Что такое внесистемные единицы метрология

Система СИ. Международная система единиц измерения

Общие сведения о системе СИ

Система СИ была принята XI Генеральной конференцией по мерам и весам, некоторые последующие конференции внесли в СИ ряд изменений.

Система СИ определяет семь основных и производные единицы измерения, а также набор приставок. Установлены стандартные сокращённые обозначения для единиц измерения и правила записи производных единиц.

В России действует ГОСТ 8.417-2002, предписывающий обязательное использование системы СИ. В нем перечислены единицы измерения, приведены их русские и международные названия и установлены правила их применения. По этим правилам в международных документах и на шкалах приборов допускается использовать только международные обозначения. Во внутренних документах и публикациях можно использовать либо международные либо русские обозначения (но не те и другие одновременно).

Основные единицы системы СИ: килограмм, метр, секунда, ампер, кельвин, моль и кандела. В рамках системы СИ считается, что эти единицы имеют независимую размерность, т. е. 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 Системе СИ присвоены собственные названия.

Приставки можно использовать перед названиями единиц измерения; они означают, что единицу измерения нужно умножить или разделить на определенное целое число, степень числа 10. Например приставка «кило» означает умножение на 1000 (километр = 1000 метров). Приставки СИ называют также десятичными приставками.

Система СИ основана на метрической системе мер, которая была создана французскими учеными и впервые была широко внедрена после Великой Французской революции. До введения метрической системы, единицы измерения выбирались случайно и независимо друг от друга. Поэтому пересчет из одной единицы измерения в другую был сложным. К тому же в разных местах применялись разные единицы измерения, иногда с одинаковыми названиями. Метрическая система должна была стать удобной и единой системой мер и весов.

В 1799 г. были утверждены два эталона — для единицы измерения длины ( метр) и для единицы измерения веса ( килограмм).

В 1889 г. 1-ая Генеральная конференция по мерам и весам приняла систему мер, сходную с СГС, но основанную на метре, килограмме и секунде, т. к. эти единицы были признаны более удобными для практического использования.

В последующем были введены базовые единицы для измерения физических величин в области электричества и оптики.

В 1960 г. XI Генеральная конференция по мерам и весам приняла стандарт, который впервые получил название «Международная система единиц (СИ)».

В 1971 г. IV Генеральная конференция по мерам и весам внесла изменения в СИ, добавив, в частности, единицу измерения количества вещества ( моль).

В настоящее время система СИ принята в качестве законной системы единиц измерения большинством стран мира и почти всегда используется в области науки (даже в тех странах, которые не приняли СИ).

Источник

Мокров Ю. Метрология, стандартизация, сертификация

ОГЛАВЛЕНИЕ

Глава 2. Системы единиц физических величин
2.1. Основные понятия

Многообразие единиц физических величин на определенной ступени развития общества стало тормозить экономические, торговые и научные связи. Даже отдельные государства и их административные области для одних и тех же величин вводили свои единицы. В разных областях науки и техники появлялись свои, специфические единицы, удобные только именно для этой отрасли.
В связи с этим возникла тенденция к унификации единиц физических величин, необходимость в системах единиц, которые охватывали бы единицы величин как можно больших разделов науки и техники. Ниже приводятся основные понятия, связанные с единицами физических величин и их системами.
Система единиц физических величин — совокупность основных и производных единиц физических величин, образованная в соответствии с принципами для заданной системы физических величин. Например, международная система единиц (СИ).
Основная единица системы — единица основной физической величины в данной системе единиц. Основные единицы могут выбираться произвольно, поэтому для одной и той же системы величин может быть образовано несколько систем единиц.
Производная единица системы — единица производной физической величины системы единиц, образованная в соответствии уравнением, связывающим ее с основными единицами или с основными и уже определенными производными.
Системная и внесистемная единицы – единицы, входящие и не входящие в принятые системы единиц. Например, единицы, не входящие в СИ, разделяют на следующие группы:

2.2 Метрическая система мер

При построении систем единиц физических величин выделяют два этапа: 1 этап – выбор основных единиц; 2 этап – образование производных единиц.
Последовательность расположения производных единиц должна удовлетворять при этом следующим условиям:

Основным принципом при построении системы единиц является удобство использования единиц в науке, промышленности, торговли. При этом руководствуются рядом правил: простотой образования производных единиц, высокой точностью воспроизведения основных и производных единиц и близостью их размеров к размерам физических величин, чаще всего встречающихся в практической деятельности. Кроме того, число основных единиц всегда стараются сделать минимальным.

