METROLOOGIA JA MÕÕTETEHNIKA

1. METROLOOGIA JA MÕÕTETEHNIKA Prof. Rein Laaneots

2. SISSEJUHATUS • Õppeaine eesmärgiks on anda TTÜ kõikide õppesuundade kraadieelõppe üliõpilastele algteadmisi metroloogia põhimõistetest, mõõtmise üldteooriast, mõõtetulemuse saamisviisidest ja esitamisest • Nimetatud oskuste omandamiseks lahendatakse mõõteülesandeid praktiliste tööde ja harjutuste käigus • Saadavad teadmised on vajalikud õppeprotsessis läbiviidavate praktiliste tööde teostamisel kõikides õppeainetes • Eesmärk: mõõte- ja katsetulemuste õige arvutus, usaldusväärne hinnang ja nõuetekohane esitamine • Maht:4,0EAP, sh auditoorne töö nädalatundides 1-1-1

3. PÕHIMÕISTED • Metroloogia(metrology) –teadus mõõtmistest • Metroloogia hõlmab kõiki teoreetilisi kui ka praktilisi aspekte sõltumata rakendusvaldkonnast ja mõõtetulemuse määramatusest • On sisse tunginud kõikidesse teadusharudesse ja on nende suhtes ühtne teadus • Ebasoovitavad mõisted: rakendusmetroloogia, keemiline metroloogia, spordimetroloogia, teoreetiline metroloogia… • Tuleks kasutada: metroloogia rakenduslikud alused, metroloogia keemias, metroloogia spordis, metroloogia teoreetilised alused…

4. PÕHIMÕISTED Teadus algab sealt, kust hakatakse mõõtma Mõõduta on täppisteadus mõeldamatu D.I.Mendelejev Mõõda, mis on mõõdetav, ja tee mõõdetavaks see, mis ei ole veel mõõdetav GalileoGalilei Ma ütlen tihti, et vaid siis, kui seda pole võimalik mõõta ega väljendada arvudes, on su teadmine napp ja ebarahuldav William Thomson (Lord Kelvin)

5. PÕHIMÕISTED • Suurus (quantity) –nähtuse, keha või aine omadus, mida saab kvantitatiivselt väljendada arvu ja tugiviite (lähte) abil • Tugiviiteks võib olla mõõtühik, mõõteprotseduur, etalonaine või nende kombinatsioon • Mõistet “suurus” võib üldiselt jagada “füüsikaliseks suuruseks”, “keemiliseks suuruseks” ja “bioloogiliseks suuruseks” või “põhisuuruseks” ja “tuletatud suuruseks” • Suurused omavad tähiseid – vt ISO 80000 ja IEC 80000 standardite seeria “Quantities and units”

6. PÕHIMÕISTED • Suuruste süsteem (system of quantities) – suuruste kogum koos neid siduvate mittevastuoluliste võrrandite kogumiga • Põhisuurus (base quantity) – suurus antud suuruste süsteemist leppeliselt valitud alamhulgas, kus ühtki alamhulga suurust ei saa avaldada teiste suuruste kaudu: näiteks – pikkus, mass, aeg, … • Tuletatud suurus (derived quantity) – suuruste süsteemi suurus, mis on määratletud selle süsteemi põhisuuruste kaudu: näiteks – kiirus, mis on määratletud pikkuse ja aja jagatisena…

7. PÕHIMÕISTED • Suuruse dimensioon (dimension of a quantity) – avaldis, mis kirjeldab suuruste süsteemi kuuluva suuruse sõltuvust süsteemi põhisuurustest nendele vastavate tegurite astmete korrutisena, arvestamata mingit arvtegurit –dimQ = AαBβCγ…, näiteks: jõu dimensiooni tähistatakse kujul dim F =LMT-2 • Antud suuruste süsteemis kehtib, et: sama liiki suurustel on sama dimensioon, erineva dimensiooniga suurused on alati eri liiki, sama dimensiooniga suurused ei ole tingimata sama liiki • Suurus dimensiooniga üks (quantity of dimension one) – suurus, mille kõikide põhisuurusi esitatavate tegurite astmenäitajad suuruse dimensioonis võrduvad nulliga, näiteks: hõõrdetegur, suhteline pikenemine …

8. Dimensiooniavaldise kasutamine Leida aja t sõltuvus suurustest h, m ja k = F/h t = Chαmβkγ Võrdsustame dimensioonid T = LαMβ(MT-2)γ= LαMβ+γT-2γ Astmenäitajate võrdsus α = 0, β + γ = 0, –2γ = 0, kust γ = –1/2 ja β = ½ Seega t avaldis on algolek h m PÕHIMÕISTED F

9. PÕHIMÕISTED • Suuruse väärtus(value of a quantity) – arv ja tugiviide (lähe), mis koos väljendavad suurust kvantitatiivselt: näiteks X = {X}[X] Vastavalt tugiviite liigile on suuruse väärtus kas: arvu ja mõõtühiku korrutis, nagu keha mass: 0,152 kg või 152 g; hõõrdetegur: 0,05 arv ja viide rakendatud mõõteprotseduurile, nagu keha Rockwelli’i kõvadus (150 kg koormusel): 41,5 HRC (150 kg) arv ja viide etalonainele, nagu lutropiini ainehulga kontsentratsioon plasmaproovis WHO rahvusvahelise etalonaine 80/552 järgi: 5,1 Rahvusvahelist ühikut/liitri kohta • Suuruse väärtus ei ole teadaolev • Suuruse väärtusele saame anda hinnangu ainult mõõtmise teel, mille tulemusena saame mõõdise, mille väärtus võib olla positiivne, negatiivne või null ning dimensiooniga üks mõõdise väärtus on arv

