Методы и средства измерения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н.Ельцина»

ДОМАШНЯЯ РАБОТА

Методы и средства измерения

Студенты гр. МТ-331101

А.Д. Герчикова

Г.В. Зворыгина

Преподаватель

к. т. н., доцент

В.В. Грибов

Екатеринбург, 2015

ВВЕДЕНИЕ

Время - это форма существования материи, выражающая изменения объектов и явлений действительности.

Время делят на годы, месяцы, недели, сутки, часы, секунды. Историки отсчитывают время столетиями, геологи - миллионами лет.

Но главное свойство времени состоит в том, что оно длится, течет непрестанно. Оно безостановочно. И с этой проблемой времени человек сталкивается ежедневно, срывая листок календаря или глядя на часы. Т. е. время - это особая величина. Время идет само, независимо от того, хотим мы этого или не хотим. время физический величина движение

Значит, проблема определения времени была актуальна и остаётся актуальной для человечества на протяжении существования бытия.

1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Время -- форма протекания физических и психических процессов, условие возможности изменения. Одно из основных понятий философии физики, мера длительности существования всех объектов, характеристика последовательной смены их состояний в процессах изменения и развития, а также одна из координат единого пространства-времени, представления о котором развиваются в теории относительности.

В философии -- это необратимое течение, внутри которого происходят все существующие в бытии процессы, являющиеся фактами.

В количественном (метрологическом) смысле понятие время имеет три аспекта:

· координаты события на временной оси. На практике это текущее время: календарное, определяемое правилами календаря, и время суток, определяемое какой-либо системой счисления (шкалой) времени (примеры: местное время, всемирное координированное время);

· относительное время, временной интервал между двумя событиями;

· субъективный параметр при сравнении нескольких разночастотных процессов.

1.1 Характеристика величины

У физических величин есть качественные и количественные характеристики.

Качественное различие физических величин отражается в их размерности. Обозначение размерности установлено международным стандартом ИСО, им является символ dim*.

Таким образом, размерность времени:

dim*t = T.

Количественная характеристика объекта измерения - это его размер, полученный в результате измерения. Самый элементарный способ получить сведения о размере определенной величины объекта измерения - это сравнить его с другим объектом. Результатом такого сравнения не будет точная количественная характеристика, оно позволит лишь выяснить, какой из объектов больше (меньше) по размеру.

1.2 Свойства

Первое и простейшее свойство времени - это его способность упорядочивать. Мир без времени - это первозданный хаос, в котором нет ни “раньше”, ни “позже”.

Второе фундаментальное свойство времени: в отношение “раньше, чем” вступают уникальные индивидуализированные события. Последовательности таких событий также уникальны и индивидуализированы и образуют историю соответствующей области реальности.

Третье свойство: неизменный аспект понятия времени связан с разделением событий на прошлые, настоящие и будущие.

Ход времени состоит в том, что события будущего становятся событиями настоящего, события настоящего - событиями прошлого, а события прошлого - событиями еще более далекого прошлого. Течение времени - четвертое его неотъемлемое, фундаментальное свойство.

Есть одно, единое и общее время мира. Универсальность - пятое фундаментальное свойство времени.

Шестое фундаментальное свойство времени - его необратимость.

Седьмым фундаментальным свойством времени является нефиксированность будущего. Возможны альтернативные сценарии развития событий будущего. При этом из множества таких сценариев реализуется только какой-то один.

1.3 Связь с другими величинами

Между двумя и более величинами или системами мер можно устанавливать зависимость, она зафиксирована в формулах, а формулы выведены опытным путем.

Две взаимно зависимые величины называются пропорциональными, если отношение их значений остается неизменным.

Неизменное отношение двух величин называется коэффициентом пропорциональности. Коэффициент пропорциональности показывает, сколько единиц одной величины приходится на единицу другой величины. Если коэффициенты равны. То и отношения равны.

Поскольку состояния всего нашего мира зависят от времени, то и состояние какой-либо системы тоже может зависеть от времени, как обычно и происходит. Однако в некоторых исключительных случаях зависимость какой-либо величины от времени может оказаться пренебрежимо слабой.

Расстояние есть произведение скорости и времени движения: отсюда вывели основную формулу движении:

S = V * t

где S -- путь; V -- скорость; t -- время.

