Что такое физическая величина? Как осуществляется передача размера единицы физической величины от эталонов рабочим СИ

 

Физической величиной (ФВ) называют одно из свойств физического объекта (физической системы, явления или процесса), общее в качественном отношении для многих физических объектов, но в количественном отношении индивидуальное для каждого из них.

Между измеряемыми физическими величинами существуют связи и зависимости, выражаемые математическими соотношениями и формулами. Такие величины образуют систему.

Система величин – это совокупность физических величин, образованная в соответствии с принятыми принципами, когда одни величины принимают за независимые, а другие определяют как функции независимых величин. Физическая величина, входящая в систему и условно принятая в качестве независимой от других величин системы, называется основной физической величиной, а ее единица – основной единицей системы единиц физических величин. За основные выбраны величины, которые могут быть воспроизведены и измерены с наиболее высокой точностью для достигнутого на современном этапе уровня развития техники.

Производная физическая величина – физическая величина, входящая в систему и определяемая через основные величины этой системы, а ее единица называется производной и образуется в соответствии с уравнением, связывающим эту единицу с основными единицами.

Зависимость каждой производной величины от основных отображается ее размерностью. Размерность является формализованным отражением качественного различия измеряемых величин. Она определяет «род» ФВ. Например, длина – протяженность, присущая любому объекту; электрическое сопротивление – как общее свойство проводников электричества. Размерность обозначается символом dim, происходящим от слова dimension, которое переводится как размерность.

Размерность основных физических величин обозначается соответствующими заглавными буквами, принятыми в международной практике. Для длины, массы и времени, например,

 

 

В общем случае размерность выражается в форме степенного одночлена, составленного из произведений символов основных физических величин в различных степенях и отражающего связь данной ФВ с физическими величинами, принятыми в данной системе величин за основные с коэффициентом пропорциональности, равным единице:

 

 

Размерность величин определяют на основе соответствующих уравнений физики. Физическая величина является размерной, если в ее размерность входит хотя бы одна из основных величин, возведенная в степень, не равную нулю. Большинство физических величин являются размерными. Однако имеются безразмерные (относительные) величины, представляющие собой отношение данной физической величины к одноименной, применяемой в качестве исходной (опорной). В этом случае основные физические величины входят в размерность в степени, равной нулю.

Безразмерными величинами являются, например, коэффициент трансформации, затухания и т. д. Одна и та же размерность может быть присуща величинам, имеющим разную исходную качественную природу и различающимся по форме определяющего уравнения из физики, например для величин, приведенных в таблице 2.

 

Таблица 2

 

Над размерностью можно производить действия умножения, деления, возведения в степень и извлечение корня. Понятие размерность широко используется:

– для перевода единиц из одной системы в другую;

– для проверки правильности сложных расчетных формул, полученных в результате теоретического вывода;

– при выяснении зависимости между величинами;

– в теории физики (физического подобия).

Количественной характеристикой ФВ является размер. Например, длина конкретного предмета; сопротивление конкретного резистора. Размер существует объективно, независимо от того, знаем мы его или нет.

Размер ФВ – количественная определенность ФВ, присущая конкретному материальному объекту, системе, явлению или процессу.

Размер ФВ – это количественное содержание в данном объекте свойства, соответствующего понятию ФВ. Например, все тела можно различать по массе, т. е. по размеру интересующей нас ФВ.

Размер нужно отличать от значения.

Значение ФВ – это выражение размера ФВ в виде некоторого числа принятых для нее единиц. Его получают в результате измерений ФВ или вычислений в соответствии с основным уравнением измерений и выражают в форме

 

 

где Q – значение ФВ;

n – числовое значение;

[Q] – выбранная единица.

Уравнение называется основным уравнением измерения. Оно показывает, что числовое значение ФВ зависит от размера принятой единицы измерений, тогда как размер ФВ будет одним и тем же. Например, если:

1) масса измеряется в принятой единице измерений – килограмм (кг), тогда размер массы выражается значением, равным 10 кг;

2) масса измеряется в граммах (г), ее размер (для того же случая) будет выражаться значением, равным 10 000 г.

