Московский государственный университет печати

Козлов М.Г.


         

Метрология и стандартизация

Учебник


Козлов М.Г.
Метрология и стандартизация
Начало
Печатный оригинал
Об электронном издании
Оглавление

Предисловие

Часть I. МЕТРОЛОГИЯ

1.

Введение в метрологию

1.1.

Исторические аспекты метрологии

1.2.

Основные понятия и категории метрологии

1.3.

Принципы построения систем единиц физических величин

1.4.

Воспроизведение и передача размера единиц физических величин. Эталоны и образцовые средства измерения

1.5.

Измерительные приборы и установки

1.6.

Меры в метрологии и измерительной технике. Поверка средств измерений

1.7.

Физические константы и стандартные справочные данные

1.8.

Стандартизация в обеспечении единства измерений. Метрологический словарь

2.

Основы построение систем единиц физических величин

2.1.

Системы единиц физических величин

2.2.

Формулы размерности

2.3.

Основные единицы системы СИ

2.4.

Единица длины системы СИ - метр

2.5.

Единица времени системы СИ - секунда

2.6.

Единица температуры системы СИ - Кельвин

2.7.

Единица силы электрического тока системы СИ - Ампера

2.8.

Реализация основной единицы системы СИ - единицы силы света - канделы

2.9.

Единица массы системы СИ - килограмм

2.10.

Единица количества вещества системы СИ - моль

3.

Оценка погрешностей результатов измерения

3.1.

Введение

3.2.

Систематические погрешности

3.3.

Случайные погрешности измерений

Часть II. ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА

4.

Введение в измерительную технику

5.

Измерения механических величин

5.1.

Линейные измерения

5.2.

Измерения шероховатости

5.3.

Измерения твердости

5.4.

Измерения давления

5.5.

Измерения массы и силы

5.6.

Измерения вязкости

5.7.

Измерение плотности

6.

Измерения температуры

6.1.

Методы измерения температуры

6.2.

Контактные термометры

6.3.

Неконтактные термометры

7.

Электрические и магнитные измерения

7.1.

Измерения электрических величин

7.2.

Принципы, лежащие в основе магнитных измерений

7.3.

Магнитные преобразователи

7.4.

Приборы для измерения параметров магнитных полей

7.5.

Квантовые магнитометрические и гальваномагнитные приборы

7.6.

Индукционные магнитометрические приборы

8.

Оптические измерения

8.1.

Общие положения

8.2.

Фотометрические приборы

8.3.

Спектральные измерительные приборы

8.4.

Фильтровые спектральные приборы

8.5.

Интерференционные спектральные приборы

9.

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ

9.1.

Особенности измерения состава веществ и материалов

9.2.

Измерения влажности веществ и материалов

9.3.

Анализ состава газовых смесей

9.4.

Измерения состава жидкостей и твердых тел

9.5.

Метрологическое обеспечение физико-химических измерений

Часть III. СТАНДАРТИЗАЦИЯ И СЕРТИФИКАЦИЯ

10.

Организационные и методические основы метрологии и стандартизации

10.1.

Введение

10.2.

Правовые основы метрологии и стандартизации

10.3.

Международные организации по стандартизации и метрологии

10.4.

Структура и функции органов Госстандарта РФ

10.5.

Государственные службы по метрологии и стандартизации РФ

10.6.

Функции метрологических служб предприятий и учреждений, являющихся юридическими лицами

11.

Основные положения государственной службы стандартизации РФ

11.1.

Научная база стандартизации РФ

11.2.

Органы и службы систем стандартизации РФ

11.3.

Характеристика стандартов разных категорий

11.4.

Каталоги и классификаторы продукции как объект стандартизации. Стандартизация услуг

12.

Сертификация измерительной техники

12.1.

Основные цели и задачи сертификации

12.2.

Термины и определения, специфические для cертификации

12.3.

12.3. Системы и схемы сертификации

12.4.

Обязательная и добровольная сертификация

12.5.

Правила и порядок проведения сертификации

12.6.

Аккредитация органов по сертификации

12.7.

Сертификация услуг

Заключение

Приложения

Указатели
12   именной указатель
583   предметный указатель
145   указатель иллюстраций

Вязкость Вязкость - характеристика сил внутреннего трения. Сила трения в зависимости от вязкости, жидкости или газа выражается формулой:

<?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
(5.22)

где F - сила сопротивления перемещению слоев среды, которая направлена в сторону убывания скорости (знак минус в формуле); S - площадь действия силы и <?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
градиент скорости. Единица вязкости в системе СИ - Паскаль • секунда. В системе CGS единица вязкости - Пуаз:

<?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
(5.23)

Приборы для измерения вязкости называются Вискозиметрвискозиметрами. В вискозиметрах используются два разных принципа:

  • по скорости вытекания жидкости из малого отверстия или из капилляра;

  • по скорости падения шарика в вязкой жидкости.

Первый принцип основан на формуле Пуазейля, дающей зависимость между объемом жидкости, вытекающей из трубки радиусом R и длиной I:

<?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
(5.24)

где P1 и P2 - давление на торцах трубки; R - радиус трубки; I - длина; t - время вытекания.

