Физические величины, методы и средства их измерений в авиастроении. (Лекция 1) презентация

Ильюшина —Открытое акционерное общество «Авиационный комплекс имени С. В. Ильюшина» находится в Москве (бывший завод № 240). За 75 лет конструкторским бюро разработано более 120 типов летательных аппаратов различного назначения. На серийных заводах построено более 60000 самолетов

часа)
Изучаемые вопросы:
ВВЕДЕНИЕ
Цель, задачи, предмет и основное содержание дисциплины, ее роль и место в системе подготовки авиационных инженеров
ТЕМА 1. Физические величины, методы и средства их измерений
1.1. Основные понятия и определения метрологии и квалиметрии
1.2. Физические величины и шкалы измерений
1.3. Международная система единиц SI
1.4. Физические основы измерений и контроля качества

Лектор – к.ф.м.н., доцент Кобзарь В.А.

место в системе подготовки авиационных инженеров

природе мера и вес суть главное орудие познания. Наука начинается с тех пор, как начинают измерять, точная наука немыслима без меры».
Д. И. Менделеев
Метрология (от греческих слов «метрон» - мера, «логос» - учение)
Этапы метрологической службы в России:
издан закон о мерах и весах (1842 г.), «Депо образцовых мер»
М.В. Ломоносов и Г.В. Рихман сконструировали первый в мире электроизмерительный прибор - указатель электрической силы (в 40-х годах XVIII века);
основание Д. И. Менделеевым - Главной палаты мер и весов (1893г.),
А.Г. Столетов, Б.С. Якоби и М.О. Доливо-Добровольский, предложивший электромагнитные и ряд других приборов (вторая половина XIX века);
академик М.В. Шулейкин организовал первую заводскую лабораторию по производству радиоизмерительных приборов (1913 г.),
академик Л.И, Мандельштам создал прототип современного электронного осциллографа (начало XX в)

об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности.
Основные задачи, решаемые метрологией
В области общей теории измерений
В области единиц физических величин
В области создания средств измерений
В области обеспечения единства измерений
В области обеспечения единообразия средств измерений
Предметом изучения метрологии является процесс получения количественной и качественной информации о свойствах физических объектов и технологических процессов.

Как наука метрология выступает в трех аспектах:
философском - исследуются вопросы познаваемости материального мира;
научно-техническом - исследуются вопросы решения научных и технических задач, обеспечивающих создание совершенных эталонов, средств и методов измерений, методов оценки точности измерений и т. д.;
законодательном - исследуются вопросы создания научно обоснованных, регламентированных государством общих правил, требований и норм, обеспечивающих высокий уровень измерительного дела в стране

с ее назначением, называют качеством.
Достигнуть высокого уровня качества можно лишь при условии проведения системы научных, технических и организационных мероприятий по управлению качеством продукции на всех стадиях ее жизненного цикла. Чтобы управлять качеством - необходимо уметь это качество оценить, а в идеальном случае — измерить.
Квалиметрия изучает вопросы оценивания качества. Качество не является физической величиной и не может быть измерено, поскольку не существует узаконенной меры этого свойства. Тем не менее в квалиметрии получены практические рекомендации по оцениванию качества, в том числе и количественному.
Определить или измерить одну величину можно лишь сравнив ее с другой, известной величиной, принятой за единицу сравнения — меру. В метрологии такими мерами являются единицы физических величин. Аналогом физических величин в квалиметрии служат показатели качества. 
Понятия «физическая величина» и «показатель качества» близки, но не тождественны. Физическая величина отражает объективные свойства природы, а показатель качества — общественную потребность в конкретных условиях. Так, масса — физическая величина, а масса изделия - показатель его транспортабельности: освещенность — физическая величина, а освещенность на рабочем месте — эргономический показатель.

проявления свойств объектов материального мира

Свойство — философская (качественная) категория, выражающая такую сторону объекта (явления, процесса), которая обусловливает его различие или общность с другими объектами (явлениями, процессами) и обнаруживается в его отношениях к ним
Величина — это свойство чего-либо, что может быть выделено среди других свойств и оценено тем или иным способом, в том числе и количественно

Физическая величина это одно из свойств физического объекта, в качественном отношении общее для многих физических объектов, а в количественном — индивидуальное для каждого из них (измеренное свойство объекта). Измеряемые ФВ выражают количественно, оцениваемые - оценивают при помощи шкал. Шкала величины — упорядоченная последовательность ее значений, принятая по соглашению на основании результатов точных измерений.

стр. 3-6

значений ФВ, принятая по соглашению на основании результатов точных измерений [1], стр.6-10

Шкалы наименований (шкалы классификации). Такие шкалы используются для измерений качественных признаков, классификации эмпирических объектов, свойства которых проявляются только в отношении эквивалентности (Атласы цветов, названия государств, марки автомобилей и т.п.)
Такие признаки удовлетворяют аксиомам тождества:
Либо А = В, либо А ≠ В;
Если А = В, то В = А;
Если А = В и В = С, то А = С.
С величинами, измеряемыми в шкале наименований, можно выполнять только одну операцию - проверку их совпадения или несовпадения. 
Шкалы порядка (шкалы рангов). Если свойство данного эмпирического объекта проявляет себя в отношении эквивалентности и порядка по возрастанию или убыванию количественного проявления свойства, то для него может быть построена шкала порядка – характеризуют значение измеряемой величины в баллах (Шкала силы морского ветра, 10 бальная шкала Мооса (шкала твердости), шкала силы землетрясения)