Основная формула движения -- это зависимость расстояния от скорости и времени движения. Такая зависимость называется прямо пропорциональной.

Две переменные величины прямо пропорциональны, если с увеличением (или уменьшением) в несколько раз одной величины другая величина увеличивается (или уменьшается) во столько же раз; т.е. отношение соответствующих значений таких величин является величиной постоянной.

При неизменном расстоянии скорость и время связаны другой зависимостью, которая называется обратно пропорциональной.

Две переменные величины обратно пропорциональны, если с увеличением (или уменьшением) одной величины в несколько раз другая величина уменьшается (или увеличивается) во столько же раз; т.е. произведение соответствующих значений таких величин является величиной постоянной.

Из формулы движения можно вывести еще два соотношения, выражающих прямую и обратную зависимости входящих в них величин:

t = S : V -- время движения прямо пропорционально пройденному пути и обратно пропорционально скорости движении

V = S : t -- скорость движения прямо пропорциональна пройденному пути и обратно пропорциональна времени движения.

1.4 Размерность

Буквенное обозначение - t. Размерность - Т. Единица измерения в СИ и СГС - секунда. Русское обозначение с, межденароднее s. Секунда есть время, равное 9 192 631 770 периодам излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уров- нями основного состояния атома цезия-133.

1.5 Измерения величины в различных отраслях экономики

По мнению специалистов, время сегодня является остродефицитным ресурсом. А ведь любой дефицитный продукт требует наилучшего применения. Поэтому у экономистов возникает особый интерес к проблемам времени.

На уровне здравого смысла, время - это некий промежуток конкретной деятельности или же определенный момент, в течение которого что-то происходит.

Экономическое время - что это? В экономике время представляет собой время реакции определенных активов на изменение общей экономической ситуации. Специалисты под реакцией понимают изменение факторов производства, которые приводят к изменению объемов этого производства и соответственно количества предложений.

Фактор времени в экономике - что это? Экономический ущерб от потери времени, конечно же, возместить практически нереально. Связка «время-деньги» является действительно прочной. Специалисты отмечают, что чем больше существует ограничение по времени, которое отпускается на решение какой либо конкретной задачи, те дороже в итоге это решение обходится.

2. ХАРАКТЕРИСТИКА МЕТОДОВ ИЗМЕРЕНИЯ

Вся жизнь человека связана с временем, и поэтому необходимость его измерения возникла еще в глубокой древности.

Первой естественной единицей меры времени были сутки, которые с доисторической эпохи делились на две части - день и ночь. Затем выделились утро, полдень, вечер и полночь. Еще позже сутки были разделены на 24 равные части, которые получили название «час». Для измерения более коротких промежутков времени час стали делить на 60 мин, минуту - на 60 с, секунду - на десятые, сотые, тысячные и т.д. доли секунды.

Длительность суток соответствует промежутку времени, за который Земля совершает полный оборот вокруг своей оси с запада на восток. Определенное таким образом время называется Всемирным временем. Но для измерения времени с большой точностью неудобно использовать период обращения Земли вокруг своей оси из-за незначительных отклонений в скорости вращения. Поэтому астрономическое время вычисляется на основе средней солнечной секунды, соответствующей началу 1900 года. Это время называется Эфемерным временем. В сутках 24 часа, а по астрономическим измерениям времени 23 часа 56 минут и 4,091 секунда.

Год - это промежуток времени, близкий по продолжительности к периоду обращения Земли вокруг Солнца. Год делится на двенадцать календарных месяцев разной продолжительности (28, 29, 30, 31 день). Также в году примерно 365 дней. Различают годы: календарный (юлианский, григорианский), лунный, звездный, тропический, драконический, аномалистический.

Месяц - это промежуток времени, близкий к периоду обращения Луны вокруг Земли. Месяц делится на 4 недели, в каждой из которых 7 дней. Различают месяцы: календарный, звездный, синодический, драконический.

Сутки бывают эфемеридные (24 ч = 1440 мин = 86400 с), солнечные, средние солнечные, звездные.

Неделя - это единица измерения времени равная семи суткам. В недели примерно 168 часов.

Минута (от лат. minutus - «маленький», «мелкий») - это единица измерения времени, которая равна 1/60 части часа, т.е. 60 секундам.