Система Гаусса. В качестве основных единиц в ней выбраны миллиметр, миллиграмм, секунда и построена система магнитных величин. Система получила название абсолютной. В 1851 г. Вебер распространил ее на область электрических величин. В настоящее время представляет лишь исторический интерес, т.к. единицы имеют слишком малый размер. Однако открытый Гауссом принцип лежит в основе построения современных систем единиц — это деление на основные и производные единицы.
Система СГС была принята в 1881 г. с основными единицами сантиметр, грамм, секунда. Эта система удобна для физических исследований. На основе ее возникло семь систем электрических и магнитных величин. В настоящее время система СГС используется в теоретических разделах физики и астрономии.
Естественная система единиц основана на физических константах. Первая такая система была предложена в 1906 г. Планком. В качестве основных единиц были выбраны: скорость света в вакууме, гравитационная постоянная, постоянные Больцмана и Планка. Преимущество этих систем – при построении физических теорий они придают физическим законам более простой вид и некоторые формулы освобождаются от числовых коэффициентов. Однако единицы физических величин имеют в них размер, неудобный для практики. Например, единица длины равна в этой системе 4,03 × 10-35 м. Кроме того, еще не достигнута такая точность измерения выбранных универсальных констант, чтобы можно было установить все производные единицы.

Относительные и логарифмические величины широко распространены в науке и технике, т.к. они характеризуют состав и свойства материалов, отношение энергетических величин, например, относительную плотность, относительную диэлектри-ческую проницаемость, усиление и ослабление мощности.
Относительная величина – это безразмерное отношение физической величины к одноименной физической величине, принимаемой за исходную. Например, атомные и молекулярные массы химических элементов по отношению к 1/12 массы атома углерода-12. Относительные величины могут выражаться в безразмерных единицах, в процентах, промиле (отношение равно 10-3), в миллионных долях.
Логарифмическая величина представляет собой логарифм безразмерного отношения двух одноименных физических величин. Они применяются, например, для выражения уровня звукового давления, усиления, ослабления и т.п.
Единицей логарифмической величины является бел (Б): 1 Б = lg (P2 / P1) при Р2 = 10Р1, где Р2 и Р1 – одноименные величины мощности, энергии и т.п. Для отношения двух одноименных величин, связанных с силой (напряжения, давления и т.п.) бел определяется по формуле:
1Б = 2 lg (F2/F1) при F2 = 100,5 F1.
Дольной единицей от бела является децибел, равный 0,1 Б.

2.6 Международная система единиц (СИ)

Развитие науки и техники все настойчивее требовало унификации единиц измерений. Требовалась единая система единиц, удобная для практического применения и охватывающая различные области измерений. Кроме того, она должна была быть когерентной. Так как метрическая система мер широко использовалась в Европе с начала 19 века, то она была взята за основу при переходе к единой международной системе единиц.
В 1960 г. ХI Генеральная конференция по мерам и весам утвердила Международную систему единиц физических величин (русское обозначение СИ, международное SI) на основе шести основных единиц. Было принято решение:

наименование «Международная система единиц»;

В СССР Международная система (СИ) была введена в действие ГОСТ 8.417-81. По мере дальнейшего развития СИ из нее был исключен класс дополнительных единиц, введено новое определение метра и введен ряд других изменений. В настоящее время в РФ действует межгосударственный стандарт ГОСТ 8.417-2002, который устанавливает единицы физических величин, применяемых в стране. В стандарте указано, что подлежат обязательному применению единицы СИ, а также десятичные кратные и дольные этих единиц.
Кроме того, допускается применять некоторые единицы, не входящие в СИ, и их дольные и кратные единицы. В стандарте указаны также внесистемные единицы и единицы относительных величин.
Основные единицы СИ представлены в таблице.

