<<
>>

2.4. Международная система единиц

В России (тогда СССР) Международная система единиц введена с 1961 г. В настоящее время применение единиц для выражения результатов измерений регламентировано положениями ГОСТ 8.417—2002.

Стандарт не устанавливает единиц величин, оцениваемых по условным шкалам (например, шкала твердости, светочувствительности и т.д.), единиц количества продукции и обозначения единиц для печатающих устройств с ограниченным набором знаков. Международная система состоит из семи основных единиц и около 100 производных, некоторые из них получили специальные наименования и называются именованными. В число основных входят следующие единицы.

(1) Единица длины — метр. Метр есть длина пути, проходимого светом в вакууме за интервал времени 1/299792458 секунды. Отказаться от эталона, установленного в 1899 г. I Генеральной конференцией мер и весов, пришлось в 1960 г. в связи с тем, что относительная погрешность эталона (около 1,10-7) не удовлетворяла требованиям научно-технического прогресса и высказывались сомнения в постоянстве размеров эталона из-за явлений перекристаллизации материала. В соответствии с этим определением скорость света в вакууме постулирована на международном уровне как точно равная 299792458 м/с. Это определение не базируется на длине земного меридиана, а на более стабильных явлениях. Оно более устойчиво во времени, легко воспроизводится, технологичнее для сличений. Отпала опасность физической утраты эталона. Сам эталон представляет собой довольно сложную совокупность технических устройств и методов их использования, так как метр с их помощью определяется косвенным путем. В основу эталона положены радиооптические частотные мосты (РОЧМ), состоящие из радиотехнических генераторов и лазеров с умножителями частоты между ними. РОЧМ позволяет определять значения частот стабилизированных лазеров с очень низкими значениями погрешности. Зная частоты лазеров, вычисляют длины волн их излучения и с помощью оптических интерферометров аттестуют и поверяют различные длины.

В результате такой технологии эталон метра России имеет среднее квадратическое отклонение (СКО) не более 2,10-10 и неисключенную систематическую погрешность (НСП) не более 1,10-9.

(2) Единица массы — килограмм. Килограмм есть единица массы, равная массе международного прототипа килограмма (обращаем внимание читателя: не равная массе воды в ... и т.д.!). Эталон массы установлен еще в 1899 г. I Генеральной конференцией мер и весов, не связан ни с физическими постоянными, ни с какими-либо природными явлениями. Ситуация с эталоном килограмма зеркальна по отношению к ситуации с его ровесником — эталоном метра. Не удается создать эталон массы, который бы превзошел по точности физический эталон (платино-иридиевую гирю), устранил опасность износа и соответственно потери точности эталона, его утраты, облегчил процедуру сличения и т.д. Современный эталон массы — это гиря, изготовленная более 100 лет назад! Единица времени — секунда. Секунда есть время, равное 9192631770 периодам излучения, соответствующего переходу (F = 4, т = 0) и (F = 3, т = 0) между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133. Такое определение единицы времени полностью устраивает измерение временных интервалов. Абсолютное время необратимо, оно только возрастает, для его измерения используются единицы, большие по величине, чем секунда (минута, час, сутки и т.д.). Эти единицы не относятся к системным, что является определенным изъяном. На основе определения единицы времени разработаны различные конструкции устройств: цезиевые реперы (эталоны) частоты с погрешностью не более 1,10 -13; водородные генераторы частоты, долговременная нестабильность которой не превышает 1,10-14; системы формирования сеток эталонных частот, эталонных интервалов времени; система внешних сличений с другими эталонами; аппаратура сличения шкал времени по метеорным следам; перевозимые квантовые часы для сличения эталонов и др. В результате их разработки и применения первичный эталон времени и частоты России ГЭТ 1—98 воспроизводит интервал времени в диапазоне от 1,10-10 с до 1,108 с и значения частот в интервале от 1 до 1,1014 Гц с СКО не более 5,10-14 и НСП не более 1,10-14.

Эталон времени и частоты в отличие от всех остальных эталонов должен функционировать непрерывно, поэтому в его составе имеются дублирующие устройства.

(4)Единица силы электрического тока — ампер. Ампер есть сила 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 один от другого, вызвал бы на каждом участке проводника длиной 1 м силу взаимодействия, равную 2,10-7 ньютона. Это определение практически связывает ампер с тремя другими основными единицами (метром, килограммом и секундой) и не требует создания технического устройства ввиду его очевидной невозможности (бесконечная длина, ничтожно малая площадь). Поэтому в России с 1992 г. утвержден в качестве национального эталона ампер, размер которого воспроизводится с помощью «квантовых» эталонов вольта и ома с СКО не более 1,10-8и НСП не более 2,10-7. В других странах чаще всего в качестве эталона ампера используются установки, сконструированные на основе измерения силы, возникающей при протекании тока в 1 А по катушке (ампер-весы) или момента сил.