Секунда (от лат. secunda divisio - «второе деление») - это единица измерения времени, равная 1/60 минуты. Секунда бывает атомная (эталонная) и эфемеридная.

Таким образом, существуют различные единицы измерения времени. Самые распространенные из них, - это:

1 год = 12 месяцев = 52 недели

1 месяц = 4 недели

1 неделя = 7 суток

1 сутки = 24 часа = 1440 минут = 86400 секунд

1 час = 1/24 суток = 60 минут = 3600 секунд

1 минута = 1/1440 суток = 1/60 часа = 60 секунд

1 секунда = 1000 миллисекунд (6)

Для достижения еще более высокой точности измерений времени в 1967 году была принята естественная единица времени - атомный эталон времени. Виды средств измерения для измерения данной величины

Существует множество видов часов:

· солнечные часы;

· песочные часы;

· водяные часы;

· огненные часы;

· механические часы;

· кварцевые часы;

· электронные часы;

· радиочасы ;

· атомные часы.

2.1 Первые часы - Солнце

Эти часы основаны на том, что солнце отбрасывает тень от предметов, и его путь по небу одинаков в одинаковые дни разных лет. Используя расчерченный круг и поправки на широту местности можно оценить, который сейчас час.

Каждый город имел свои солнечные часы. В центре площади устанавливали каменный столб, а площадь служила циферблатом. С развитием городов появились башенные часы, кто точно их придумал до сих пор неизвестно. Башенные часы были визитной карточкой любого города. Древние египтяне, как полагается, разработали первый способ определения времени ночью, изобретя первый астрономический инструмент "меркхет" в приблизительно 600 году до н.э. Инструмент представляет собой натянутую нить с весом, которая работает также, как плотник сегодня использует отвес.

2.2 Песочные часы

Эти часы основаны на том, что точно откалиброванный речной песок проходит через узкое отверстие, в 1 песчинку, в одинаковые промежутки времени. При этом люди быстро догадались использовать 2 полости, соединённые узким перешейком с отверстием для пересыпания песка. Половинки стеклянного сосуда имели форму чаши и предназначались для измерения небольших промежутков времени, но имели недостаток: после пересыпания песка из верхней полости в нижнюю их приходилось переворачивать.

На флоте песочные часы назывались склянками.

2.3 Водяные часы

Водяные часы, также называемые клепсидрой имеют принцип действия схожий с песочными часами. Они были одним из первых устройств, которое для измерения времени не использовало солнце или звезды, то есть ими можно было пользоваться в любое время суток.

Водяные часы работают путем измерения количества воды, которое капает из одного контейнера в другой. Они были изобретены в Египте, но распространились по всему древнему миру, а в некоторых странах люди даже в 20 веке пользовались водяными часами.

2.4 Огненные часы

Огненные часы впервые появились в Китае. Они состояли из спирали или палочки из горючего материала с подвешенными металлическими шариками. При сгорании материала шарики падали в фарфоровую вазу, производя звон.

Впоследствии разновидность огненных часов появилась и в Европе. Здесь использовались свечи, на которые равномерно наносились метки. Расстояние между метками служило единицей времени.

2.5 Механические часы

В Европе в 1300-х годах изобретатели начали делать механические часы, которые работали при помощи системы весов и пружин. У этих первых часов не было лицевой части и стрелок, а о прохождении часа свидетельствовал звонок. На самом деле, слово часы происходит от французского «колокольчик». Эти огромные первые часы, как правило, устанавливались в церквях и монастырях, для того, чтобы объявлять о времени прихода необходимости помолиться.

У всяких механических часов нужно различать четыре существенных части:

· двигатель (пружина или гиря)

· передаточный механизм зубчатых колёс

· регулятор, обусловливающий равномерность движения

· распределитель или спуск, с одной стороны, передающий от двигателя импульсы регулятору, необходимые для поддержания колебания последнего, и, с другой стороны, подчиняющий движение передаточного механизма, а следовательно, и действие двигателя закономерности колебания регулятора.

Измерителем времени в тесном смысле слова служит регулятор. Зубчатые колёса, скреплённые с ними стрелки циферблата -- счётчики отмеренных регулятором единиц времени. Признавая суточное вращение земли вокруг её оси строго равномерным, мы в нём имеем единственный масштаб для сравнения промежутков или единиц времени. Обыкновенно за единицу времени принимается секунда, 1/86400 часть суток.

