра и золота. Точность воспроизведения кельвина (градуса Цельсия) различна в различных интервалах температур. Наименьшая погрешность (0, 0002К) достигается в тройной точке воды.

В качестве эталонных приборов при воспроизведении  шкалы используют платиновый термометр  сопротивления (-259,34…+630,74⁰С) и термопару платинородий-платина (630,74…1064,43⁰С).

В 1989 году вместо МПТШ-68 была принята новая международная  практическая температурная шкала  МПТШ-90, позволившая повысить точность воспроизведения кельвина в некоторых  интервалах шкалы за счет введения дополнительных реперных точек плавления (точка галлия) и затвердевания (точки  индия, алюминия, меди).

Во ВНИИМ  им. Д,И.Менделеева созданы два государственных  первичных и один специальный  эталоны, обеспечивающие единство измерений  температуры в диапазоне измерений 273,15…6300К. государственная поверочная схема для средств измерения  температуры установлена ГОСТ 8.558-93.

Эталон  единицы электрического тока. Ввиду отсутствия возможности на практике определить размер ампера через количество электричества используются другие физические величины, с которыми электрический ток связан определенными зависимостями. Долгое время за один ампер принимали неизменяющийся ток, который, проходя через водный раствор азотно-кислого серебра, при соблюдении приложенной спецификации выделяет 0,001118г серебра в одну секунду.

С 1948 года в  качестве эталона ампера были приняты  токовые весы, с помощью которых  определяли силу взаимодействия между  двумя проводниками (в соответствии с определением единицы ампера). Переход к этому эталону был  связан с тем, что силу, с которой  один проводник действует на другой, можно измерить более точно, чем  количество выделенного вещества на электродах.

В настоящее  время в связи с введением  в метрологическую практику эталонов ома и вольта назначение токовых  весов как средства, необходимого для воспроизведения ампера, утратило смысл, поскольку воспроизведение  ампера через единицы сопротивления  и напряжения повысило точность на два порядка.

Новый государственный  первичный эталон ампера состоит  из двух комплексов. В первом из них  размер ампера воспроизводится через  ом и вольт, а во втором – через  фарад, вольт и секунду с использованием методов электрометрии.

Эталон и  поверочная схема для средств  измерения силы тока в диапазоне 30…110А регламентированы ГОСТ 8.022-91.

Эталон  единицы силы света. С начала ХХ века в качестве эталонов силы света использовали электрические лампы накаливания, позволяющие сохранять световые единицы с погрешностью не более 0,1%. К концу 1930-х гг. были созданы новые световые эталоны, основанные на полном излучателе (абсолютно черном теле). Начиная с 1980 г. кандела воспроизводится путем косвенных измерений. В диапазоне измерений 30…110кд среднее квадратическое отклонение результата измерений составляет 1*10^-3кд. Государственный первичный эталон канделы и поверочная схема для средств измерений световых величин непрерывного и импульсного излучений регламентированы ГОСТ 8.023-90.

Последняя основная единица системы СИ –  моль – не имеет эталона, поскольку  является расчетной. Однако в области  физико-химических измерений зарегистрированы три государственных эталона, воспроизводящих  единицы молярной доли компонентов  в газовых средах, объемного влагосодержания  нефти и нефтепродуктов, относительной  влажности газов. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

СПИСОК  ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ: 

1. «Управление качеством» под общей редакцией В.Е.Сыцко. Мн. «Вышэйшая школа»,2008
2. Сергеев А.Г., Крохин В.В. Метрология: Учебное пособие для вузов. – М.; Логос, 2001
3. Основы метрологии, стандартизации и контроля качества: Учебное пособие. – М.;2000
4. Сыцко В.Е. «Управление качеством»: Учебное пособие для вузов, 2-е издание, 1999