pagrindinių SI vienetų matavimo priemonės

Turinys

Turinys.............................. 2
Įvadas..............................3 Masės matavimo priemonės.............................. 3
Ilgio matavimo priemonės.............................. 4
Laiko matavimo priemonės.............................. 5
Temperatūros matavimo priemonės.............................. 6
Elektrinių matmenų matavimo priemonės.............................. 7
Slėgio matavimo priemonės.............................. 8
Apibendrinimas.............................. 9
Naudotos literatūros sąrašas..............................10

Įvadas

Jau nuo seno, žmonės ieškojo būdų kaip išmatuoti įvairius dydžius, pvz. atstumą, masę ar pan. Matavimo vienetus jie susiejo su žmogaus kūno, augalų ar įrankių matmenimis, pvz. pėda, colis, jardas, varstas, granas, uncija ir pan. Plėtojantis mokslui ir technologijoms, tobulėjo matavimų technologijos, atsirado nauji matavimo vienetai. Dabar įvairūs dydžiai yra išreiškiami etalonais. Etalonas – tai, matas, matuoklis, pamatinė medžiaga ar matavimo sistema, skirta dydžio vienetui, viienai arba kelioms jo vertėms kaip pamatinėms tiksliai išreikšti, realizuoti ar atkurti. Kad matavimo priemone būtų galima teisingai išmatuoti dydžius, matavimo priemonės rodomos dydžių vertės turi būti susietos su etalonų sukurtomis atitinkamomis vertėmis.

Atlikus matavimą, gaunama tam tikra skaitinė vertė. Prie skaitinės vertės taip pat būtina nurodyti ir matavimo vienetą, kad būtų žinoma kokio dydžio reikšmė išmatuota. 1960 metais buvo priimta tarptautinė vienetų sistema (SI sistema). Į šią sistemą įeina pagrindinių ir išvestinių dydžių vienetai.
Matavimo priemonių yra didelė įvairovė ir jų paskirtis yrra skirtinga. Pavyzdžiui, svarstyklės ir masės spektrometras yra skirti masei nustatyti, laikrodis ir chronometras – laikui, liniuotė ir slankmatis – atstumui ir t.t. Šiame darbe plačiau apžvelgsiu matmenų matavimo priemones pagal jų paskirtį.

Masės matavimo priemonės

Masė – dydis, apibūdinantis kūnų inerciją keičiant judėjimo bū

ūseną (inercinė masė) arba jų gravitacinės sąveikos stiprį (gravitacinė arba svarioji masė). Tai vienas iš pagrindinių dydžių fizikoje. Jo matavimo vienetas SI sistemoje yra kilogramas (kg). 1 kilogramas lygus kilogramo tarptautinio etalono masei.

Plačiausiai naudojama ir turbūt pati seniausia masės matavimo priemonė, kuri dar naudojama ir šiomis dienomis, yra svarstyklės. Jau nuo seno žmonėms, perkant sunkiai suskaičiuojamas prekes (pvz. grūdus), buvo svarbu žinoti jų masę, kad būtų nustatyta teisinga kaina. Tais laikais buvo naudojamos palyginamosios svarstyklės, kur ant vienos pusės buvo uždedamas tam tikras svarstis, o ant kitos pusės kūnas, kurio masę reikia išmatuoti. Pusiausvyra padėtis reikšdavo, kad kūnų ir svarsčio masės yra lygios. Žinoma, tais laikais, tokių matavimų tikslumas buvo labai prastas. Šiais laikais naudojamos svarstyklės yra žymiai tikslesnės ir patobulintos. Diidelis tikslumas ypač svarbus mokslui. Svarsčiams kalibruoti ar etalonuoti yra naudojamos metrologinės svarstyklės, kurios sveria 0,002 mg tikslumu. Laboratorijose naudojamos laboratorinės svarstyklės, sveriančios nuo 0,01 g iki 0,1 g tikslumu, arba analizinės svarstyklės, kuriomis nuo 50 g iki 200 g medžiagos galima pasverti nuo 0,1 mg iki 0,01 mg tikslumu.

