Московский государственный университет печати. Система единиц физических величин. Принципы построения Основные принципы построения систем единиц физических величин

Проблема выбора системы единиц физических величин совсем недавно не могла полностью относиться к нашему произволу. С точки зрения материалистической философии нам непросто было убедить кого-либо в том, что большой раздел естественных наук, относящийся к обеспечению единства измерений, в основе своей опирается на зависимость основных моментов от нашего сознания. Можно обсуждать, хорошо или плохо составлена система единиц физических единиц, но факт, что в основе своей любая система величин и единиц имеет произвол, связанный с человеческим сознанием, остается бесспорным.

Единицы физических величин подразделяются на основные и производные. До 1995 г. имели место еще дополнительные единицы - единицы плоского и телесного угла, радиан и стерадиан,- но с целью упрощения системы эти единицы были переведены в категорию безразмерных производных единиц.

Основными физическими величинами являются величины, выбранные произвольно и независимо друг от друга.

Основные единицы выбираются так, чтобы пользуясь закономерной связью между величинами можно было бы образовать единицы других величин. Соответственно, образованные таким образом величины и единицы называются производными.

Самый главный вопрос при построении систем единиц состоит в том, сколько должно быть основных единиц или, более точно, какими принципами нужно руководствоваться при построении той или иной системы? Частично в метрологической литературе можно найти утверждение, что главный принцип системы должен состоять в минимальном количестве основных единиц. На самом деле такой подход является неверным, так как следуя этому принципу такая величина и единица может быть одна. Например, через энергию можно выразить практически любую физическую величину, т. к. в механике энергия равна:

• кинетическая энергия

где m - масса, -v - скорость движения тела;

• потенциальная энергия

(1.4)

где m - масса, g - ускорение, Н - высота (длина).

В электрических измерениях энергия заряда

(1.5)

где q - заряд, U - разность потенциалов.

В оптике и квантовой механике энергия фотона

где h - постоянная Планка, v - частота излучения.

В теплофизике энергия теплового движения частиц

(1.7)

где k - постоянная Больцмана, Т - температура.

Используя указанные законы и опираясь на закон сохранения энергии, можно определить любую физическую величину, независимо оттого, к каким явлениям она относится - к механическим, электрическим, оптическим или тепловым.

Для того чтобы сказанное выглядело более убедительно, рассмотрим основные механические единицы, принятые в большинстве систем - единицы длины, времени и массы. Эти величины являются основными, т. е. выбраны произвольно и независимо друг от друга. Рассмотрим теперь, какова степень этой независимости и нельзя ли сократить число произвольно выбранных основных механических единиц.

Большинство из нас привыкло к тому, что второй закон Ньютона записывается как

(1.8)

где F - сила взаимодействия, m - масса тела, а - ускорение движения, и это выражение является определением инерционной массы. С другой стороны, масса гравитационная согласно закону всемирного тяготения определяется из соотношения

(1.9)

где r - расстояние между телами и γ- гравитационная постоянная, равная

(1.10)

Рассматривая, например, равномерное движение одного тела вокруг другого по окружности, когда сила инерции Fi равна силе гравитации Fg , и учитывая, что масса m в обоих законах есть одна и та же величина, получим:

(1.11)

(1.12)

где Т - период обращения, получим

(1.13)

Это есть выражение для третьего закона Кепплера, давно известного для движения небесных тел, т. е. мы получили связь между временем Т, длиной r и массой m в виде

(1.14)

Это означает, что достаточно положить коэффициент К равным единице, и единица массы будет определена через длину и время. Значение этого коэффициента

(1.15)

является следствием только того факта, что мы произвольно выбрали единицу массы и для приведения ситуации в соответствие с физическими законами обязаны в законе Кепплера ввести дополнительный множитель К. Приведенный пример наглядно показывает, что число основных единиц может быть изменено как в меньшую, так и в большую сторону, т. е. полностью зависит от нашего выбора, определяемого удобством практического использования системы.

Естественно, что выбрав произвольно какую-либо единицу в качестве основной, мы произвольно выбираем размер этой единицы. В механических измерениях длину, время и массу мы имеем возможность сравнивать с любыми выбранными в качестве исходных одноименными величинами. По мере развития метрологии определения размера величин основных единиц неоднократно изменялись, тем не менее ни на физических законах, ни на единстве измерений это не отразилось.

Покажем, что произвол выбора размера единицы имеет место не только для основных, произвольно выбранных величин, но и для величин производных, т. е. связанных с основным каким-либо физическим законом. В качестве примера вернемся к определениям силы через инерционные свойства тел или через гравитационные свойства. Мы предполагаем, что основными величинами являются длина, время и масса. Ничто не мешает считать равным единице коэффициент пропорциональности в законе всемирного тяготения, т. е. считать, что

(1.16)

Тогда во втором законе Ньютона мы обязаны будем ввести коэффициент пропорциональности, называемый инерционной постоянной, т. е.

(1.17)

Значение инерционной постоянной должно равняться

(1.18)

Аналогичную картину можно проследить, выражая и принимая единицу площади. Мы привыкли к тому, что единицей площади считается площадь квадрата со стороной в единицу длины - квадратный метр, квадратный сантиметр и т. д. Однако никто не запрещает в качестве единицы площади выбрать площадь круга с диаметром в 1 метр, т. е. считать, что

(1.19)

В этом случае площадь квадрата выразится

(1.20)

Такая единица площади, называемая «круглый метр», очень удобна в измерении площадей кругов. Очевидно, что «круглый метр» будет в 4/π раз меньше «квадратного метра».

Следующий вопрос в проблеме выбора единиц системы состоит в определении целесообразности введения новых основных единиц при рассмотрении нового класса физических явлений. Начнем с электромагнитных явлений. Хорошо известно, что электрические явления опираются на закон Кулона, связывающий механические величины - силу взаимодействия и расстояния между зарядами - с электрической величиной - зарядом:

(1.21)

В законе Кулона, как и в других законах, где упоминаются векторные величины, мы опускаем единичный вектор с целью упрощения. В законе Кулона коэффициент пропорциональности равен 1. Если принять это за основу, что и сделано в некоторых системах единиц, то электрическая основная единица не нужна, т. к. единицу силы тока можно получить из соотношения

(1.22)

где q - заряд, определенный законом Кулона; t - время. Все остальные единицы электрических величин определяются из законов электростатики и электродинамики. Тем не менее в большинстве систем единиц, в том числе и в системе СИ, для электрических явлений вводится произвольно своя электрическая основная единица. В системе СИ это Ампер. Выбрав Ампер произвольно, заряд выразится из соотношения как

(1.23)

В результате повторилась ситуация, рассмотренная выше, когда одна и та же физическая величина определяется дважды. Один раз через величины механические - формула (1.21) .другой раз через Ампер-формула (1.23). Такая неоднозначность заставляет ввести в закон Кулона дополнительный коэффициент, получивший название «диэлектрическая проницаемость вакуума». Закон Кулона приобретает вид:

О физическом смысле диэлектрической постоянной вакуума часто задают вопросы, когда хотят выяснить степень понимания сущности закона Кулона. С метрологической точки зрения все просто и понятно: вводя произвольно основную единицу электричества - ампер - мы должны принять меры к тому, чтобы имелось соответствие механических единиц, введенных ранее, их новому возможному выражению с использованием ампера.