Производные единицы СИ образуются по правилам образования когерентных производных единиц (пример см. выше). Приведены примеры таких единиц и производных единиц, имеющих специальные наименования и обозначения. 21 производной единице дали наименования и обозначения по именам ученых, например, герц, ньютон, паскаль, беккерель.
В отдельном разделе стандарта приведены единицы, не входящие в СИ. К ним относятся:

Источник

Основные понятия метрологии

Предмет метрологии

Наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности называется метрологией (греческое слово «метрология» образовано от слов «метрон» – мера и «логос» – учение). К основным направлениям метрологии относят:

Метрологию подразделяют на теоретическую, прикладную и законодательную. Теоретическая метрология занимается вопросами фундаментальных исследований, созданием системы единиц измерений, физических постоянных, разработкой новых методов измерения. Прикладная (практическая) метрология занимается вопросами практического применения в различных сферах деятельности результатов теоретических исследований в рамках метрологии. Законодательная метрология включает совокупность взаимообусловленных правил и норм, направленных на обеспечение единства измерений, которые возводятся в ранг правовых положений (уполномоченными на то органами государственной власти), имеют обязательную силу и находятся под контролем государства.

С января 2001 года на территории России и стран СНГ взамен ГОСТ 16263-70 «ГСИ. Метрология. Термины и определения» введены рекомендации РМГ 29-99, содержащие основные термины и определения в области метрологии, согласованные с международными стандартами ИСО 31(0-13) и ИСО 1000.

Предметом метрологии является извлечение количественной информации о свойствах объектов и процессов с заданной точностью и достоверностью. Средства метрологии – это совокупность средств измерений и метрологических стандартов, обеспечивающих их рациональное использование.

Физические величины

Основным объектом измерения в метрологии являются физические величины. Физическая величина – одно из свойств физического объекта (явления, процесса), общее в качественном отношении для многих физических объектов, но в количественном отношении индивидуальное для каждого из них.

Физическая величина (краткая форма термина – «величина») применяется для описания материальных систем и объектов (явлений, процессов и т. п.), изучаемых в любых науках (физике, химии и др.).

Важной характеристикой физической величины является ее размерность – выражение в форме степенного многочлена, отражающего связь данной величины с основными ФВ системы, в котором коэффициент пропорциональности принят равным единице:

Международная система единиц (СИ)

Совокупность основных и производных единиц, относящихся к некоторой системе величин и построенная в соответствии с принятыми принципами, образует систему единиц. На сегодняшний день Международная система единиц физических величин включает семь основных единиц (табл. 1. таблица 1.1).

Таблица 1.1. Основные единицы СИ

Наименование	Единица измерений	Обозначение		Размерность
		международное	российское
Длина	Метр	m	м	L
Масса	Килограмм	kg	кг	М
Время	Секунда	S	с	Т
Сила электрического тока	Ампер	А	А	I
Термодинамическая температура	Кельвин	К	К
Количество вещества	Моль	mol	моль	N
Сила света	Кандела	kd	кд	J

Решениями Генеральной конференции по мерам и весам приняты такие определения основных единиц измерения физических величин:

Универсальность СИ обеспечивается тем, что 7 основных единиц, положенных в ее основу, являются единицами физических величин, отражающих основные свойства материального мира, и дают возможность образовывать производные единицы для любых физических величин во всех отраслях науки и техники. Этой же цели служат и дополнительные единицы, необходимые для образования производных единиц, зависящих от плоского и телесного углов.

Выделяют следующие преимущества СИ перед другими системами единиц:

Источник

Что такое внесистемные единицы метрология

Даже самая универсальная система единиц ФВ не может обеспечить нужды всех потребителей. Отсюда очевидна необходимость стандартизации единиц, не входящих в Международную систему единиц ФВ. В стандарт включают единицы, получившие широкое распространение и применяемые по традиции (тонна, гектар, карат) и единицы, применяемые в конкретных областях и обеспечивающие определенные удобства (градус Цельсия, морская миля).

В дополнение к единицам SI (системным), в узаконивающий единицы стандарт включены «внесистемные единицы».

Термин «внесистемная единица» имеет два разных истолкования:

– единица, не входящая в данную систему единиц ФВ;

– единица, не входящая ни в какую из систем единиц ФВ.

Примеры «внесистемных единиц», не входящих в SI, но являющихся заимствованными из других систем, допущенных стандартом к применению наряду с единицами SI:

– тонна (единица системы МТС, 1 т = 1 000 кг = 1 Мг);

– минута, час, сутки и др. широко употребляемые единицы времени;

– угловые градус, минута, секунда;

– морская миля, кабельтов, узел;

– атмосфера (единица давления в 1 кгс на площадь 1 см2).