Ilgio matavimo priemonės

Ilgiu laikome atstumą tarp dviejų vienas nuo kito nutolusių taškų. Jo matavimo vienetas SI sistemoje yra metras (m). 1 metras lygus atstumui, kurį šviesa vakuume nusklinda per 1/299 792 458 sekundės dalį. Tai vienas iš pagrindinių fizikos dydžių. Dauguma matavimo dy

ydžių išreiškimui panaudojamas ilgis, pvz. greitis (m/s), plotas (m2), slėgis (N/ m2) ir pan.

Ilgio matavimų priemonių yra didelė įvairovė. Turbūt pati paprasčiausia ir dažniausiai naudojama priemonė yra liniuotė. Tai sukalibruota juostelė su lygiu kraštu, pagaminta iš medžio, metalo ar plastiko, skirta matuoti atstumą tarp dviejų taškų. Su ja taip pat labai patogu nubrėžti norimo ilgio tiesią liniją.
Kita ilgio matavimo priemonė – slankmatis – tai prietaisas, skirtas matuoti atstumą tarp dviejų simetriškai priešingų taškų. Slankmačiu labai patogu išmatuoti detalės skersmenį, ilgį ar gylį.

Slankmačio sudedamosios dalys:
1. Išorinės žiaunos, skirtos matuoti išorinius atstumus;
2. Vidinės žiaunos, skirtos matuoti vidinius atstumus;
3. Gylio matuoklis, skirtas matuoti gylį;
4. pagrindinė skalė (centimetrais);
5. pagrindinė skalė (coliais);
6. nonijus (centimetrais);
7. nonijus (coliais);
8. Tvirtinimo varžtas, skirtas užfiksuoti judamąją slankmačio dalį.
Norint išmatuoti išorinį vamzdžio diametrą, ar kitus išorinius atstumus, yra naudojamos išorinės žiaunos. Matavimo metu, tarp žiaunų įdedame vamzdelį ir glaudžiame slankmačio žiaunas, kol jos abi priglus prie matuojamo kūno. Tuomet priveržiame tvirtinimo varžtą, nuimame slankmatį ir užfiksuojame duomenis. Analogiškai yra matuojami ir vidiniai atstumai, tik jiems atlikti yra naudojamos vidinės žiaunos. Paprastai slankmačių, su nonijumi matuojama 10 mikrometrų tikslumu.
Yra slankmačių, kuriuose vietoj nonijaus yra naudojama apskritoji skalė arba elektroninis skaitmeninis vaizduoklis. Šių slankmačių, ypač pastarojo, pranašumas lyginant slankmačių su judančia skale, yra lengviau užfiksuoti matavimo rezultatą.

Dar viena ilgio matavimo priemonė –

mikrometras. Šis prietaisas plačiai naudojamas mechaninėje inžinerijoje. Juo galima labai tiksliai išmatuoti nedidelius atstumus (iki 30 mm). Mikrometrą sudaro mikrometrinis sraigtas, būgnelis, cilindrinė įmovė, atrama, tvirtinimo varžtas ir frikcinis mechanizmas. Matavimo metu, matuojamas kūnas yra padedamas ant atramos ir frikciniu mechanizmu iš kitos pusės yra pristumiamas mikrometrinis sraigtas. Vieną kartą apsisukęs būgnelis pasislenka per vieną cilindrinės įmovės padalą. Tada tvirtinimo varžtas priveržiamas, kad mikrometrinis sraigtas nepajudėtų, išimamas matuojamas kūnas bei užfiksuojami rodmenys.

Kitos dažnai naudojamos priemonės skirtos atstumui matuoti yra šios: ridos skaitiklis, kitaip dar vadinamas hodometru, kuri yra įmontuota transporto priemonėse ir matuoja transporto priemonės nuvažiuotą atstumą, įvairūs tolimačiai (lazerinis, optinis, akustinis, infraraudonasis, radarinis ir t.t.) – elektromagnetinės bangos pagalba nustato atstumą iki objekto, įvairūs aukščiamačiai (barometrinis, lazerinis, radarinis, radijo ir t.t.) – skirti matuoti aukštį nuo tam tikro pasirinkto fiksuoto lygio.