(5) Единица термодинамической температуры — кельвин. Кельвин есть единица термодинамической температуры, равная 1/273,16 части термодинамической температуры тройной точки воды. С 1990 г. размер единицы термодинамической температуры определяется максимально приближенной к термодинамической практической температурной шкалой МТШ—90 (расхождение не более 1—3 мК). Шкала МТШ—90 начинается в точке 0,65 К и сверху не ограничена. Государственные первичные эталоны России воспроизводят МТШ—90 в двух поддиапазонах: от 0,8 К до 273,16 К и от 273,16 К до 2773 К. Первый поддиапазон воспроизводит низкотемпературный эталон, включающий в себя две группы железо-родиевых и платиновых термометров сопротивления. Градуировочные характеристики термометров определяются по результатам международных сличений. Передача шкалы термометрам (вторичным и рабочим эталонам) производится сличением при их тепловом контакте с эталонным блоком.

СКО эталона находится в диапазоне от 0,3 мК до 1,0 мК, а НСП не превышает значений 0,4—1,5 мК. Второй поддиапазон воспроизводит высокотемпературный эталон, в состав которого входят платиновые термометры сопротивления, температурные лампы и аппаратура воспроизведения реперных точек в диапазоне значений от 273,16 К до 1355,77 К. Относительные значения СКО — от 5,10-5 до 1,10-2, а НСП - от 1,10-4 до 1,10-3. Кроме термодинамической температуры (обозначение — Т, размерность — К) допускается применять также температуру Цельсия (обозначение — t, размерность — °С), определяемую выражением t = Т — То, в которой значение То = 273,15 К — температура таяния льда. По размеру градус Цельсия равен кельвину. «Градус Цельсия» — это специальное наименование, используемое вместо наименования «кельвин». Интервал или разность термодинамических температур выражают в Кельвинах. Интервал или разность температур Цельсия допускается выражать как в Кельвинах, так и в градусах Цельсия.

(6) Единица силы света — кандела (от лат. candela — свеча). Кандела есть сила света в заданном направлении источника, испускающего монохроматическое излучение частотой 540,1012 Гц, энергетическая сила света которого в этом направлении составляет 1/683 Вт/ср. Современное определение единицы силы света не связано с испусканием света открытым пламенем сгорающего или излучением нагретого конкретного вещества. С 1967 г. в качестве источника света рассматривается излучение полного излучателя, представляющего модель абсолютно черного тела. В настоящее время модель абсолютно черного тела представляет собой две коаксиальные трубки из карбида ниобия, нагреваемые в вакууме постоянным электрическим током до температуры 3000 К. Эффективность такой модели может быть разной в зависимости от чистоты материала, условий нагрева и т.д. С 1979 г. качество таких систем оценивается путем сравнения с максимальной световой эффективностью излучения абсолютно черного тела, за которую принято значение 683 лм/Вт. Это значение считается точным (не имеющим погрешности) и фактически представляет собой одну из метрологических констант.

Частота 540,1012 Гц находится в зеленой области видимой части спектра и соответствует максимуму чувствительности глаза. На другие части спектра излучение с целью определения канделы пересчитывается по эмпирической зависимости. Погрешность передачи единицы силы света не превышает 0,2% [21].

(7)Единица количества вещества — моль. Моль есть количество вещества системы, содержащей столько же структурных элементов, сколько содержится атомов в углеро-де-12 массой 0,012 кг. Под структурными элементами в данном случае следует понимать обособленные частицы или группы частиц вещества: электроны, атомы, молекулы, ионы и т.п. Эталонов моля нет, так как моль — счетная единица и его масса для различных веществ различна. Численно моль равен числу Авогадро: 6,02214199(47) 1023 частиц. Средства измерений, отградуированные в молях, не выпускаются. Однако моль широко используется при химических расчетах.

Перечисленные основные единицы по теоретическим правилам должны воспроизводится независимо друг от друга. Как следует из описания основных единиц, при создании Международной системы добиться их полной взаимонезависимости не удалось. На сегодня лучшего варианта признанной унифицированной системы единиц в мировой практике нет.

Приведенная выше совокупность основных единиц должна обеспечить получение любой другой единицы, необходимой для проведения измерений и называемой производной единицей. Совокупность основных и производных единиц Международной системы, в свою очередь, должна обеспечивать возможность проведения любых измерений. Получение производных единиц требует определения их размерности. С этой целью основным единицам в рамках Международной системы были присвоены размерности.