Точно такая же ситуация может быть прослежена в температурных измерениях с введением произвольно основной единицы - Кельвина, а также в оптических измерениях с введением канделы.

Здесь подробно рассмотрена ситуация с выбором единиц основных физических величин и с выбором их размера для того, чтобы доказать суть главного принципа построения систем единиц физических единиц.

Этот принцип - удобство практического использования. Только этими соображениями определяется число основных единиц, выбор их размера, и все дополнительные, вторичные принципы отталкиваются от этого как от основного. Таковым, например, является известный принцип, гласящий, что в качестве основной величины нужно выбрать такую, единица которой может быть воспроизведена с наивысшей возможной точностью. Однако это желательно, но в ряде случаев нецелесообразно. В частности в механических измерениях единица частоты - герц - воспроизводится с наивысшей точностью, тем не менее в разряд основных единиц частота не попала.

В электрических измерениях точнее Ампера может быть воспроизведен Вольт - единица разности потенциалов. В оптике достигнута предельная точность в измерениях энергии путем счета квантов. По указанным причинам общепризнанность выражения величин и единиц становится преобладающей над стремлением выбрать за основную единицу ту, которая точнее всего воспроизводится.

Окончательным подтверждением выбора системы единиц на основе принципа удобства использования являются два момента.

Первый - это факт присутствия в международной системе СИ двух основных единиц количества вещества - килограмма и моля. Ничем, кроме удобства использования в химических процессах введение еще одной основной единицы - моля, - этот факт не объяснишь.

Второй - факт использования в целом ряде случаев систем единиц, отличных от системы СИ. Многие годы и десятилетия метрологи пытаются оставить одну единственную систему единиц. Тем не менее, в расчетах атомных и молекулярных структур система СИ неудобна, и люди продолжают использовать атомную систему единиц, в которой основными являются величины, определяемые размерами атома и процессами, происходящими в атоме. При рассмотрении различных систем единиц мы подробно остановимся на построении этой системы. Точно также система СИ оказывается неудобной при измерениях расстояний до космических объектов. В этой области сложилась своя специфическая система единиц и величин.

выбор в метрологии системы единиц физических величин в основном связан с удобством их использования и в большой степени опирается на традиции в решении проблемы обеспечения единства измерений.

Еще в глубокой древности были осознаны преимущества применения систем взаимно связанных мер и единиц по сравнению с отдельными, разобщенными мерами и единицами измерений.

Первыми системами, которые с достаточным основанием можно было назвать системами единиц, были Гауссова (миллиграмм, миллиметр, секунда) и ряд систем СГС (сантиметр, грамм, секунда). Дальнейшее развитие подобных систем привело к разработке и принятию в 1960 г. XI Генеральной конференцией по мерам и весам международной системы единиц (Le Systeme international d´unites - сокращенно - SI).

Исходной для SI, безусловно, является метрическая система, предложенная в 1791 г. Следующий этап – подписание семнадцатью ведущими промышленными державами мира дипломатического документа метрической конференции 1875 г.

В 1881 г. появилась система СГС (развитие системы Гаусса) и позднее, в связи с необходимостью ее применения для измерений не только механических, но и электромагнитных величин, ее разновидности (наиболее известны СГСЭ и СГСМ). Следующий важный этап – принятие в 1950 г. системы МКСА – системы Джорджи, в которой появилась четвертая основная единица – ампер. МКСА вошла в SI как ее составная часть, применяемая для электрических и магнитных величин. Необходимость включения в систему тепловых и световых величин привела к включению в SI еще двух основных единиц – кельвина и канделы. В 1971 г. в число основных единиц был включен моль. Прежде чем перейти к подробному рассмотрению SI необходимо остановиться на общих принципах построения систем единиц измерений.

Принципы построения систем единиц измерений

Метод построения систем единиц, в его первоначальном виде, был разработан Ф. Гауссом. По этому методу построение систем единиц измерений начинается с выбора минимального числа основных единиц, через которые выражают все практически применяемые единицы измерений – называемые производными. Небезынтересно отметить, что какие-либо теоретически обоснованные алгоритмы, позволяющие однозначно определить совокупность (набор) необходимых для построения системы основных единиц, отсутствуют. Единственным критерием при выборе основных единиц могут быть лишь эффективность и целесообразность использования данной системы. Различные системы базируются на разном числе основных единиц. Как уже было сказано, метрическая система 1791 г. базировалась на одной основной единице – метре, затем на двух – метре и килограмме. Система Гаусса и система СГС – на трех. Варианты СГС - СГСέ0; СГСµ0; СГСФ; СГСБ – на четырех. Система МКС вновь на трех, ее варианты – МКСК, МКСА, МКСµ0; МКСКД и МКСЛМ – на четырех. SI включает в себя 7 основных единиц. Это максимальное число для всех известных систем единиц.

Первоначально предполагалось, что основные единицы должны воспроизводиться совершенно независимо друг от друга. Как будет показано ниже, фактически в системах единиц появились значительные отступления от этого принципа.

Следующий этап разработки системы – присвоение основным единицам буквенных символов их размерностей. Затем следует этап включения в систему некоторой совокупности производных единиц, выраженных через основные и присвоенные им размерностей подстановкой символов основных единиц в физические уравнения, определяющие эти единицы через основные.

Размерность измеряемых величин и единиц измерений

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

Существует два толкования понятия «размерность». По одному – размерности присваивают величинам, по другому – единицам. Очевидно, что единицы, являясь частными реализациями величин, имеют одинаковые с ними размерности, поэтому между этими точками зрения нет коренного противоречия. Во всей физической, метрологической литературе и в данной книге под размерностью понимается, в первую очередь, только обобщенное выражение зависимости единицы данной величины от основных единиц.