Laiko matavimo priemonės

Laikas – viena iš pagrindinių fizikinių dydžių, nusakanti įvykių tvarką tam tikros pasirinktos periodiškai pasikartojančių įvykių sekos atžvilgiu, kartu ir įvykių tarpusavio tvarką. Jo matavimo vienetas SI sistemoje yra sekundė (s). 1 sekundė lygi spinduliavimo, atitinkančio kvantinį šuolį tarp cezio-133 atomo pagrindinių būsenos dviejų hipersmulkiosios sandaros lygmenų, 9 192 631 770 periodų trukmei.

Pirmoji priemonė laikui matuoti buvo sukurta 4000 metais prieš mūsų erą Egipte. Tai saulės laikrodis. Jis dienos laiką rodydavo pagal saulės šešėlio padėtį. Jo tr

rūkumas toks, kad laiką buvo galima matuoti tik dienos metu šviečiant saulei. Vėliau buvo sukurti vandens ir smėlio laikrodžiai, vienuolynuose kaip laiko matavimo priemonės buvo naudojamos žvakės arba smilkalų lazdelės. Nors šios priemonės laiką matavo bet kuriuo paros metu, bet jiems reikėjo nuolatinės priežiūros (pvz. smėlio laikrodį kas tam tikrą laiko tarpą reikia apversti). XIV amžiuje buvo sukurti mechaniniai laikrodžiai, kurių veikimui reikėjo šių 4 elementų: energijos, kuri buvo išgaunama iš krentančio svorio, o po kelių dešimtmečių iš susuktos spyruoklės, judėjimo reguliatorius, kuris energiją suskaido į mažus periodiškai pasikartojančius judesius, sukimosi reguliatorius, kuris reguliuoja indikatoriaus sukimosi greitį, bei indikatoriai, kurie pateikia laiką. Pirmuosiuose mechaniniuose laikrodžiuose indikatorius buvo varpelis, tik 1475 metais buvo panaudota ciferblatas ir rodyklė kuri rodė minutes, o po beveik šimtmečio įdedama antra rodyklė, kuri rodė valandas. Vystantis mokslui, tobulėjo ir laikrodžiai: laikrodžių dydis sumažėjo, tikslumas padidėjo, buvo sukurti skaitmeniniai laikrodžiai. Dabartiniai laikrodžiai gali matuoti ne tik paros laiką, bet ir dienas, mėnesius bei metus. Taip pat šiais laikais dažnai naudojamas chronometras. Chronometras tai ypač tikslus laikrodis, atitinkantis nustatytus tikslumo standartus.

Šiuo metu pati tiksliausia laiko matavimo priemonė – atominis laikrodis. Šio laikrodžio veikimas kontroliuojamas kai kurių medžiagų (cezio, amoniako) atomų molekulių savaisiais virpesiais.

Temperatūros matavimo priemonės

Buitiškai kalbant, temperatūra yra matas, parodantis kiek kūnas ar aplinka yra karšta ar kiek ji šalta. Kuo ji karštesnė, tuo temperatūra aukštesnė ir atvirkščiai. Temperatūros matavimo vienetas SI sistemoje yra Kelvinas (K). 1 Kelvinas lygus vandens trigubojo taško termodinaminės temperatūros 1/273,16 dalis. Temperatūra yra vienas iš fundamentaliųjų fizikos dydžių.

Termometras – tai prietaisas skirtas temperatūrai matuoti. Termometrų veikimo principas paremtas dujų, skysčių ir kietų kūnų šiluminio plėtimosi reiškiniu. Jei medžiagos tūrio kitimas tiesiškai priklauso nuo temperatūros kitimo, tai tokią medžiagą galima naudoti temperatūros matavimams. Pagal tai kokia medžiaga naudojama temperatūrai matuoti, termometrai yra skirstomi į skystinius, dujinius ir bimetalinius termometrus. Skystiniuose termometruose dažniausiai naudojama

medžiaga temperatūrai matuoti dažniausiai naudojamas gyvsidabris, rečiau alkoholis ir pentanolis. Skystinį termometrą sudaro sugraduotas vamzdelis, kurio viename gale yra kolbelė, o kitas galas yra uždarytas. Priklausomai nuo kolbelės ir vamzdelio matmenų ir skalės žingsnio, į kolbelę įpilamas tam tikras kiekis skysčio. Bimetalinio termometro pagrindas yra dvi standžiai sujungtos metalinės plokštelės, kurių temperatūriniai plėtimosi koeficientai skiriasi. Dėl temperatūrų pokyčio, plokštelių matmenys keičiasi nevienodai, todėl plokštelės išlinksta į vieną arba į kitą pusę.