удовлетворяют отношениям эквивалентности, порядка и аддитивности (сложения)- (шкала Цельсия, шкала интервалов времени). Например - Интервалы времени можно складывать и вычитать – даты бессмысленно.
Шкалы отношений. Эти шкалы имеют естественное нулевое значение, а единицы измерения устанавливаются по согласованию. Описывают свойства эмпирических объектов, которые удовлетворяют отношениям эквивалентности, порядка и аддитивности (шкалы второго рода — аддитивные), а в ряде случаев и пропорциональности (шкалы первого рода — пропорциональные). Шкалы большинства физических величин (длина, масса, сила, давление, скорость и др.), температурная шкала Кельвина являются шкалами отношений.
Абсолютные шкалы. Под абсолютными понимают шкалы, обладающие всеми признаками шкал отношений, но дополнительно имеющие естественное однозначное определение единицы измерения и не зависящие от принятой системы единиц измерения. При измерениях напрямую измеряется величина чего-либо (Например, непосредственно подсчитывается число дефектов в изделии, количество единиц произведенной продукции, сколько студентов присутствует на лекции, количество прожитых лет и т.д. Шкалы интервалов, отношений и абсолютных величин называются метрическими

объекта

Количественное описание свойств физического объекта осуществляется при помощи метрологических понятий размера и значения.
Размер физической величины — это количественное содержание в данном объекте свойства, соответствующего понятию "физическая величина".
Значение физической величины получают в результате ее измерения или вычисления в соответствии с основным уравнением измерения , связывающим между собой значение ФВ Q, числовое значение q и выбранную для измерения единицу [Q].
Важной характеристикой ФВ является ее размерность dim Q — выражение в форме степенного многочлена, отражающее связь данной величины с основными ФВ

где L, М, Т, I— условные обозначения основных величин данной системы; α,β,γ,η— показатели размерности (если показатели =0 – ФВ безразмерная)

Размерность ФВ - более общая характеристика, чем представляющее ее уравнение связи (Например: работа силы F на расстоянии L описывается уравнением А1 = FL. Кинетическая энергия тела массой m, движущегося со скоростью v, равна А2 = mv2/2. Размерности (джоуль) этих качественно различных величин одинаковы.
Над размерностями можно производить действия умножения, деления, возведения в степень и извлечение корня. Понятие размерности 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 физического подобия.

единиц (система СИ) была; принята XI Генеральной конференцией по мерам и весам в 1960 г
На территории нашей страны система единиц СИ действует с 1 января 1982 г. в соответствии с ГОСТ 8.417—81. Система СИ является логическим развитием предшествовавших ей систем еди­ниц СГС и МКГСС и др.
Достоинства и преимущества системы СИ:
универсальность, т. е. охват всех областей науки и техники;
унификация всех областей и видов измерений;
когерентность величин;
возможность воспроизведения единиц с высокой точностью в соответствии с их определением;
упрощение записи формул в физике, химии, а также в техни­ческих науках в связи с отсутствием переводных коэффициентов;
уменьшение числа допускаемых единиц;
единая система образования кратных и дольных единиц, имеющих собственные наименования;
облегчение педагогического процесса в средней и высшей школах, так как отпадает необходимость в изучении множества систем единиц и внесистемных единиц;
лучшее взаимопонимание при развитии научно-технических и экономических связей между различными странами.

проводимость

м2⋅кг⋅с-3⋅А-2

Ом

ом

L2MT-3I-2

Электрическое сопротивление

м-2⋅кг-1⋅с4⋅А2

Ф

фарад

L-2M-1T4I2

Электрическая емкость

м2⋅кг⋅с-3⋅А-1

В

вольт

L2MT-3I-1

Электрическое напряжение,
потенциал, электродвижущая сила

с⋅А

Кл

кулон

TI

Количество электричества

м2⋅кг⋅с-3

Вт

ватт

L2MT-3

Мощность

м2⋅кг⋅с-2

Дж

джоуль

L2MT-2

Энергия, работа, количество
теплоты

м-1⋅кг⋅с-2

Па

паскаль

L-1MT-2

Давление, механическое напряжение

м⋅кг⋅с-2

Н

ньютон

LMT-2

Сила, вес

с-1

Гц

герц

Т-1

Частота

Выражение
через едини-
цы СИ

Обозна-
чение

Наиме-
нование

Размер-
ность

Наименование

Единица

Величина

Б. Производные единицы системы СИ

понятиям свойство, величина, физическая величина. Как классифицируются величины? Приведите примеры идеальных и реальных величин.
Поясните разновидности физических величин: энергетические, вещественные, характеризующие процессы. В чем особенности измерения энергетических и вещественных величин? Приведите примеры различных физических величин.
Как классифицируют ФВ по видам явлений? Поясните различие физических свойств этих величин и приведите примеры.
Как классифицируют ФВ по принадлежности к различным группам физических процессов ? Поясните различие физических свойств этих величин и приведите примеры.
Как классифицируют ФВ по степени условной независимости от других величин данной группы? Поясните различие физических свойств этих величин и приведите примеры.
Как классифицируют ФВ по наличию размерности ? Поясните различие физических свойств этих величин и приведите примеры.
Как, используя основное уравнение измерения, аналитически связать: значение ФВ, числовое значение ФВ, единица ФВ. Приведите пример основного уравнения и дайте определения его составляющим.
Какие шкалы ФВ Вы знаете? Поясните суть определений этих шкал и приведите поясняющие примеры.
[1] – А.Г. Сергеев, М.В. Латышев, В.В. Терегеря. Метрология, стандартизация, сертификация. – М.: ЛОГОС, 2004. стр. 1-10