Таким образом, размерности, присвоенные основным и производным единицам, одновременно являются размерностями соответствующих величин. Необходимо предостеречь от бездумного, автоматического, применения терминов «основные и производные величины». Все величины обозначают существующие свойства, среди которых нет ни основных ни производных от них. Все величины в этом смысле равноправны. Другое дело – единицы в рамках объединяющей их системы. Формируя систему единиц, мы вправе подразделять их на основные и производные.

Из теории шкал измерений следует, что размерностями обладают лишь единицы метрических шкал разностей и отношений. Единицы абсолютных шкал безразмерны в принципе, даже при включении их в любую систему единиц. Шкалы наименований и порядка не имеют единиц измерений, поэтому цифрам, баллам и иным знакам, характеризующим эти шкалы, понятие «размерность» не применимо.

Напомним, что большинство классиков физики и метрологии считали и считают, что «размерность какой-либо величины не есть свойство, связанное с существом ее, но представляет собой некую условность, связанную с выбором системы единиц» (М.Планк, П.Бриджмен и др.). Это мнение подтверждается зависимостью размерности единиц от выбранной системы, совпадением размерностей величин, имеющих различную физическую природу, трудно интерпретируемыми физически размерностями ряда величин (пример – электрическая емкость), тем фактом, что величины, размерные в одной системе, могут быть безразмерными в другой.

Вот что писал по этому поводу Г. Хартли в своей монографии «Анализ размерностей»: «Не существует такого понятия, как абсолютная размерность физической величины… Размерности… являются относительными по своему определению. Формула размерности физической величины основана на определении этой величины с использованием основных единиц измерений, выбор которых (в определенных пределах) произволен». Из сказанного видно, что символы размерности являются специфическими логическими операторами, функционально определенными только в рамках соответствующих систем единиц. Символы размерности не являются обычными величинами, а абстрактная алгебра операций с ними отличается от обычной алгебры. Применение этих операторов вне систем единиц бессмысленно.

На практике мы интересуемся не размерностями, как таковыми, а выражениями, связывающими единицы измерений с основными единицами системы и друг другом. По структуре они похожи, но не тождественны: символы размерности абстрагированы от конкретных размеров единиц измерений. Не случайно в таблицах международного документа «Le Systeme international d´unites» отсутствует графа «размерность», а приведены лишь выражения связи между различными единицами измерений.

Размерность величины одновременно является размерностью ее единицы. Пример: размерность площади (величины) - L², размерность единицы площади - м², а также - L². Размерность основной единицы системы совпадает с ее символом в степени равной 1. Степени символов основных единиц, входящих в одночлен, могут быть целыми, дробными, положительными, отрицательными, их называют показателями размерности производных единиц. Совокупность размерностей основных и производных единиц данной системы образует размерную систему. Ее база – размерности основных единиц. Над размерностями можно производить формальные действия умножения, деления, возведения в степень, извлечения корня. Сложение и вычитание размерностей не имеют смысла. Размерность единиц (величин) зависит от принятой системы единиц. Единица, в размерности которой хотя бы одна из основных единиц возведена в степень, не равную нулю, называется размерной, в противном случае она называется безразмерной. Напомним, что единица конкретной величины, безразмерная в одной системе, может быть размерной в другой и наоборот.

Международная система единиц – SI

SI является когорентной системой, построенной по десятичному принципу: кратные и дольные единицы образуются умножением исходных единиц на множители, равные десяти в целой положительной или отрицательной степени, а в уравнениях, связывающих между собой единицы системы, числовые коэффициенты равны единице.

Принятие SI позволило унифицировать единицы измерений – для каждой величины принята одна и только одна единица. SI охватывает большинство областей естественных наук и техники. Ее единицы, как правило, имеют удобные для практического применения размеры. Четко разграничены единицы массы и силы (веса). Для всех видов энергии установлена одна единица – джоуль (таким образом, отпала потребность в различных переводных коэффициентах). Упростилась запись уравнений и формул в различных областях науки и техники. Но SI нельзя считать всеобъемлющей. Она распространяется только на метрические шкалы скалярных величин. Необходимо также осознать, что фактически в SI для образования многих производных единиц используются безразмерные и счетные единицы абсолютных шкал. Особо отметим привычную и незамечаемую условность распространения SI на векторные величины, такие как скорость, ускорение, угловая скорость вращения, сила, момент силы, напряженность электрического и магнитного поля и др. В действительности соответствующие единицы измерения (м/с, м/с², рад/с, Н, Н·м, В/м, А/м) могут соответствовать только модулям этих векторов – скалярных величин. Для полного описания векторов, включая их направление обязательно использование системы координат – трехмерных комбинированных шкал. Хотя спецификации неметрических шкал, как правило, опираются на единицы SI, эти шкалы в принципе не могут охватываться SI.

В стандарте ГОСТ 8.417 – 2002 «ГСИ. Единицы величин» имеется указание на то, что этот стандарт не устанавливает единиц величин, оцениваемых по условным шкалам, единиц количества продукции (например, единиц Международной сахарной шкалы, шкал твердости, шкал светочувствительности фотоматериалов и т.д., а также счетных единиц). В понятиях теории шкал измерений это указание неточно, единицы любых шкал, кроме абсолютных, являются условными, т.е. принятыми по соглашению. Поэтому правильнее писать, что SI и приведенные выше стандарты не распространяются на величины и свойства, описываемые неметрическими шкалами. Также вне SI остается множество широко применяемых счетных единиц, таких как «пара», «мешок», «упаковка» и т.д.

Лекция 1

Вводное занятие. Предмет «метрология», задачи, принципы, объекты и средства метрологии, стандартизации и сертификации. Закон РФ «Об обеспечении единства измерений». Международные организации по метрологии .

Слово метрология образовано из двух греческих слов метрон (мера) и логос (учение, умение) и означает - учение о мерах. Метрология в современном понимании - наука об измерениях, методах и средст­вах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точ­ности.

Единством измерений называется состояние измерений, при которых их результаты выражены в узаконенных единицах и по­грешности известны с заданной вероятностью.

Долгое время метрология была в основном описатель­ной наукой о различных мерах и соотношениях между ними. Но в процессе развития общества роль измере­ний возрастала, и с конца прошлого века благодаря прогрессу физики метрология поднялась на качественно новый уровень.

Сегодня метрология - это не только наука об измерени­ях, но и деятельность, предусматривающая изучение физи­ческих величин, их воспроизведение и передачу, примене­ние эталонов, основных принципов и методов создания средств измерений, оценку их погрешности, а также метро­логический контроль и надзор.

Цель метрологии заключается в обеспечении единства измерений, т.е. сопоставимости и согласуемости их резуль­татов, причем независимо от того, где, когда и кем были эти результаты получены.

Поскольку по результатам измерений принимаются ответ­ственные решения, то должна быть обеспечена соответству­ющая точность, достоверность и своевременность измерений.

