ИЗМЕРЕНИЕ — процедура сравнения данной величины с другой величиной, принятой за эталон (единицу). Измерить какую-либо величину - значит сравнить ее с другой однородной величиной (мерой), принятой за единицу измерения. Число, выражающее отношение измеряемой величины к еди-нице измерения, называется числовым значением измеряемой величины.
Если Q — измеряемая величина, U — единица измерения, a q — числовое значение измеряемой величины, то:
Q = qU
Это уравнение является основным уравнением измерения, правая часть которого называется результатом измерения.
Результат измерения является всегда размерной величиной и состоит из единицы измерения U, которая имеет свое наименование, и числа q, показывающего сколько раз данная единица содержится в измеряемой величине.
Если в уравнении измерения за единицу измерения вместо U принять другую величину U1, то Q = q1U1 и следует q1= qU/U1 Отсюда следует, что для перехода от результата измерения q, выраженного в одной единице U, к результату q1 выраженного в друго единице U1 необходимо q умножить на отношение принятых единиц.
Измерения могут быть прямыми, косвенными и совокупными.
1) Прямыми измерениями называются такие, при которых значение измеряемой величины определяется непосредственным сравнением ее с единицей измерения или показаниями измерительных приборов, проградуированных в выбранных единицах измерения.
Прямые измерения осуществляются следующими основными методами: непосредственного определения, дифференциальным и компенсационным (нулевым).
При методе непосредственного определения значение измеряемой величины прямо преобразуется в выходную величину прибора, т. е. приборы непосредственно показывают (или записывают) измеряемую величину.
Метод непосредственного определения широко используется в приборах промышленного контроля (стеклянные ртутные термометры, пружинные манометры, сосуды определенной емкости для определения объема жидкости и др.).
Искомое значение величины Q при этом методе равно значению X, непосредственно полученному из опыта (Q = X).
При дифференциальном (разностном) методе прибором непосредственно определяется разность между измеряемой и некоторой известной (образцовой) величиной, после чего измеряемая величина находится путем алгебраического сложения. Примером может быть внесение в пробу определенного количества «метки» при проведении хроматографического анализа.
Дифференциальный метод обеспечивает высокую точность измерения.
Компенсационный (нулевой) метод состоит в уравновешивании неизвестной измеряемой величины известной.
Значение измеряемой величины находится после достижения равновесия по значению уравновешивающей (известной) величины. Момент равновесия фиксируется устройством или прибо-ром, называемым нуль-индикатором.
К числу приборов, основанных на компенсационном методе, относятся потенциометры, уравновешенные мосты, дифманометры с силовой компенсацией, равноплечие весы и др. Например, на рычажных весах масса взвешиваемого груза находится по массе установленных гирь.
Компенсационный метод является более точным, чем метод непосредственного определения.
2)Косвенными измерениями называются такие измерения, при которых измеряемая величина определяется на основании результатов прямых измерений другой величины, связанной с искомой однозначной зависимостью. Примеры косвенного измерения: определение плотности тела по его массе и геометрическим размерам, величины тока — по напряжению и сопротивлению, расхода — по пере-паду давления, жирности молока – по плотности и т. п.
Косвенные измерения широко применяются при контроле производственных процессов, когда прямые измерения невозможны.
3)При совокупных измерениях числовые значения измеряемой величины определяются решением ряда уравнений, полученных из совокупности прямых измерений одной или нескольких однородных величин (например, определение температурного коэффициента линейного расширения и др.).
В общем случае числовое значение измеряемой величины определяется по формуле
Q = F (Xi),
где Q — искомое значение измеряемой величины;
Х1, Х2, Х3, ... — значения величин, измеренных прямым способом.
Измерение любой величины требует прежде всего установления единицы измерения. Такие единицы устанавливаются государственными стандартами. Применение этих единиц является обя-зательным и подлежит государственному контролю.
Единицы измерения делятся на независимые, производные, кратные и дольные.
Независимые единицы устанавливаются произвольно, независимо от размеров других единиц. К числу независимых единиц относятся, например, метр, секунда, ампер, свеча и т. п.
Метр равен 1 650 763,73 длин волн в вакууме излучения, соответствующего переходу между уровнями 2p10 и 5d5 атома криптона-86
Килограмм равен массе международного прототипа килограмма.
Секунда равна 9 192 631 770 периодам излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133.
Ампер равен силе неизменяющегося тока, который при прохождении по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малой площади кругового поперечного сечения, расположенным в вакууме на расстоянии 1 м друг от друга, вызвал бы на каждом участке проводника длиной 1 м силу взаимодействия, равную 2⋅10-7 Н.
Кельвин равен 1/273,16 части термодинамической температуры тройной точки воды.
Температура тройной точки воды – это температура точки равновесия воды в твёрдой (лед), жидкой и газообразной (пар) фазах на 0,01 К или 0,01 °С выше точки таяния льда.
Допускается применение шкалы Цельсия (°С). Температура в °С обозначается символом t: t = T – T0, где T0 = 273,15 K. Тогда t = 0 °C при Т = 273,15 К.
Моль равен количеству вещества системы, содержащей столько структурных элементов, сколько содержится атомов в углероде-12 массой 0,012 кг.
Кандела равна силе света в заданном направлении источника, испускающего монохроматическое излучение частотой 540⋅1012 Гц, теоретическая сила света которого в этом направлении составляет 1/683 Вт/ср.
Главное условие выбора основных единиц — возможность точного их воспроизведения.
Производные единицы — единицы измерения, определяемые уравнениями связи, выражающими определение величин или физические, законы, в которых для всех величин приняты значения, равные единице измерения. Например, единица площади, выраженная через единицу длины [S] = [L2]. Формулы, устанавливающие связь производных единиц с основными, называются формулами размерности единицы.
Кратные единицы равны целому числу основных или производных единиц; дольные составляют определенную долю основной или производной единицы.
Кратные и дольные единицы образуются путем умножения или деления основной или производной единицы на определенную степень числа 10. При этом к наименованию основной или производной единицы прибавляется соответствующая приставка.