«Внесистемность» таких единиц времени, как минута, час, сутки (кратных основной единице SI – секунде) связана с кратностью, не соответствующей принятой в SI. Для минут и часа кратность принята из шестидесятиричной системы исчисления, а для суток – из двойной двенадцатиричной. Для приведенных угловых единиц также принята шестидесятиричная кратность, но эти углы вовсе системно не связаны с единицей SI – радианом. Морская миля, кабельтов и узел представляют собой самостоятельную систему единиц длины и скорости, используемых в навигации. Их преимуществом по сравнению с единицами SI является согласованность с дугой большого круга Земли, не реализованной при первичном определении метра из-за недостаточной точности измерений.

Атмосфера – единица давления из системы МКГСС, которая соответствует давлению, производимому силой 1 кгс на площадь 1 см2, и названа «атмосферой» ввиду близости ее размера и среднего давления атмосферного воздуха на уровне моря.

К единицам, не входящим ни в какую из систем единиц ФВ, а также не образующим самостоятельные локальные системы, можно отнести такие единицы как ангстрем, икс-единица, световой год, парсек (единицы длины); карат (единица массы); миллиметр ртутного столба, миллиметр водяного столба (единицы давления). Сюда же можно отнести такие устаревшие единицы, как «локоть», «аршин», «перестрел» и т.п.

Кроме того, «внесистемными» называют относительные единицы, образованные отношениями одноименных величин или их функционалов. Относительные единицы предназначены для измерения величин, фактически не входящих в систему физических величин, поскольку относительные величины не имеют размерности. Но относительные единицы можно использовать для оценивания соотношений (дольных, кратных) системных физических величин. Относительные единицы могут быть неименованными и именованными (примеры применения единиц: коэффициент полезного действия 0,6; относительная влажность 65 %, содержание алкоголя в крови 1,2 о/оо). Широко используемые именованные относительные единицы – проценты (для получения значения в процентах отношение умножают на 102), промилле (отношение умножают на 103), пропромилле или миллионная доля (отношение умножают на 106).

Числовое значение величины при ее оценке в логарифмических единицах представляет собой логарифм отношения двух одноименных физических величин. Относительные логарифмические единицы имеют наименования (бел, фон, октава и др.), в них применяют десятичные, двоичные и натуральные логарифмы. Логарифмические единицы применяют для представления таких величин, как уровень звукового давления, усиление, ослабление, для выражения частотного интервала и т. п. При оценке таких ФВ как уровень звукового давления, усиление, ослабление используют не только базовые единицы, но и кратные. Достаточно часто употребляемыми логарифмическими единицами величин являются 1 бел и 1 децибел (дольная единица от бела, равная 0,1 Б).

Бел определяют как соотношение 1Б = lgР2/Р1 при Р2 = 10Р1 (где Р2 и 10Р1 – одноименные энергетические величины: мощности, энергии, плотности энергии и т. п.). Следует иметь в виду логарифмический характер связи между величинами. Так, если характеристика усиления электрических мощностей при отношении полученной мощности Р2 к исходной Р1 равна 10, логарифмическая величина усиления будет составлять один бел или 10 дБ, при увеличении или уменьшении мощности в 1000 раз логарифмическая величина усиления составит 3 Б или 30 дБ и т.д.

Источник

Внесистемные единицы

Внесистемные единицы

Кроме того, перевод юнитов — сложная и кропотливая задача, часто приводящая к ошибкам. Отдельные несистемные устройства, с другой стороны, оказались очень удобными с точки зрения размера для использования в науке, некоторых отраслях технологии или в повседневной жизни, и их отказ связан со многими неудобствами. Это В любом случае все несистематические единицы могут быть сгруппированы на основе более или менее удобного отказа от использования. Первая группа состоит из модулей вне системы, и, конечно, неудобно отказываться от ее использования.

В связи с этим приведенное здесь соотношение допусков справедливо только для степени точности 5-8. Людмила Фирмаль

Такие единицы включают десятичные кратные и десятичные единицы, имена которых формируются из имен единиц СИ с использованием префикса (см. § 24), например, две физические величины с одним и тем же именем Единицы, которые характеризуют соотношение: процент (%), бел (B), децибел (дБ). Вторая группа — это внешние системные единицы различного происхождения, которые имеют десятичную связь с единицами СИ.