Можно выделить три главные функции измерений в на­родном хозяйстве:

1) учет продукции народного хозяйства, исчисляющейся по массе, длине, объему, расходу, мощности, энергии;

2) измерения, проводимые для контроля и регулирования технологических процессов и для обеспечения нормального функционирования транспорта и связи;

3) измерения физических величин, технических парамет­ров, состава и свойств веществ, проводимые при научных исследованиях, испытаниях и контроле продукции в различ­ных отраслях народного хозяйства.

Значимость измерений особенно важна при переходе к рыночным отношениям, связанным с конкуренцией произво­дителей и соответственно с повышенными требованиями к качеству и техническим параметрам продукции. Повышение качества измерений и внедрение новых методов измерений зависят от уровня развития метрологии.

Основными задачами метрологии являются;

· обеспечение исследований, производства и экс­плуатации технических устройств;

· контроль за состоянием окружающей среды;

· обеспечение учреждений организаций соответствующими средствами измерений.

Метрологию подразделяют на

· общую - теоретическую и экспериментальную;

· прикладную (практическую);

· законодательную.

Теоретическая метрология занимается вопросами фун­даментальных исследований, созданием системы единиц из­мерений, физических постоянных, разработкой новых мето­дов измерений.

Экспериментальная метрология - вопросами созда­ния эталонов, образцов мер, разработкой новых измеритель­ных приборов, устройств и информационных систем.

Прикладная (практическая) метрология занимается вопросами практического применения в различных сферах деятельности результатов теоретических исследований в рамках метрологии.

Законодательная метрология включает комплекс взаи­мосвязанных и взаимообусловленных общих правил, а также другие вопросы, регламентация и контроль которых необхо­димы со стороны государства и для обеспечения единства из­мерений и единообразия системы измерений.

Метрологическая служба - совокупность субъектов деятельности и видов работ, направленных на обеспечение единства измерений.

Закон определяет, что Государственная метрологическая служба находится в ведении Госстандарта России и включает: государствен­ные научные метрологические центры; органы Государственной мет­рологической службы на территории республик в составе Россий­ской Федерации, автономной области, автономных округов, краев, областей, городов Москвы и Санкт-Петербурга.

Госстандарт России осуществляет руководство Государственной службой времени и частоты и определения параметров вращения Зем­ли (ГСВЧ), Государственной службой стандартных образцов состава и свойств веществ и материалов (ГССО) и Государственной службой стандартных справочных данных о физических константах и свойствах веществ и материалов (ГСССД) и координацию их деятельности.

Объектами государственного надзора являются:

1. нормативные документы по стандартизации и техническая документация;

2. продук­ция, процессы и услуги;

3. иные объекты в соответствии с действую­щим законодательством о государственном надзоре.

В 1993 г. был принят «Закон Российской Федерации об обеспе­чении единства измерений», который устанавливает правовые ос­новы обеспечения единства измерений в Российской Федерации. Закон регулирует отношения государственных органов управления Российской Федерации с юридическими и физическими лицами по вопросам изготовления, выпуска, эксплуатации, ремонта, про­дажи и импорта средств измерений и направлен на защиту прав и законных интересов граждан, установленного правопорядка и экономики Российской Федерации от отрицательных послед­ствий недостоверных результатов измерений.

Закон «Об обеспечении единства измерений» состоит из семи разделов: общие положения; единицы величин, средства и методи­ки выполнения измерений; метрологические службы; государствен­ный метрологический контроль и надзор; калибровка и сертификация средств измерений; ответственность за нарушение закона и финансирование работ по обеспечению единства измерений.

В первом разделе Закон «Об обеспечении единства измерений» устанавливает и законодательно закрепляет основные понятия, при­нимаемые для целей Закона: единство измерений, средство измере­ний, государственный эталон единицы величины, нормативные до­кументы по обеспечению единства измерений, метрологическая служ­ба, метрологический контроль и надзор, поверка и калибровка средств измерений, сертификат об утверждении типа средств измерений, аккредитация на право поверки средств измерений и сертификат о калибровке. В первой статье закона дается следующее определение понятия «единство измерений».

единство измерений - состояние измерений, при котором их резуль­таты выражены в узаконенных единицах величин и погрешности измере­ний не выходят за установленные границы с заданной вероятностью.

Понятие «единство измерений» охватывает важнейшие задачи метрологии: унификацию единиц, разработку систем воспроизведе­ния единиц и передачи их размеров рабочим средствам измерений с установленной точностью, проведение измерений с погрешнос­тью, не превышающей установленные пределы, и др. Единство из­мерений должно выдерживаться при любой точности измерений, необходимой отрасли экономики.

Обеспечение единства измерений является задачей метрологических служб.

Комплекс нормативных, нормативно-технических и методических документов межотраслевого уровня, ус­танавливающих правила, нормы, требования, направ­ленные на достижение и поддержание единства измерений в стране при требуемой точности, составляет государствен­ную систему обеспечения единства измерений (ГСИ).

В ГСИ выделяются базовые стандарты, устанавливающие общие требования, правила и нормы, а также стандарты, ох­ватывающие конкретную область или вид измерений.

К основополагающим базовым стандартам относятся, например, ГОСТ 8.417 «ГСИ. Единицы физических ве­личин», ГОСТ 16363 «Метрология. Термины и опреде­ления». Базовые стандарты можно подразделить на группы в зависимости от объекта стандартизации:

· эталоны единиц физических величин;

· передача информации о размере единицы от этало­нов к средствам измерений;

· порядок нормирования метрологических характери­стик средств измерений;

· правила выполнения и оформления результатов изме­рений;

· единообразие средств измерений;

· метрологический надзор за разработкой, состоянием и применением средств измерений;

· государственная служба стандартных справочных данных.

В настоящее время нормативная база ГС И насчиты­вает более 2600 документов, в том числе 388 ГОСТов, около 2000 методических указаний метрологических институтов, 77 руководящих документов и 87 инструкций.

Сеть организаций, на которые возложена ответственность за метрологическое обеспечение измерений, составляет мет­рологическую службу. Различают два уровня метрологиче­ской службы - государственную метрологическую службу и метрологические службы юридических лиц (предприятий и объединений).

В состав государственной службы входят территориаль­ные органы и государственные научные метрологические центры (НИИ Госстандарта России). В структуру государ­ственной метрологической службы включены также специа­лизированные службы: государственная служба времени и частоты - ГСВЧ, государственная служба стандартных об­разцов - ГССО, государственная служба стандартных спра­вочных данных - ГСССД.