Второй принцип измерения вязкости основан на измерении скорости падения шара в вязкой среде (формула Стокса):

<?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
(5.25)

гдеу -скорость падения шара в жидкости; ρ - плотность материала шара; ρ' - плотность жидкости; r - радиус шара.

Одним из широко используемых приборов для измерения вязкости является вискозиметр Энглера, в котором измеряется время вытекания 200 г. жидкости по сравнению со временем вытекания 200 г воды через то же отверстие. Вязкость измеряют в градусах Энглера, что соответствует отношению времени вытекания жидкости ко времени вытекания воды при тех же условиях. Соотношение между Пуазами и градусами Энглера дается формулой:

<?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
(5.26)

где р - плотность жидкости в г/см3.

Вязкость, обозначенная в формуле (5.26) и определенная через силу сопротивления движению называется еще динамической вязкостью. Существует понятие Вякость кинематическая кинематической вязкости - это вязкость, отнесенная к единичной плотности, т. е.:

<?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
(5.27)

Измеряется кинематическая вязкость в единицах L2T-1 , т. е. M2 /сек в системе СИ. Та же единица в СГС-системе называется Стокс стоксом, т. е.

<?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
(5.28)

Существует еще понятие ударной вязкости, определяемой, как работа для излома твердого тела, отнесенная к единице поперечного сечения излома.

<?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
(5.29)

Обратная вязкости величина называется Текучесть текучестью:

<?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
(5.30)

Иногда в технике пользуются понятием Вязкость удельная удельной вязкости, т. е. отношением вязкости жидкости к вязкости воды:

<?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
(5.31)

Точные измерения плотности твердого тела возможны, если изготовить из данного материала тело правильной формы: параллелепипед, цилиндр или шар. Тогда, определив объем по формулам

<?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
(5.32)

легко найти плотность по отношению массы к объему:

<?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
(5.33)

В том случае, когда тело имеет неправильную форму, его объем можно найти, погружая его в жидкость, налитую в мерный стакан. По количеству вытесненной жидкости определяют объем и затем плотность. Более высокой точности можно добиться гидростатическим взвешиванием. Для этого нужно взвесить тело в воздухе и взвесить, погрузив тело в жидкость с известной плотностью (вода, CCl4 и т.д.). Если объем тела V, плотность воды ρв, то

<?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
(5.34)

Измеряя вес тела в воздухе (Р) и в воде (р), находим объем тела V, а затем и плотность (удельный вес):

<?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
(5.35)

При точных взвешиваниях плотность воды при данной температуре и давлении находят по соответствующим таблицам. При взвешивании тела в воздухе необходимо также учитывать архимедову силу, действующую на тело в воздухе.

ПлотностьПлотность жидкостей измеряется путем взвешивания сосуда с точно известным объемом - мерной колбой, мензуркой, пипеткой. Для прецизионных измерений используют ампулы с точно известным объемом - Пикнометрпикнометры. Объем пикнометра наиболее точно можно определить, взвешивая его с какой-либо стандартной жидкостью - с водой или с четыреххлористым углеродом. Взвешивая пикнометр с водой или исследуемой жидкостью, плотность определяют как

<?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
(5.36)

где mж - масса жидкости; mп - масса пикнометра; mв - масса воды; ρв - плотность воды при данной температуре.

Плотность газов определяется из основных соотношений молекулярной физики, определяющих, что один моль идеального газа занимает при нормальных условиях объем в 22,4 л (т. н. молекулярный объем). При произвольной температуре Т и давлении р в атмосферах молярный объем равен

<?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
(5.37)

где Т - абсолютная температура, р - давление и R - универсальная газовая постоянная.

Плотность газа как вес единицы объема для газа при 25 °С и давлении в 1 атмосферу равен

<?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
(5.38)

где μ - молярный вес.

При нормальных условиях плотность газа равна

<?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
(5.39)

Плотность газа можно измерить оптическим методом по изменению показателя преломления. Показатель преломления газа п связан линейно с концентрацией молекул - числом частиц в единице объема N - линейной зависимостью

<?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
(5.40)

Число молекул в единице объема для идеального газа можно вычислить на основе уравнения состояния в соответствии с формулой:

<?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
(5.41)

где N0 - постоянная Лошмита (число Лошмита), равная числу атомов в единице объема идеального газа при нормальных условиях, р - давление; Т - абсолютная температура; T0 = 293,16К; p0 = 1025 ГПа (760 Top).

<?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
(5.42)

где NA - постоянная Авогадро.

Оптические методы измерения показателей преломления рассмотрены в разделе «рефрактометрия» в следующей главе, посвященном оптическим измерениям. Здесь укажем, что измерения плотности газов по показателю преломления являются наиболее точными методами, поскольку в качестве выходных измерительных устройств в них могут использоваться интерферометры - наиболее точные инструменты из всех известных в настоящее время средств измерения.

© Центр дистанционного образования МГУП