Отказ от их использования нецелесообразен, по крайней мере, на данный момент. Эти единицы перечислены в таблице. 3. Третья группа — неструктурированные единицы, связанные с несколькими, но не десятичными единицами времени: минуты, часы, дни. Такие единицы, как скорость различных процессов, которые фактически используются, тесно связаны с этими единицами. Следующие единицы указаны в качестве примеров.

Полный угол составляет 360 ° = 2L рад = 6,283185 рад. 1 ° = 60 (минуты); G = 60 (секунды). Многочисленные суперорганизованные пауки, специфичные для юнитов в определенной области, продолжают использоваться в специальных областях. Например, они включают единицы, используемые в астрономии. Они приведены в таблице. 4. Таблица 4 Астрономическая единица длины Световой год В физике используется бессистемная единица энергии — электрон-вольт (эВ), равная энергии, получаемой электронами, проходящими через разность потенциалов, равную 1 В: 1 эВ = 1,60210-10-, 9J.

Также используются множественные единицы килоэлектронных вольт (кэВ) и мегаэлектронных вольт (МэВ). 4-е группы вне системы, которые временно разрешены к использованию (период вывода, запланированный на 1 января 1978 года, проект стандарта единица физических величин ). Некоторые из них приведены в таблице. 5. — спецификация Российский международный отдел Ртутный столб, мм воды. Ст. шт. не пипс H2O 133,322 Па 9,800665 Па Калорийность (Внутренняя калорийность кал 4.1868 Дж Излучение (поглощенная доза облучения) составляет 0,01 Дж кг.

Благодаря развитию науки было обнаружено, что их воспроизведение с требуемой точностью не так просто, а иногда и невозможно. Некоторые из этих устройств не вписывались в систему устройства, когда устройство необходимо было присоединить к системе. Поэтому, прежде всего, вам нужно убрать единицу мощности из вашего приложения. Этот блок можно отнести к археологии. Во-первых, это сила, а не сила, и, во-вторых, она не соответствует лошадиной силе ( мощность в два раза больше боли) Больше, чем фактическая мощность средней лошади).

В частности, однократное измерение экспертным методом требует использования большого объема априорной информации. Людмила Фирмаль

Странно, однако, это устройство все еще очень широко используется во всем мире. Во многих случаях мощность двигателя выражается в лошадиных силах, а мощность генератора, установленного на том же валу, что и у этого двигателя, составляет киловатты: 1 л, с. = 0,735499. Киловатт В зарубежной литературе есть HP (английский) и P8 (немецкий) для лошадиных сил. Тем не менее, это займет время, если этот аппарат не используется. Единицы, которые должны быть отброшены, включают единицы силы в килограммах (кгс, кг). Однако изъять его из употребления нелегко.

Во многих областях техники килограммовая мощность создает удобство и упрощает расчеты. Эти удобства привели к созданию системы единиц метрических килограмм-сила-секунды (MKGSS). Эта система была одобрена для использования в СССР (см. ГОСТ 7664 61 Механические узлы ). Конечно, как уже упоминалось, существует стандарт, согласно которому система МКС, являющаяся неотъемлемой частью Международной системы единиц (СИ), должна использоваться в первую очередь. Причина необходимости постановки вопроса об отказе от использования килограммовых единиц заключается в характере их физических свойств.

Первоначально, сила килограмма была определена как сила, которая прикладывала гравитационное ускорение к неподвижной массе 1 кг. Гравитационное состояние: Однако гравитационное ускорение в разных точках Земли не одинаково, поэтому оказывается, что единица силы нестабильна. Чтобы устранить это неудобство, считалось, что нормальное ускорение силы тяжести составляет 9,80665 м с2. Сила килограмма стала определяться как: Сила килограмма — это сила, которая дает ускорение 9,80665 м с2 до статической массы 1 кг. Массовая единица системы ICGSS теперь равна 9,80665 кг.

Было сделано много предложений ввести разные имена вместо килограммовых сил, но международные организации не могли остановиться ни на одном из них. Австрия, Восточная Германия, Германия Эта единица называется килограммами (кп, кр). Однако это по существу не изменилось. Сила килограмма * на квадратный сантиметр давления, также называемая технической атмосферой, получила очень большое распределение.

Образовательный сайт для студентов и школьников

Копирование материалов сайта возможно только с указанием активной ссылки «www.lfirmal.com» в качестве источника.

© Фирмаль Людмила Анатольевна — официальный сайт преподавателя математического факультета Дальневосточного государственного физико-технического института

Источник