К основным видам метрологической деятельности от­носятся метрологическое обеспечение подготовки производства, государственные испытания средств измерений, поверка средств измерений.

Метрологическое обеспечение подготовки производ­ства - это комплекс организационно-технических меро­приятий, направленных на определение с требуемой точно­стью параметров продукции (изделий, узлов, материалов) и сырья, технологических процессов и оборудования и позволяющих добиться высокого качества выпускаемой продукции, а также снижения непроизводительных затрат на ее выпуск.

Работы по метрологическому обеспечению подготовки производства выполняют метрологические, конструкторские, технологические службы предприятий с момента получения исходных документов на осваиваемое изделие.

Испытания средств измерений проводятся государствен­ными научными центрами Госстандарта России.

В состав комиссии входят представители:

· государственного центра испытаний средств изме­рений;

· заказчика средств измерений;

· ведомственной метрологической службы;

· организации-разработчика;

· производителя средств измерений.

В случае успешного испытания средства измерений, в ре­зультате которого подтверждены все параметры и характери­стики средств измерений, документация предоставляется в Госстандарт России и принимается решение об утверждении типа средства измерений. Это решение удостоверяется сер­тификатом об утверждении типа средств измерений. Утвер­жденный тип заносится в государственный реестр средств измерений.

Государственный метрологический контроль и надзор является технической и правовой деятельностью, осуществ­ляемой органами государственной метрологической службы в целях проверки соблюдения правил законодательной мет­рологии - Закона РФ «Об обеспечении единства измерений», нормативных актов по вопросам метрологии.

К объектам государственного метрологического контро­ля и надзора относятся :

· средства измерений;

· эталоны, применяемые для поверки средств измерений;

· методики выполнения измерений;

· количество фасованных товаров в упаковках любого вида при их продаже и расфасовке.

Государственный метрологический контроль (ГМК) рас­пространяется:

1. на здравоохранение, ветеринарию, охрану окружа­ющей среды, обеспечение безопасности;

2. торговые операции и взаимные расчеты между поку­пателем и продавцом;

3. государственные учетные операции;

4. обеспечение обороны;

5. геодезические и гидрометеорологические работы;

6. банковские, налоговые, таможенные и почтовые опе­рации;

7. продукцию, поставляемую по государственным кон­трактам;

8. испытания и контроль качества продукции на соот­ветствие обязательным требованиям стандартов и при обязательной сертификации продукции;

9. измерения, проводимые по поручению органов суда, прокуратуры, арбитража, других органов государ­ственного управления;

10. регистрацию национальных и международных спор­тивных рекордов.

Характеристика видов государственного метро­логического контроля и надзора. Государственный метрологический контроль и надзор включает:

1. государственный метрологический надзор за коли­чеством товаров, отчуждаемых при совершении тор­говых операций; за количеством фасованных то­варов в упаковках любого вида при их расфасовке и продаже;

2. поверку средств измерений, в том числе эталонов;

3. утверждение типа средств измерений;

лицензирование деятельности юридических и физи­ческих лиц по изготовлению, ремонту, продаже, про­кату средств измерений. Государственному метрологическому контролю подлежат торговые операции, при совершении которых определяется масса, объем, расход и другие величины, характеризующие количество отчуждаемых товаров.

Государственному метрологическому надзору в сфере банковских операций подлежат средства измерения для иден­тификации ценных бумаг и валют (например, детекторы ва­лют, счетчики банкнот), электронных подписей, залоговых ценностей. Принимая на депозитное хранение такие ценно­сти, как, например, благородные металлы, драгоценные кам­ни, банки должны обеспечить измерение их количества и состава с требуемой точностью.

Государственному метрологическому надзору подлежат фасованные товары в упаковках любого вида при их прода­же или расфасовке, в случаях, когда содержимое упаковки не может быть изменено без ее вскрытия или деформации, а количество содержимого указано нанесенным на упаковку значением массы. При проведении надзора проверяют соот­ветствие действительного значения массы, объема и других величин количеству фактически содержащегося в упаковке товара и нанесенному на упаковку значению.

Средства измерений, используемые в указанных сферах государственного метрологического контроля и надзора, под­лежат поверке органами государственной метрологической службы при выпуске и после ремонта, при эксплуатации и продаже, ввозе по импорту. Поверку средств измерений осу­ществляют лица, аттестованные в качестве поверителей в органах государственной метрологической службы. Положи­тельные результаты поверки средств измерений удостоверя­ют знаком поверительного клейма или сертификатом о по­верке. Знак поверительного клейма наносят на средства измерений и в эксплуатационную документацию, а в случае выдачи сертификата о поверке - на сертификат. Если знак поверительного клейма поврежден, а также если сертифи­кат утрачен, средство измерений признается непригодным к применению.

Средства измерений, предназначенные для выпуска или ввоза по импорту, подвергаются обязательным испытаниям с последующим утверждением типа. Решение об утвержде­нии типа средства измерений принимается Госстандартом России и удостоверяется сертификатом. Утвержденный тип вносится в Государственный реестр средств измерений. В необходимых случаях тип средства измерений подверга­ется также обязательной сертификации на безопасность применения в соответствии с законодательством о защите здоровья, жизни и имущества граждан, охране труда и ок­ружающей среды.

Организация государственного метрологическо­го контроля и надзора. Контроль и надзор осущест­вляются государственными инспекторами органов го­сударственной метрологической службы. Госинспекторы беспрепятственно посещают объекты, где эксплуатируются средства измерений, с целью их поверки, отбора образцов товара для осуществления контроля при их продаже и рас­фасовке и других видов контроля. При выявлении наруше­ния госинспектор имеет право запрещать применение средств измерения неутвержденных, а также неповеренных типов; гасить клейма или аннулировать сертификат о поверке, в слу­чаях когда средство измерений дает неправильные показа­ния или просрочен межповерочный интервал; давать обя­зательные предписания и устанавливать сроки устранения нарушения метрологических правил; составлять протоколы об административной ответственности нарушителей метро­логических правил для принятия решений о применении сан­кций.

Юридические и физические лица обязаны оказывать со­действие инспектору в выполнении возложенных на него обязанностей. Лица, препятствующие осуществлению госу­дарственного метрологического контроля и надзора, несут ответственность в соответствии с действующим законода­тельством.

В соответствии с действующим законодательством за нарушение правил законодательной метрологии предусмотре­ны административная и уголовная ответственность, эконо­мические санкции.

Административную ответственность за нарушение правил несут руководители и должностные лица юри­дических лиц, а также физические лица, по вине кото­рых были допущены нарушения. Административные взыска­ния налагаются в виде штрафа. Основанием для взыскания служат несоблюдение правил метрологии при продаже и рас­фасовке товаров в упаковки, несоблюдение правил поверки средств измерений, воспрепятствование осуществлению мет­рологического контроля и надзора уполномоченными на то органами.