Числовое значение ФВ – это отвлеченное число, входящее в значение величины. Например, 20 кг. Значение ФВ – 20 кг, 20 – числовое значение, кг – единица физической величины.

Истинное значение ФВ – значение ФВ, которое идеальным образом характеризует в количественном и качественном отношении соответствующую ФВ. Истинное значение может быть получено при бесконечно большом числе измерений и бесконечном совершенствовании метода и средства измерений.

Действительное значение ФВ – значение ФВ, полученное экспериментальным путём и настолько близкое к истинному значению, что в поставленной измерительной задаче может быть использовано вместо него.

Хранение единицы – совокупность операций, обеспечивающих неизменность во времени размера единицы, присущего данному средству измерений.

Передача размера единицы – это приведение размера единицы физической величины, хранимой поверяемым средством измерений, к размеру единицы, воспроизводимой или хранимой эталоном, осуществляемое при их поверке (калибровке).

Эталон – это средство измерений (или комплекс средств измерений), предназначенное для воспроизведения и/или хранения единицы физической величины и передачи ее размера нижестоящим по поверочной схеме средствам измерений и утверждённое в качестве эталона в установленном порядке.

Различают: первичные, вторичные и специальные эталоны.

Первичным называется такой эталон, с помощью которого воспроизведение размера единицы достигается с наивысшей в стране точностью. В тех случаях, когда возникает необходимость прямой передачи размера единицы от первичного эталона, но реализация которой технически неосуществима, создаются специальные эталоны.

Специальный эталон воспроизводит единицу в особых условиях и заменяет при этих условиях первичный эталон. Первичный, или специальный, эталон, официально утвержденный в качестве исходного для страны, называется государственным.

Вторичный эталон – эталон, получающий размер единицы непосредственно от первичного эталона данной единицы.

Исходный эталон – эталон, обладающий наивысшими метрологическими свойствами (в данной лаборатории, организации, на предприятии), от которого передают размер единицы подчинённым эталонам и имеющимся средствам измерений.

Рабочий эталон – эталон, предназначенный для передачи размера единицы рабочим средствам измерений. При необходимости рабочие эталоны подразделяют на разряды (1-й, 2-й, …, n-й). Рабочее средство измерений применяют для измерений, не связанных с передачей размера единицы другим средствам измерений.

Передача размеров единиц физических величин от эталонов производится посредством измерений в соответствии с поверочными схемами, требования к которым регламентированы ГОСТ 8.061 «ГСИ. Поверочные схемы. Содержание и построение».

Поверочная схема – нормативный документ, устанавливающий соподчинение средств измерений, участвующих в передаче размера единицы от эталона рабочим средствам измерений (с указанием методов и погрешности при передаче). Различают следующие виды поверочных схем: государственные и локальные.

Государственная поверочная схема – поверочная схема, распространяющаяся на все средства измерений данной физической величины, имеющиеся в стране.

Локальная поверочная схема – схема, распространяемая на средства измерений данной

Органы по сертификации выполняют следующие функции:

– привлекают на договорной основе для проведения испытаний испытательные лаборатории (центры) в порядке, установленном Правительством РФ;

– осуществляют контроль за объектами сертификации, если такой контроль предусмотрен соответствующей схемой обязательной сертификации и договором;

– ведут реестр выданных ими сертификатов соответствия;

– информируют соответствующие органы государственного контроля (надзора) о продукции, поступившей на сертификацию, но не прошедшей ее;

– приостанавливают или прекращают действие выданного ими сертификата соответствия;

– обеспечивают предоставление заявителям информации о порядке проведения обязательной сертификации;

– устанавливают стоимость работ по сертификации на основе утвержденной

 

Рисунок 1 - Государственная поверочная схема