¦ Размерность — это выражение в форме степенного одночлена, составленного из произведений символов основных единиц в различных степенях и отображающее связь данной производной единицы с основными. ¦

Естественно, что размерность основной единицы — присвоенный ей символ.

Размерностями обладают лишь единицы метрических шкал разностей и отношений. Степени символов основных единиц, входящих в одночлен размерности производной единицы, могут быть целыми, дробными, положительными и отрицательными, так как над размерностями можно производить только действия умножения, деления, возведения в степень и извлечения корня. Если степень размерности равна нулю, то единица называется безразмерной.

Производные единицы подразделяются на несколько групп:

• производные единицы, образованные из основных единиц и не имеющие специальных наименований. Например, квадратный метр — единица площади; кубический метр — единица объема или вместимости; метр в секунду — единица скорости; метр на секунду в квадрате — единица ускорения и т.д.;

• производные единицы, образованные из основных и имеющие специальные наименования. Например, единица частоты — герц; единица силы — ньютон; единица давления — паскаль; единица энергии, работы или количества теплоты — джоуль и т.д.;

• производные единицы, образованные из основных и производных со специальным наименованием. Например, единица момента силы — ньютон-метр.

Специальные наименования производным единицам присваиваются по решению соответствующих международных организаций, как правило, в честь заслуг выдающихся деятелей науки.

Международная система единиц охватывает не все области измерений. Кроме того, существуют единицы, которые не входят в нее, но используются с учетом исторических традиций и практической целесообразности. Без ограничения срока допускается применять единицы относительных и логарифмических величин.

Международная система единиц построена по десятичному принципу. Кратные (большие) и дольные (меньшие) единицы образуются умножением исходных на множители, равные 10 в целой положительной или отрицательной степени. Для образования наименований кратных и дольных единиц используются приставки. Присоединение к наименованию и обозначению единицы двух или более приставок подряд не допускается, например вместо наименования единицы микромикрофарад следует писать пикофарад. В связи с тем что наименование основной единицы — килограмм содержит приставку «кило», для образования кратных и дольных единиц массы используют дольную единицу массы — грамм (0,001 kg) и приставки присоединяют к слову «грамм», например миллиграмм (mg, мг) вместо микрокилограмм (nkg, мккг). Дольную единицу массы — грамм допускается применять, не присоединяя приставку. Приставку или ее обозначение следует писать слитно с наименованием единицы или соответственно с обозначением последней. Если единица

образована как произведение или отношение единиц, приставку или ее обозначение присоединяют к наименованию или обозначению первой единицы, входящей в произведение или в отношение. Например, правильно записанная производная единица килопаскаль-секунда на метр (kPas/m; кПас/м), а неправильно — паскаль-килосекунда на метр (Paks/m; Пакс/м).

Присоединять приставку ко второму множителю произведения или к знаменателю допускается лишь в обоснованных случаях, когда такие единицы широко распространены и переход к единицам, образованным в соответствии с первой частью настоящего пункта, связан с трудностями, например: тонна-километр (tkm; ткм), вольт на сантиметр (V/cm; В/см), ампер на квадратный миллиметр (A/mm2; «А/мм2). Наименования кратных и дольных единиц исходной единицы, возведенной в степень, образуют, присоединяя приставку к наименованию исходной единицы. Например, для образования наименования кратной или дольной единицы площади — квадратного метра, представляющей собой вторую степень единицы длины — метра, приставку присоединяют к наименованию этой последней единицы: квадратный километр, квадратный сантиметр и т.д. Обозначения кратных и дольных единиц исходной единицы, возведенной в степень, образуют добавлением соответствующего показателя степени к обозначению кратной или дольной единицы исходной единицы, причем показатель означает возведение в степень кратной или дольной единицы (вместе с приставкой). Например: 5 km2 = 5(103 т)2 = 5- 106 т2; 250 cm3/s = = 250(10-2 m)3/s = 250- 10-6 m3/s; 0,002 cm-1 = 0,002(10-2 m) -1 = = 0,002-100 m-1 =0,2m-1.

Основные правила написания обозначений единиц При написании значений величин применяют обозначения единиц буквами или специальными знаками (...°, ...', ..."), причем устанавливают два вида буквенных обозначений: международное (с использованием букв латинского или греческого алфавита) и русское (с использованием букв русского алфавита).

Буквенные обозначения единиц печатают прямым шрифтом. В обозначениях единиц точку как знак сокращения не ставят. Обозначения единиц помещают за числовыми значениями величин и в строку с ними (без переноса на следующую строку). Числовое значение, представляющее собой дробь с косой чертой, стоящее перед обозначением единицы, заключают в скобки. Между последней цифрой числа и обозначением единицы оставляют пробел. Например, правильно писать 100 kW; 100кВт; 80%; 20°С; (1/60) s-1 и, наоборот, неправильно — 100kW; 100кВт; 80%; 20°С; l/60/s-1. Исключение составляют надстрочные символы: правильно 20° и неправильно — 20°.

