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

Наблюдение и использование Магнитные явлениямагнитных явлений на практике известно еще с III в. до н. э., когда в Китае изготавливались и использовались магнитные компасы, показывающие направление на магнитные полосы Земли. Первые компасы представляли собой круглые ложки с короткой ручкой, сделанной из магнитного железняка. Такая ложка располагалась на отполированной медной поверхности с нанесенными делениями и показывала направление на север или на юг. В Европе компас стал широко известен с XII в. и до XVIII в. применялся лишь для измерения магнитного склонения при сухопутных и морских путешествиях. Начиная с конца XVIII в. - начала XIX в. магнитные явления стали объектом внимания ученых, когда в 1785 г. Кулон Ш.О.Кулоном был предложен метод количественной характеристики напряженности поля Земли, а в 1832 г. Гаусс К.Ф.Гауссом была показана возможность абсолютного определения напряженности магнитного поля на основе изменений длины, массы и времени.

Усилиями ведущих мировых ученых была установлена однозначная связь магнитных явлений с силовыми явлениями, возникающими при движении электрических зарядов. Окончательная связь магнетизма была установлена с общей теорией электричества в виде уравнений Максвелла, записываемых в рационализированной форме применительно к неподвижным средам в следующем виде:

<?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
(7.5)

где Е и Н - векторы напряженности электрического и магнитного полей;

D и В - векторы электрической и магнитной индукции; j - вектор плотности тока; ρ - объемная плотность электрических зарядов.

В уравнениях Максвелла интенсивность силового магнитного взаимодействия характеризуется вектором магнитной индукции В. Силовое взаимодействие магнита может быть обнаружено по силе взаимодействия его или элемента тока с исследуемым полем, а также в результате возникновения э. д. с. электромагнитной индукции в контуре, когда либо магнитное поле меняется во времени, либо контур движется в этом поле. Сила, действующая на элемент, проводника длиной dl, помещенного в поле с магнитной индукцией В, равна:

<?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
(7.6)

где I - ток, протекающий по проводнику. Выражение (7.6) означает, что вектор В может быть определен по силе взаимодействия элемента тока I•dl с исследуемым магнитным полем.

В практике магнитных измерений приходится пользоваться величиной, характеризующей интенсивность источника магнитного поля и называемой Магнитный моментмагнитным моментом. Магнитный моментконтура стоком определяется как

<?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
(7.7)

где S - площадь, ограниченная контуром с током. Для катушки с током, имеющей w витков магнитный момент равен

<?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
(7.8)

Переходя от механической силы к механическому моменту, получим выражение, известное в магнитных взаимодействиях как закон Ампера:

<?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
(7.9)

где <?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
- механический момент силового магнитного взаимодействия.

Силовое взаимодействие стоком - не единственное проявление магнитного поля, по которому можно ввести его количественные характеристики. Другим явлением, позволяющим количественно определять магнитное поле, является электромагнитная индукция. Закон электромагнитной индукции в электродинамике часто записывают в виде:

<?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
(7.10)

где <?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
- э. д. с., наводимая в контуре, и Ф - магнитный поток, пронизывающий контур:

<?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
(7.11)

Проявляясь в виде сил, действующих на элемент тока или в виде наведенной э. д. с. индукции, магнитное поле возникает как следствие прохождения электрического тока через проводник. В этом случае силовая магнитная характеристика - напряженность магнитного поля - определяется законом Био-Савара-Лапласа:

<?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
(7.12)

где Idl - элемент тока; r - расстояние от элемента тока до точки, в которой определяется магнитное взаимодействие <?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
- единичный вектор.

Между напряженностью магнитного поля Н и индукцией В существует для вакуума простая связь:

<?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
(7.13)

где μ0 = 4π•10-7 Г/м - так называется магнитная постоянная вакуума, найденная для Международная система СИсистемы СИ (через Ампер). Для произвольной среды константа, определяющая изменение магнитного поля в данном веществе относительно вакуума называется Магнитная проницаемостьмагнитной проницаемостью:

<?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
(7.14)

Эта величина является тензором, составляющие скаляры которого есть μik для i = xyz и к = xyz.

В системе СИ Магнитная индукциямагнитная индукция измеряется в теслах, в системе СГС - в гауссах, и 1 гс = 10-4 тл. Соответственно, приборы для измерения значений индукции магнитного поля называются Тесламетртесламетрами.

Напряженность Магнитное полемагнитного поля измеряется в Амперамперах на метр (А/м). По определению, ампер на метр равен напряженности магнитного поля бесконечнодлинного соленоида с равномерной обмоткой, по которой проходит ток силой в 1 Ампер при плотности витков, равной единице. Другое, более удачное определение можно сформулировать следующим образом: ампер на метр равен напряженности в центре кругового контура диаметром в 1 м, обтекаемого током силой в 1 А. Для воздуха определение магнитной индукции практически совпадает с определением напряженности, т. к. магнитная проницаемость воздуха отличается от единицы в пределах 10-8%.

Магнитный поток индукции через некоторую поверхность <?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
измеряется в системе СИ в веберах, в системе СГС - в Максвеллмаксвеллах и 1 мкс = 10-8 вб, и является величиной скалярной. Величину магнитной индукции можно рассматривать как плотность магнитного потока, т. е. В = Ф/5. Приборы для измерения величины магнитного потока называют Веберметрвеберметрами.

ВеберВебер - это такой магнитный поток, при убывании которого до нуля в сцепленной с ним электрической цепи (катушке) сопротивлением в 1 Ом проходит количество электричества в 1 Кулон.

Как уже указывалось, величина, определяющая магнитные силовые взаимодействия, определяется либо измерением силы (или механического момента), либо измерением э. д. с., наводимой в контуре. Такие операции называются прямыми измерительными преобразованиями. Под этим понятием подразумеваются прямые измерения магнитной индукции или магнитного потока, которые проводятся измерением другой физической величины - силы, момента, заряда, разности потенциалов,- однозначно связанной с магнитной индукцией фундаментальными физическими законами.

Обратными преобразованиями считаются такие, в результате которых искомая величина магнитного взаимодействия В или Н воспроизводится изменением тока I и параметров протяженности l и r. Поскольку по смыслу понятий величина, воспроизводимая в процессе обратных преобразований, должна иметь ту же размерность, что и измеряемая величина, при воспроизведении какой-либо величины магнитной индукции следует пользоваться законом Био-Савара-Лапласа с учетом соотношения между индукцией В и напряженностью Н.

Согласно приведенному краткому перечню основных моментов, определяющих количественные характеристики (параметры) магнитного поля, измерительная техника в магнитных измерениях в основном представляет собой совокупность следующих приборов:

  • приборы для измерения модуля напряженности или индукции магнитного поля (тесламетры);

  • приборы для измерения направления вектора магнитного поля;

  • приборыдля измерения величины магнитного потока (веберметры);

  • приборыдля измерения магнитных постоянных веществ и материалов;

  • приборыдля измерения неоднородностей магнитного поля (Градиентометрградиентометры);

  • приборы для измерения магнитного момента.

© Центр дистанционного образования МГУП