Kita temperatūros matuoklių klasifikacija yra pirometrai. Pirometrai skirti aukštoms temperatūroms matuoti nesąlytiniu būdu (pagal įkaitusių kūnų šiluminę spinduliuotę).

Elektrinių matmenų matavimo priemonės

Pagrindinis fizikinis dydis elektroje yra elektros srovės stipris I. Jo matavimo vienetas SI sistemoje yra Amperas (A). Elektroje taip pat labai dažnai naudojami ir kiti dydžiai: elektros krūvis, įtampa, elektrinė varža, elektrinė talpa, induktyvumas ir t.t.

Ampermetras yra matavimo priemonė, skirta matuoti elektros srovės stiprį grandinėje. Šios priemonė veikimo principas: maža, galinti suktis apie ašį vielinė ritė patalpinama pastoviame lauke. Prie ritės yra pridedama plona rodyklė, kurios kitas galas kerta kalibruotą skalę. Taip pat yra naudojama mažytė spyruoklė, kuri stumia ritę ir rodyklę į nulinę padėtį. Kai nuolatinė srovė teka rite, ritė sukuria magnetinį lauką. Šis laukas sąveikauja su nuolatiniu magnetiniu lauku. Dėl sąveikos ritė sukasi apie ašį kartu sukdama ir rodyklę. Rodyklės padėtis skalėje parodo elektros srovės stiprį. Matuojant srovės stiprį grandinėje, ampermetras į grandinę turi būti įjungiamas nuosekliai. Ritėje susidariusi įtampa yra išlaikoma minimali, kad ampermetro varža būtų nykstamai maža ir neturėtų reikšmingos įtakos grandinėje, kurioje prietaisas yra įjungiamas. Srovės stiprį taip pat dar galima matuoti galvanometru. Jis skirtas matuoti silpnas sroves.

Voltmetras yra prietaisas skirtas grandinėje matuoti potencialų skirtumą tarp dviejų taškų. Įtampą galimą išmatuoti leidžiant srovę per varžą. Voltmetro veikimo principas toks pats kaip ir ampermetro, tik voltmetro varža turi būti labai didelė. Be to, voltmetras jungiamas lygiagrečiai grandinei.

Ommetras matavimo prietaisas, skirtas elektrinei varžai matuoti. Šio prietaiso pagrindą sudaro nuosekliai sujungti nuolatinės EVJ šaltinis, nuoseklusis rezistorius ir miliampermetras. O matuojama nežinoma elektrinė varža, kurią norima išmatuoti, turi būti prijungta nuosekliai su miliampermetru arba lygiagrečiai jam. Priklausomai nuo elektrinės varžos jungimo būdo, parenkama atitinkama tos varžos skaičiavimo formulė, pagal kurią ir randama elektrinė varža. Varžą taip pat galima išmatuoti ampermetru ir voltmeru (išmatavus įtampą bei srovės stiprį, pagal Omo dėsnį, varža bus lygi įtampos ir srovės stiprio santykiui), bei tilteliu.

Buityje dažniausiai naudojamas prietaisas, minėtiems dydžiams matuoti, yra multimetras arba dar vadinamas daugiaribis universalus matuoklis. Šiuo prietaisu patogu naudotis, nes juo galima išmatuoti elektros srovės stiprį, įtampą bei varžą. Matuojant tam tikrą dydį, reikia tik nustatyti atitinkamą matavimo režimą.

