Тема 1. ВЕЛИЧИНЫ И ИЗМЕРЕНИЯ

Управление и контроль служат основой любого производственного процесса - при создании проекта дома или сооружения, при изготовлении конструкций на заводе, в процессе строительства и эксплуатации. Для этого необходимо выделить основные факторы, которые влияют на результат процесса, и установить их взаимосвязь. Затем необходимо измерить эти факторы и проанализировать полученные результаты. Успешное осуществление измерения свойств и параметров, а значит и получение качественной продукции, возможно только при знании и соблюдении определенных правил, которые касаются измерений и которые изучаются наукой метрология.

Измерение – это нахождение значения физической величины путем исследования с помощью специальных технических средств. Измерение является одним из основных понятий метрологии. Поэтому наука «Метрология» рассматривает условия, методы и средства выполнения измерений.

Виды измеряемых величин

Физическая величина (ФВ) - это свойство, общее в качественном отношении многим физическим объектам, но в количественном отношении индивидуально для каждого объекта. Физические величины являются основным видом измеряемых величин. Примером ФВ являетсядлина, время, масса.

Для описания свойств объектов используется много физических величин, которые образуютсистему физических величин, связанных между собою. В зависимости от места, которое занимают физические величины в системе, они подразделяются на основные и производные.

Основная физическая величина - это величина, которая входит в систему и принимается независимо от других величин. Например, в механике основными величинами является: массакг, времяс, длинам.

Производная физическая величина - это величина, которая входит в систему и определяется через основные величины этой системы. Производными величинами в механике является ускорение (м/с²), сила (кг·м/с²) и т.д.

Единицы измерений

При проведении измерений необходимо отразить его результат в виде численного значения. Для этого перед измерением следует задаться единицами, в которых оно будет выражено.

Единица ФВ - это физическая величина фиксированного размера, которой условно представлено значение и применяется для количественного выражения однородных физических величин. Единицы определенной ФВ отличаются по своему размеру, например, метр, фут, сантиметр, как единицы длины, имеют разный размер: 1 фут = 0.3048 м; 1 сантиметр = 0.01 м. Единицы ФВ образуют систему.

Система единиц ФВ - совокупность основных и производных единиц, образованная в соответствии с принятыми принципами для заданной системы ФВ.

Выбор единиц ФВ имеет важное значение, поскольку при их произвольном выборе результаты измерений оказываются несопоставимыми. Обеспечение единства измерений является одной из основных задач метрологии.

Общепринятой в мире является Международная система единиц (SI), которая была принята в октябре 1960 г. XI Генеральной конференцией, посвященной мерам и весам.

Основными единицами в данной системе являются: метр, килограмм, секунда, ампер, кельвин, кандела (сила света), моль (количество вещества).

Производных единиц ФВ намного больше, чем основных. Производные единицы имеют свое наименование и выражаются через основные единицы (например, сила: «ньютон» - кг·м/с², давление: «паскаль» - Н/м²). В каждой области науки и техники используется свой ограниченный набор производных единиц.

Тема 2. ВИДЫ И МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ

Виды измерений

Существуют следующие виды измерений:

Прямое измерение –это измерение, при котором значение величины находят непосредственно из данных исследования (например, измерение температуры термометром, длины - с помощью линейки). Уравнение прямого измерения имеет вид:

А = c×x,

где А - значения измеряемой величины;

с - цена деления шкалы;

x - отсчет в делениях шкалы.

Прямое измерение - это простой и точный вид измерений, однако большинство измеряемых величины, недоступны для прямого измерения, поэтому используются другие виды измерений.

Посредственные измерения – это измерения, при которых значение величины находят на основании известной зависимости между измеряемой величиной и величинами, которые поддаются прямым измерениям (например, нахождения плотности тела по его объему и массой). Уравнение посредственного измерения:

А = f (a₁, a₂,..., a_n),

где А - это измеряемая величина, которая описывается функции f, зависящей от аргументов a₁, a₂,..., a_n, полученных прямым измерением;

точность посредственного измерения невысока, поскольку зависит от точности нескольких измеренных величин.

Общие измерения – основаны на совместном измерении двух или нескольких неодинаковых величин для нахождения зависимости между ними. Общие измерения используются для нахождения закономерностей между разными величинами. В метрологии общие измерения часто используют для определения зависимости точности средства измерения от параметров окружающей среды.

От вида измерений зависят средства обработки экспериментальных данных и методы нахождения результата измерений, поскольку результат измерения не получают непосредственно из опыта, необходима специальная математическая обработка экспериментальных данных.

Большинство измерений на производстве выполняют для контроля качества продукции и параметров технологического процесса.Контроль - измерение, в процессе которого определяют, находится ли значение измеряемой величины в заранее установленных для нее границах.

Любое измерение основывается на определенномпринципе (методе) измерения, который представляет собой совокупностью физических явлений, положенных в основу измерения.

Методы измерений

Измерения осуществляются путем выполнения наблюдений и бывают с однократными и многократными наблюдениями.Наблюдение – это операция в процессе измерения, в результате которой получают одно значение измеряемой величины. Средства обработки данных, полученных в процессе измерения и нахождение результата измерения зависят от количества выполненных наблюдений измеряемой величины.

Метод измерений - совокупность приемов использования принципов и средств измерений. Основные методы измерений:

1. Метод непосредственной оценки – это получение значения измеряемой ФВ непосредственно по отсчетному устройству. Положительным качеством метода является скорость процесса измерения, поэтому он широко используется в практике, хотя его недостаток - ограниченная точность.

2. Метод сравнения с мерой – это получение значения измеряемой ФВ путем ее сравнения с величиной, воспроизводимой мерой. Метод используют для выполнения точных измерений. Например, измерение массы на весах с уравновешивающими гирями.

3. Метод противопоставления – это разновидность метода сравнения с мерой. В этом методе измеряемая величина и величина, воспроизводимая мерой, одновременно воздействуют на прибор сравнения, с помощью которого устанавливается соотношения между этими величинами. Примером является измерение массы на равноплечных весах с размещением измеряемой массы и уравновешивающих гирь на двух разных чашах весов.

4. Дифференциальный метод– это тоже разновидность метода сравнения с мерой, состоит в определении различия между измеряемой величиной и величиной, воспроизводимой мерой. Например, измерения, которые выполняются при проверке мер длины путем сравнения с образцовой мерой. Метод разрешает получать точные результаты при использовании относительно недостаточно точных средств измерения.

5. Метод совпадений - это тоже разновидность метода сравнения с мерой, в котором различие между измеряемой величиной и величиной, воспроизводимой мерой, определяют путем совмещения отметок шкал. Например, измерение длины с помощью штангенциркуля с нониусом основанное на использовании метода совпадений: наблюдают совпадение отметок на шкалах штангенциркуля и нониуса.

Область измерений – это совокупность измерений ФВ, которые присутствуют в любой области науки и техники. В производстве строительных конструкций, строительстве и в строительных науках существуют следующие области измерений:

1. Измерениягеометрических величин: длины, отклонений формы поверхности, параметров сложных поверхностей, углов.

2. Измерениямеханических величин: массы, силы, крутящих моментов, напряжений и деформаций, параметров движения, твердости.

Измерения таких видов используются в основном во время проведения испытаний строительных конструкций и оборудования.

3. Физико-химические измерения: вязкости; плотности; концентрации компонентов в твердых, жидких и газообразных веществах; влажности. Такие измерения используются в основном в промышленности стройматериалов.

Тема 3. средства ИЗМЕРЕНИй