Уголовная ответственность наступает в случае приме­нения неповеренных или иных непригодных средств измерений в розничной торговой сети или сфере об­щественного питания, здравоохранения, охраны окружа­ющей среды, обеспечения безопасности. В зависимости от степени нарушения метрологических правил предусматри­ваются крупный штраф, исправительные работы, лишение права занимать должности, связанные с измерением, лише­ние свободы. Экономические санкции применяются, как пра­вило, к юридическим лицам. Размер санкций определяется действующим законодательством.

Международная организация мер и весов (МОМВ) обеспечи­вает хранение и поддержание международных эталонов различных единиц и сличение с ними государственных эталонов и состоит из Генеральной конференции мер и весов, Международного комитета по мерам и весам, Международного бюро мер и весов (МБМВ).

В большинстве стран мира мероприятия по обеспечению единства измерений установлены законодательно. Поэтому один из разделов метрологии называется законодательной метрологией и включает комплекс общих правил, требований и норм, направлен­ных на обеспечение единства измерений и единообразия средств измерений. Для единообразия в единицах измерений в 1978 г. был утвержден Международный стандарт «Единицы физических вели­чин» (СИ), который введен с 1 января 1979 г. как обязательный во всех областях народного хозяйства, науки, техники и при препо­давании.

Основные понятия и определения принятые в метрологии. Физические величины. Типы шкал. Понятия о системе физических величин.

Основные термины и определения сформулированы в ряде нормативно-технических документов.

Физическая величина - свойство физического объекта, явления или процесса, общее в качественном отношении для многих физических объектов, но в ко­личественном выражении индивидуальное для каждого из них, например длина, масса, электрическое сопротивление.

Измерение - совокупность операций по применению технического средства, хранящего единицу физической величины, заключающихся в сравнении измеряемой ве­личины с единицей.

Диапазон измерений - область значений величин, в пределах которых нормированы допускаемые пре­делы погрешности. Значения величины, ограничива­ющие диапазон измерений снизу или сверху (слева или спра­ва), называют нижним пределом или верхним пределом измерений.

Порог чувствительности - наименьшее значение измеряемой величины, которое вызывает заметное из­менение выходного сигнала. Например, если порог чувствительности весов равен $Q mi» to это означает, что за­метное перемещение стрелки весов достигается при таком малом изменении массы, как 10 мг.

ШКАЛЫ ИЗМЕРЕНИЙ

Шкала измерений - это упорядоченная совокупность зна­чений физической величины, служащих основой для изме­рения данной величины. Упорядочение значений физиче­ской величины может быть достигнуто разными способами.

Шкала наименований характеризуется только отно­шением эквивалентности различных качественных проявлений свойства. Эти шкалы не имеют нулевой от­метки, единиц измерения, в них нет отношений сопоставле­ния типа больше, меньше, лучше, хуже и т.д. Например, в шкале цветов процесс измерений достигается определением эквивалентности при визуальном наблюдении испытуемого образца с одним из эталонов, входящих в атлас цветов.

Простейший способ получения информации, позволя­ющий составить некоторое представление о размере изме­ряемой величины, заключается в сравнении его с другим по принципу «что больше (меньше)?», или «что лучше (хуже)?».

При этом число сравниваемых между собой размеров может быть достаточно большим. Расположенные в порядке возра­стания или убывания размеры измеряемых величин образу­ют шкалы порядка.

Операция расстановки размеров по их возрастанию или убыванию с целью получения измерительной информации по шкале порядка называется ранжированием . Для облегчения измерений по шкале порядка некоторые точки на ней можно зафиксировать в качестве опорных (реперных). Точкам шка­лы могут быть присвоены цифры, часто называемые балла­ми. Например, знания оценивают по четырехбалльной реперной шкале, имеющей следующий вид: неудовлетворительно, удовлетворительно, хорошо, отлично. По реперным шкалам измеряется твердость минералов, чувствительность пленок и другие величины (интенсивность землетрясений измеряется по 12-балльной шкале, называемой международной сейсми­ческой шкалой).

Шкала интервалов (разности) описывает свойства величины не только с помощью отношений эквивален­тности, но также с помощью суммирования и пропор­циональности интервалов между количественными проявле­ниями свойства. Примером может служить шкала измерения времени, которая разбита на крупные интервалы - года, на более мелкие - сутки и т.д.

По шкале интервалов можно судить не только о том, что один размер больше другого, но и о том, насколько больше. Однако по шкале интервалов нельзя оценить, во сколько раз один размер больше другого. Это обусловлено тем, что на шкале интервалов известен только масштаб, а начало отсче­та может быть выбрано произвольно.

Наиболее совершенной является шкала отношений. Примером ее может служить температурная шкала Кельви­на, шкала Цельсия, шкалы массы и т.д.

По шкале отношений можно определить не только, на сколько один размер больше другого, но и во сколько раз больше или меньше.

ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ

Основным объектом измерения в метрологии явля­ются физические величины. Физическая величина применяется для описания материальных систем, объектов, явлений, процессов, изучаемых в любых науках. Существуют основные и производные величины. В качестве основных выбирают величины, которые характеризуют фун­даментальные свойства материального мира. ГОСТ 8. 417 устанавливает семь основных физических величин: длину, массу, время, термодинамическую температуру, количество вещества, силу света, силу тока. Измеряемые величины име­ют количественную и качественную характеристики.

Формализованным отражением качественного разли­чия измеряемых величин служит их размерность. В соответствии с документами ИСО размерность обо­значается символом dim (от лат. dimension - измерение).

Размерность основных физических величин - длины, массы, времени - обозначается соответствующими заглав­ными буквами:

dim t = Т.

Размерность физической величины записывается в виде произведения символов соответствующих основных физи­ческих величин, возведенных в определенную степень - показатель размерности:

где L, М, Т - размерности основных физических величин;

Показатели размерности (показатели степени, в кото­рую возведены размерности основных физических ве­личин).

Например: размерность ускорения - м/с 2

Каждый показатель размерности может быть положи­тельным или отрицательным, целым или дробным, нулем. Если все показатели размерности равны нулю, то величина назы­вается безразмерной.

Количественной характеристикой измеряемой величины служит ее размер. Получение информации о размере физи­ческой величины является содержанием любого измерения.

Значение измеряемой величины - оценка размера фи­зической величины в виде некоторого числа принятых для нее единиц.

Например: L = 1 м = 100 см = 1000 мм.

Входящее в него отвлеченное число называется числовым значением. В приведенном примере это 1, 100, 1000.