Slėgio matavimo priemonės

Slėgis yra fizikinis dydis, skaitine verte lygus jėgai, statmenai veikiančiai vienetinį plotą. Jo matavimo vienetas SI sistemoje yra paskalis (Pa). Tai išvestinis dydis (1 Pa = kg / (m • s)2).

Manometras yra prietaisas, skirtas slėgiui matuoti. Manometrai yra dviejų rūšių: skysčių (arba dujų) ir deformaciniai. Skysčių manometrai yra U formos vamzdelis, pripildytas skysčio. Jei slėgis, veikiantis į pirmą ir į antrą vamzdelių galus, yra vienodas, tai abiejose vamzdelio šakose skysčio lygis bus lygus. Bet jeigu slėgis vienoje šakoje bus didesnis, tai tas slėgis skystį veiks didesne jėga, todėl kitoje šakoje skystis bus aukštesniame lygyje. Slėgių skirtumas bus tiesiogiai proporcingas pakelto skysčio masei.

Deformaciniuose manometruose slėgių skirtumas sukelia vieno iš elementų tampriąją deformaciją. Slėgių skirtumas nustatomas arba matuojant deformaciją (poslinkį),
arba jėgą, palaikančią deformuojamą elementą pradinėje padėtyje. Deformacinių manometrų yra įvairių, pvz. aneroidas, Burdono manometras, membraninis manometras ir t.t. Aneroidas turi mažą, lanksčią, metalinę dėžutę vadinamą aneroidine kamera. Ši kamera yra pagaminta iš berilio ir vario lydinio. Dėžutė yra sandariai uždaryta ir iš jos pašalinamas oras, todėl maži išorinio oro slėgio pokyčiai priverčia kamera susitraukti arba išsipūsti. Šis kameros tūrio pokytis ir pastumia rodyklę, rodančią atmosferos slėgio vertes. Burdono manometro veikimas yra pagrįstas, tuo jog, į išlenktą vamzdelį patenka dujos. Nuo padidėjusio slėgio, vamzdelis šiek tiek išsitiesia. Pagal tai kiek vamzdelis išsitiesino, yra įvertinamas slėgio pokytis. Membraniniame manometre slėgis išlenkia membraną, esančią tarp tūrio, kuriame matuojamas slėgis ir lyginamojo tūrio, kuriame slėgis laikomas pastoviu.

Manometrai, skirti atmosferos slėgiui ir jo pokyčiams matuoti, yra vadinami barometrais. Pagal veikimo principą barometrai gali būti: skystiniai, deformaciniai, hipsotermometriniai ir dujiniai.

Apibendrinimas

Matmenų matavimo priemonių yra labai daug. Vienas nuo kito jie skiriasi tuo, jog matuoja skirtingus matmenis. Be to, priemonės, kurios matuoja tuos pačius matmenis, matuoja skirtingu tikslumu (pvz. laikrodis ir chronometras), ar matuoja skirtingus intervalus (pvz. skystinis termometras ir pirometras), skiriasi jų veikimo principai (pvz. liniuotė ir mikrometras), skiriasi priemonių kaina.
Šiame darbe plačiau apžvelgiau keleto fizikinių dydžių (masės, ilgio, laiko, temperatūros, elektros srovės stiprio, įtampos, elektrinės varžos, slėgio) matmenų matavimo pagrindinius prietaisus. Jų veikimas dažniausiai paremtas fizikiniais reiškiniais (pvz. termometro veikimas paremtas dujų, skysčių ir kietų kūnų šiluminio plėtimosi reiškiniu). Bet yra prietaisų, kurie nėra paremti fizikiniais reiškiniais, pvz., liniuotė.

Naudotos literatūros sąrašas

1. Valiukėnas V., Žilinskas P.J. Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas. Vilnius: Mokslų ir enciklopedijų leidybos institutas, 2006. 1163 p.
2. Main Page – Wikipedia, the free encyclopedia. Wikimedia Foundation, 2007. < http://en.wikipedia.org > [žiūrėta 2007-05-13].
3. Mokslo ir technologijų pasaulis – www.technologijos.lt. Technologijos 2004 – 2007. < http://www.technologijos.lt > [2007-05-14

Leave a Comment