При наличии десятичной дроби в числовом значении величины обозначение единицы помещают за всеми цифрами. Например, правильно — 423,06 т; 423,06 м; 5,758° или 5°45,48'; 5°45'28,8" и неправильно — 423 т 0,6; 423 м, 06; 5°758 или 5°45',48; 5°45'28",8.

При указании значений величин с предельными отклонениями числовые значения с предельными отклонениями заключают в скобки и обозначения единиц помещают за скобками или проставляют обозначение единицы за числовым значением величины и за ее предельным отклонением. Например, правильно — (100,0 + 0,1) kg; (100,0 ± 0,1) кг; 50 g ± 1 g; 50 г + 1 г и неправильно — 100,0 ± 0,1 kg; 100,0 ± 0,1 кг; 50 + 1 g; 50 ± 1 г.

Допускается применять обозначения единиц в заголовках граф и в наименованиях строк (боковиках) таблиц (табл. 2.1 и 2.2).

Таблица 2.1. Применение обозначений единиц в заголовках граф

Описание: http://library.tuit.uz/skanir_knigi/book/metrologiya_s/glav_1_2_3.files/image001.jpg

Допускается применять обозначения единиц в пояснениях обозначений величин к формулам (табл. 2.3). Помещать обозначения единиц в одной строке с формулами, выражающими зависимости между величинами или между их числовыми значениями, представленными в буквенной форме, не допускается.

Описание: http://library.tuit.uz/skanir_knigi/book/metrologiya_s/glav_1_2_3.files/image002.jpg

Буквенные обозначения единиц, входящих в произведение, отделяют точками на средней линии как знаками умножения. Не допускается использовать для этой цели символ «х». Например, правильная запись — N• m; H• м; А• т2; А• м2; Pa•s; Па• с и неправильная — Nm; Нм; Ахт2; Ахм2; Pas; Па с.

Допускается буквенные обозначения единиц, входящих в произведение, отделять пробелами, если это не вызывает недоразумения. В буквенных обозначениях отношений единиц в качестве знака деления используют только одну косую или горизонтальную черту. Допускается применять обозначения единиц в виде произведения обозначений единиц, возведенных в степени (положительные и отрицательные). Если для одной из единиц, входящих в отношение, установлено обозначение в виде отрицательной степени (например, s-1, m-1, К-1, с-1, м-1, К-1), применять косую или горизонтальную черту не допускается.

При применении косой черты обозначения единиц в числителе и знаменателе помещают в строку. Произведение обозначений единиц в знаменателе заключают в скобки. Например, правильно — W/(m• К); Вт/(м• К) и неправильно — W/m• К; Вт/м• К.

При указании производной единицы, состоящей из двух и более единиц, не допускается комбинировать буквенные обозначения и наименования единиц, т.е. для одних единиц указывать обозначения, а для других — наименования. Например, правильная запись результата измерения скорости — 80 км/ч или 80 километров в час. Неправильно записывать — 80 км/час или 80 км в час.

Допускается применять сочетания специальных знаков ...°, ...', ...", % и % с буквенными обозначениями единиц, например ...°/s. 

<< | >>
Источник: Неизвестный. Метрология Стандартизация Сертификация. 2009

Еще по теме 2.4. Международная система единиц:

  1. Часть I Международная система
  2. § 3. Создание и компетенция Международного уголовного суда
  3. § 6.3. ПРАВОВЫЕ ОСНОВЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЕДИНСТВА ИЗМЕРЕНИЙ
  4. 5.1. Концепция Кондратьева и прогнозы мир-системного подхода. Отличие концепции эволюционных циклов международной экономической и политической системы
  5. 5.2. Прогностическое значение эволюционных циклов международной экономической и политической системы: прогнозы, которые уже подтвердились
  6. Раздел III ПЕРИФЕРИЯ МЕЖДУНАРОДНОЙ СИСТЕМЫ
  7. Метрологическое обеспечение гравиметрических работ
  8. Партийная система современной России
  9. СЛОВАРЬ ТЕРМИНОВ
  10. 4.1. Некоторые сведения о метрологиии системе единиц в геоэкологии
  11. Послепроекгный анализ в национальных и международных системах экологической оценки
  12. 1.2. Государственная система обеспечения единства измерений
  13. 2.3. Единицы величин и системы единиц
  14. 2.4. Международная система единиц
  15. 2.5. Шкалы измерений
  16. 2.6. Воспроизведение и передача размеров единиц величин и шкал измерений
  17. 5.5. Международные метрологические организации и обеспечение единства измерений в зарубежных странах