Значение физической величины получают в результате ее измерения или вычисления в соответствии с основным уравнением измерения:

где Q - значение физической величины;

X - числовое значение измеряемой величины в принятой еди­нице; [Q] - выбранная для измерения единица.

Допустим, измеряется длина отрезка прямой в 10 см с помощью линейки, имеющей деления в сантиметрах и милли­метрах. Для данного случая:

В то же время применение различных единиц (1 см и 1 мм) привело к изменению числового значения результата изме­рений.

Принципы построения Международной системы единиц. Преимущества СИ .

Единица физической величины - это физическая вели­чина, которой по определению присвоено числовое зна­чение, равное единице (1 м, 1 фунт, 1 см). Система единиц физических величин - совокупность основных и производных единиц, относящихся к некоторой системе величин и образованная в соответствии с приняты­ми принципами.

В России, как практически во всех странах мира, действу­ет Международная система единиц, основными физически­ми величинами которой являются метр, килограмм, секунда, ампер, кандела, кельвин, моль. Международная система была утверждена в 1960 г. на XI конференции мер и весов.

Единицы физических величин международной системы физических величин образуются на основе законов, устанав­ливающих связь между физическими величинами, или на ос­новании принятых в определенных НИИ физических величин.

Для единообразия в единицах измерений в 1978 г. был утвержден Международный стандарт «Единицы физических вели­чин» (СИ), который введен с 1 января 1979 г. как обязательный во всех областях народного хозяйства, науки, техники и при препо­давании.

СИ содержит семь основных единиц, которые затрагивают из­мерения всевозможных параметров: механических, тепловых, элек­трических, магнитных, световых, акустических и ионизирующих излучений и в области химии. Основными единицами установлены: метр (м) - для измерения длины; килограмм (кг) - для измерения массы; секунда (с) - для измерения времени; ампер (А) - для изме­рения силы электрического тока; Кельвин (К) - для измерения тем­пературы; кандела (свеча) кд - для измерения силы света, моль - для измерения количества вещества.

До 1960 г. за международный эталон и национальный эталон длины 1 м принималось расстояние между серединами двух штри­хов на бруске Х-образного сечения, сделанном из сплава платины с иридием. У этого эталона расстояние между серединами штрихов было невозможно измерить точнее ±0,1 мкм, что не отвечало требо­ваниям современного состояния науки и техники. Недостатком эта­лона являлось и то, что он представлял собой металлический брусок, который при стихийном бедствии (например, землетрясении или наводнении) мог пропасть или потерять со временем точное значе­ние метра.

Принципы построения Международной системы единиц

Первая система единиц физических величин, хотя она и не яв­лялась еще системой единиц в современном понимании, была при­нята Национальным собранием Франции в 1791 г. Она включала в себя единицы длины, площади, объема, вместимости и массы, ос­новными из которых были две единицы: метр и килограмм.

Систему единиц как совокупности основных и производных единиц впервые в 1832 г. предложил немецкий ученый К. Гаусс. Он построил систему единиц, где за основу принял единицы длины (миллиметр), массы (миллиграмм) и времени (секунда), и назвал ее абсолютной систем

Единица длины (метр) - длина пути, проходимого светом в ваку­уме за 1/299 792 458 долю секунды.

Единица массы (килограмм) - масса, равная массе международ­ного прототипа килограмма.

Числовые значения измеряемых величин зависят от того, какие используются единицы измерений. Поэтому роль последних очень велика. Если допустить произвол в выборе единиц, то результаты измерений окажутся несопоставимы между собой, т. е. нарушится единство измерений. Чтобы этого не произошло, единицы измерений устанавливаются по определенным правилам и закрепляются законодательным путем. Наличие законодательной метрологии отличает эту науку от других естественных наук (математики, физики, химии и др.) и направлено на борьбу с произволом в выборе таких решений, которые не диктуются объективными закономерностями, а принимаются по соглашению.

Совокупность единиц измерения основных и производных величин называется системой единиц. Не во всех областях измерений системы единиц сформировались окончательно и закреплены соответствующими законодательными актами. Наилучшим образом в этом отношении обстоят дела в области измерения физических величин.

Пусть имеется n уравнений связи между числовыми значениями N физических величин. В каждом уравнении имеется свой коэффициент пропорциональности, которому можно придать любое значение и, в частности, приравнять единице. Следовательно, в уравнениях связи коэффициенты являются известными числами, а ФВ - неизвестными. Реально всегда число N физических величин больше числа n уравнений связи. Если для N-n ФВ выбрать свои независимые единицы, то они становятся известными числами и n уравнений решаются относительно оставшихся n ФВ. Такая система, считается оптимальной с теоретической точки зрения. Эти N-n ФВ называются, как известно, основными, а остальные n - производными.

На практике может оказаться удобным выбрать в качестве основных не N-n ФВ, а большее их число, равное N-n+p. В этом случае уже нельзя придать всем коэффициентам любые численные значения, так как р коэффициентов становятся такими же неизвестными, как и оставшиеся в данном случае n-р производных ФВ.

Число основных единиц тесно связано с числом коэффициентов, стоящих в выражениях для физических законов и определениях. Коэффициенты пропорциональности, зависящие от выбора основных единиц и определяющих уравнений, называются фундаментальными, или мировыми постоянными. В системе СИ к ним относятся гравитационная постоянная, постоянная Планка, постоянная Больцмана и световая эффективность. Их следует отличать от так называемых специфических постоянных, характеризующих различные свойства отдельных веществ, например массу электрона, его заряда и др.

Следует помнить, что фундаментальные константы присутствуют в выражениях для всех физических законов, но соответствующим выбором единиц определенное их число приравнено к каким-либо постоянным числам, чаще всего к единице. Далее будет показано, что чем больше основных единиц принято при построении системы, тем больше фундаментальных констант будет стоять в формулах. Сокращение числа основных единиц обязательно сопровождается уменьшением числа фундаментальных постоянных.

В предельном случае можно для каждой из ФВ выбрать свою единицу. Но тогда вместо системы единиц получится набор единиц, все n коэффициентов станут экспериментально определяемыми мировыми константами, производные величины исчезнут, а закономерные связи окажутся для практики малополезными. Поэтому ученые стремятся к созданию теоретически оптимальной системы единиц или по возможности близкой к ней.

Правила, по которым тот или иной комплекс единиц выбирают в качестве основного, не могут быть обоснованы теоретически. Единственными аргументами в пользу выбора могут служить лишь эффективность и целесообразность использования данной системы. Для практических целей измерения в качестве основных величин и единиц следует выбирать такие, которые можно воспроизвести с наибольшей точностью. Образование системы единиц базируется на объективных закономерных связях между физическими величинами и на произвольной, но разумной воле людей и их соглашениях, заключительным из которых является принятое на Генеральной конференции по мерам и весам.