Регуляторы часовых механизмов устраиваются так, чтобы отмеряемые ими промежутки времени равнялись или целой секунде, или половине, четверти или одной пятой секунды. Если регулятор начнёт почему-либо отмеривать меньшие промежутки времени, счётчик укажет большее их число в данном периоде времени. В этом случае часы, как говорят, уходят вперёд. Если же интервал регулятора больше заданного -- часы отстают. Условившись о начальном моменте суток, иначе говоря, о моменте, когда счётчик часов должен показывать нуль протёкших единиц времени, приходим к понятию о поправке часов. Она положительна, если часы отстали, отрицательна -- если ушли вперёд. Изменение поправки часов за определённый промежуток времени называется ходом часов (например, суточный, недельный, часовой ход). Ход выражает собой именно уклонение отмеряемых регулятором промежутков времени от принятой единицы. Поправка часов есть величина условная и, кроме того, в любой момент простым передвижением минутной стрелки счётчика поправка часов может быть сделана меньше одной минуты.

Достоинство же часов заключается в малости, а главное -- в постоянстве хода. Ход хороших астрономических часов и хронометров должен по возможности не зависеть от изменений температуры, давления, влажности воздуха, случайных толчков, стирания осей механизма, сгущения смазывающего масла, молекулярных изменений в различных частях механизма и т. д.

2.6 Кварцевые часы

Разновидность электронно-механических часов. Принцип действия основан на свойстве кристаллов кварца деформироваться под воздействием внешнего электрического поля, а также поляризоваться при механической деформации. При этом кристалл кварца, обладая маленькими размерами, может в значительно большей мере стабильно генерировать колебания, имеющие высокую временную и температурную стабильность. Механизм кварцевых часов состоит из элемента питания, электронного генератора, счётчика делителя и выходного каскада усилителя, нагруженного на катушку синхронного электродвигателя, который через систему зубчатых колёс приводит в движение стрелки часов.

2.7 Электронные часы

Часы, основанные на подсчёте периодов колебаний от задающего генератора с помощью электронной схемы и выводе информации на цифровой дисплей.

В современные электронные часы встроен, как правило, специализированный микроконтроллер, и у часов появилось много сервисных функций (будильники, мелодии, календари и т. д.), но микроконтроллер так же продолжает считать периоды колебаний все того же кристалла кварца.

Разновидность электронных часов, которые отображают время в двоичном коде, называется «бинарные часы» (англ. Binary watch). Для отображения двоичных разрядов обычно используются светодиоды. Число групп светодиодов может быть различным, они могут отличаться размерами и местоположением. Часть светодиодов показывает часы, другая -- минуты. Могут иметься светодиоды отвечающие за отсчет секунд, дату и т. п.

2.8 Радиочасы

Электронные или кварцевые часы, которые могут сверять свой ход по сигналам точного времени вещательных или специальных радиостанций, а также (для получения особо точного времени) спутников GPS.

2.9 Атомные часы

Сегодня самые точные - атомные часы. Одна секунда - это 9 миллиардов колебаний электронов, которые движутся в атомах цезия. Атомное время задает ход часовым стрелкам всей страны. Расписание поездов, самолетов, встречи, важные мероприятия - весь уклад жизни подчинен точному ходу двух стрелок.

Атомные часы важны в навигации. Определение положения космических кораблей, спутников, баллистических ракет, самолетов, подводных лодок, а также передвижение автомобилей в автоматическом режиме по спутниковой связи (GPS,ГЛОНАСС, Galileo) немыслимы без атомных часов. Атомные часы используются также в системах спутниковой и наземной телекоммуникации, в том числе в базовых станциях мобильной связи, международными и национальными бюро стандартов и службами точного времени, которые периодически транслируют временные сигналы по радио.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На протяжении всей истории человечества люди интересовались временем, пытались его измерить, для этого они изобретали различные механизмы, которые в последствии назвали часами.

Механизм часов совершенствовался от столетия к столетию, пока не принял те формы, которые нам знакомы сейчас.

При изучении материала мы узнали много интересного о времени, его измерении, характеристике измерения и виды приборов ,установок для измерения этой величины.

Размещено на Allbest.ru