10. PÕHIMÕISTED • Mõõtühik (unitof measurement) – leppeliselt määratletud ja kehtestatud skalaarne suurus, millega saab võrrelda iga teist sama liiki suurust, et avaldada nende suuruste suhe arvuna – {X} = X/[X] • Ühikul on leppeline nimetus ja tähis • Sama dimensiooniga suuruste ühikud võivad olla ühesuguse nimetuse ja tähisega, isegi kui suurused ei ole sama liiki • Nii nagu suurused on liigitatud põhi- ja tuletatud suurusteks on ka ühikud jaotatud põhi- ja tuletatud ühikuteks

11. PÕHIMÕISTED • Ühikute süsteem(system of units) – põhiühikute ja tuletatud ühikute kogum, koos nende kord- ja osaühikutega, mis on määratletud kooskõlas teatud reeglitega, antud suuruste süsteemis • Rahvusvaheline ühikute süsteem SI (International System of Units, SI) – Vihtide ja Mõõtude Peakonverentsi (CGPM) kehtestatud Rahvusvahelise suuruste süsteemile tuginev ühikute süsteem ja selle kasutamise reeglid, mõõtühikute nimetused ja tähised, eesliited, nende nimetused ja tähised • Mõõteseadus: Eestis on kohustuslik kasutada SI ühikuid majandustegevuses, rahvatervise ja avaliku ohutuse valdkonnas, haldus- ja õppetegevuses ning standardimisel • Trahv: eraisik – 100 trahviühikut; • juriidiline isik – 30000 krooni

12. PÕHIMÕISTED SI põhiühikute määratlused Meeter – pikkus, mille valgus läbib vaakumis 1/299 792 458 sekundi jooksul Kilogramm – massiühik, mis on võrdne rahvusvahelise kilogrammi prototüübi massiga Sekund – kestus, mis võrdub 133 Cs aatomi põhiseisundi kahe ülipeene struktuurinivoo vahelisele üleminekule vastava kiirguse 9 192 631 770 perioodiga Kelvin – 1/273,16 osa vee kolmikpunkti termodünaamilisest temperatuurist; 1 K = 1 0C

13. C 250 200 150 100 50 0 50 100 150 R 200 160 120 80 40 0 40 80 120 F 360 270 180 90 0 90 180 270 360 K 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 PÕHIMÕISTED Temperatuuri skaalad

14. ÜHIKUD Põhiühikute nimetused ja tähised

15. ÜHIKUD Näiteid SI tuletatud ühikutest

16. ÜHIKUD Näiteid erinimetusi omavatest ühikutest

17. ÜHIKUD Ühikute detsimaalkordsed eesliited ja tähised

18. ÜHIKUD Ühikute detsimaalosade eesliited ja tähised

19. PÕHIMÕISTED • Kord- ja osaühikud moodustatakse eesliidete ja nende tähiste abil nig kasutatakse ainult koos ühiku nimetuse ja tähisega • Eesliitetähis kirjutatakse ühikutähise ette ilma tühikuta ja koos ühikutähisega moodustab ta uue ühiku tähise • Suuruste väärtuste esitamisel on soovitav kasutada selliseid ühikute eesliiteid, mille korral arvväärtus jääb vahemikku 0,1 kuni 1000 • Arvkordaja 0,01 asemel võib kasutada tähist %, kordaja 0,001 asemel aga ei tohi kasutada tähist %0(promil) • Ka ei tohiks kasutada tähiseid: ppm,pphm, ppb, …

20. PÕHIMÕISTED • Ühikute, nende nimetuste ja tähiste kirjaviis • Ühiku- ja eesliitetähised kirjutatakse ladina tähtetega (erandid Ω ja μ) • Tähised kirjutatakse püstkirjas, kusjuures arvväärtuse ja tähise vahele tuleb jätta tühik (erandid tasanurga ühikud) ning ühikutähise järele punkti ei panda (välja arvatud lause lõpus) • Tuletatud ühikud on soovitav esitada astmes olevate ühikutähiste korrutisena • Tuletatud ühiku tähise esitamisel ühikute jagatisena on soovitatav kasutada tavalist kaldmurrujoont • Suuruse väärtuse esitamisel vahemikuna või koos määramatusega peab ühikutähis kuuluma kõikide arvväärtuste juurde

21. PÕHIMÕISTED • Mõõtetehnika – teadus mõõtevahenditest, nendes kasutatavatest mõõteprintsiipidest, mõõtevahendite liikidest, mõõtevahendite väljund(näidu-)seadistest, mõõtevahendite täpsuskarakteristikutest jne ning mõõtevahendi kasutamise protseduuridest • Mõõtevahendid võib omakorda liigitada vahenditeks: • mehaaniliste ja akustiliste suuruste mõõtmiseks • soojus- ja kiirgussuuruste mõõtmiseks • fotomeetriliste suuruste mõõtmiseks • elektriliste suuruste mõõtmiseks • raadiotehniliste ja infohulka iseloomustavate suuruste mõõtmiseks • suuruste mõõtmiseks kõikvõimalikes muudes valdkondades, nagu näiteks majanduse arengut iseloomustavad suurused, spordimeisterlikkust iseloomustavad suurused, maailmas toimuvaid loodusnähtusi iseloomustavad suurused jne