При построении или введении новой системы единиц ученые руководствуются только одним единственным принципом - практической целесообразностью, т.е. удобством применения единиц в деятельности человека. В основу этого принципа положены следующие базовые критерии:

Простота образования производных ФВ и их единиц, т.е. приравнивание к единице коэффициентов пропорциональности в уравнениях связи;

Высокая точность материализации основных и производных единиц и передачи их размера нижестоящим эталонам;

Неуничтожаемость эталонов основных единиц, т.е. возможность их воссоздания в случае утраты;

Преемственность единиц, сохранение их размеров и наименований при введении новой системы единиц, что связано с исключением материальных и психологических затрат;

Близость размеров основных и производных единиц к размерам ФВ, наиболее часто встречающихся в практике.

Для количественного оценивания и описания различных свойств и процессов вводятся физические величины.

Физическая величина (ФВ) – свойство общее в качественном отношении для многих физических объектов, но индивидуальное в количественном отношении для каждого из них.

Единица физической величины - физическая величина фиксированного размера, которой условно присвоено числовое значение, равное 1, и применяемая для количественного выражения однородных с ней физических величин.

Чтобы упорядочить всю совокупность используемых единиц физических величин, необходимо систематизировать применяемые физические величины, т.е. создать систему физических величин. Затем на базе системы физических величин строится система единиц физических величин.

Система физических величин - совокупность физических величин, образованная в соответствии с принятыми принципами, когда одни величины принимают за независимые, а другие определяют как функции независимых величин.

Основная ФВ - ФВ. входящая в систему величин и условно принятая в качестве независимой от других величин этой системы.

Производная ФВ – ФВ, входящая в систему величин и определяемая через основные величины этой системы.

Связь между различными физическими величинами выражается уравнениями связи. Различают два вида таких уравнений: уравнения связи между величинами и уравнения связи между числовыми значениями. Уравнение, связи между величинами - уравнение, отражающее связь между величинами, обусловленную законами природы, в котором под буквенными символами понимают соответствующие физические величины. Такие уравнения представляют собой соотношения в общем виде, который не зависит от единиц измерения. Уравнение связи между числовыми значениями - уравнение, отражающее связь между величинами, обусловленную законами природы, в котором под буквенными символами понимают значения соответствующих физических величин.

Система единиц физических величин - совокупность основных и производных единиц физических величин, образованная в соответствии с принципами для заданной системы физических величин.

Основная единица системы единиц физических величин - единица основной ФВ в данной системе единиц.

Производная единица системы единиц физических величин – единица производной ФВ системы единиц, образованная в соответствии с уравнением, связывающим ее с основными единицами или с основными и уже определенными производными.

Построение систем единиц физических величин

Для построения системы единиц следует выбрать несколько основных единиц и установить с помощью определяющих уравнений (уравнений связи между числовыми значениями) производные единицы всех остальных интересующих нас величин.

Основное требование, которое предъявляется к системе единиц заключается в том, что система должна быть как можно более удобной для практических целей. В этом отношении число основных единиц не может быть произвольным. Здесь нужно иметь в виду следующее. Целесообразно строить системы единиц, пригодные для различных областей науки и техники, в которых число основных единиц составляет пять-семь. К таким системам единиц относятся Международная система единиц SI и с некоторыми дополнениями СГС.

В универсальной системе единиц, которая пригодна для различных измерений в науке и технике, величины, единицы которых принимаются за основные, должны отражать наиболее общие свойства материи. Число основных единиц такой системы достигло в настоящее время семи - это единицы длины, массы, времени, температуры, силы тока, силы света и количества вещества.

Выбрав основные единицы, нужно определиться с их размерами.

Размер единицы ФВ - количественная определенность единицы ФВ, воспроизводимой или хранимой средством измерений.

Основные единицы устанавливаются двумя способами: по прототипам и по измерению естественных величин. Первый способ основан на установлении единицы с помощью некоторого тела (гиря, линейка). Второй способ предполагает проведение некоторой процедуры измерения.

На протяжении развития человечество пользовались разными системами.

1. 1791 г. Национальное собрание Франции приняли матричную систему мер . Она включала в себя ед.длины, площади, объема, веса, в основу которых были положены две единицы: м, кг.

2. Понятие системы единиц как совокупности основных и производных величин впервые предложено немецким ученым Гауссом в 1832г . В качестве основных в этой системе были приняты: единица длины – мм, единица массы – мг, единица времени – с. Эту систему единиц назвали абсолютной.

3. В 1881г. была принята система единиц физических величин СГС . Это система механических единиц. Она была построена с использованием системы уравнений классической механики. Основными единицами которой были: см – единица длины, г – единица массы, с– единица времени. Производными единицами считались единица силы – дина и единица работы – эрг. В состав СГС также включались 2 дополнительные единицы: для плоского угла – радиан; для телесного угла - стерадиан. В системе есть одна константа – скорость света.

Итальянский ученый Джорджи предложил еще одну систему единиц, получившую название МКСА и довольно широко распространившуюся в мире. Это система единиц электрических и магнитных величин. Основные единицы: м, кг, с, А, а производные: единица силы – Н, единица энергии – Дж, единица мощности – Вт. МКСА входит как составная часть в международную систему единиц СИ.

4. МКГСС – система единиц измерения, в которой основными единицами являются м, кгс и с. Система МКГСС частично используется до сих пор хотя бы в определении мощности двигателей в лошадиных силах (Лошадиная сила – мощность = 75 кгс м/с)

5. Система МТС – система механических единиц. В качестве основных единиц выбраны: метр (единица длины), тонна (единица массы), секунда (единица времени). Единица массы – тонна - оказалась наиболее удобной в ряде отраслей, имеющих дело с большими массами. Однако размер производных единиц большинства ФВ оказался неудобным для практики и систему отменили.

Наиболее широко распространена во всем мире Международная система единиц СИ. Международная система единиц СИ принята генеральной конференцией по мерам и весам в 1960 г. Её достоинствами являются:

Универсальность

Возможность воспроизведения единиц с высокой точностью соответствия с их определение и наименьшей погрешностью

Унификация всех областей и видов измерений

Упрощение записи формул и уменьшение числа допускаемых единиц

Единая система образования кратных и дольных единиц, имеющих собственное наименование. В основе системы СИ выбрано 7 основных и 2 дополнительных физических единиц (метр, кг, секунда, ампер, кельвин, моль, кандела) дополнительные (радиан, стерадиан)