Bài giảng ĐO LƯỜNG ĐỘ DÀI.TS. Ngô Ngọc Anh

Author: PhD NgoNgocAnh 2014 VIỆN ĐO LƯỜNG VIỆT NAM Bài giảng ĐO LƯỜNG ĐỘ DÀI Giảng viên: TS Ngô Ngọc Anh Phòng Đo lường Độ dài Viện Đo lường Việt nam Hµ néi, 2014 NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN TRONG ĐO LƯỜNG ĐỘ DÀI • Đo lường việc định lượng độ lớn đối tượng đo • Phép đo tập hợp thao tác để xác định giá trị độ lớn đại lượng cần đo Thực chất việc so sánh đại lượng cần đo với đơn vị đo để tìm tỷ lệ chúng Ví dụ: Đại lượng cần đo Q, đơn vị đo dùng để so sánh u Khi so sánh ta có tỷ lệ chúng là: Kết đo biểu diễn là: Q = q.u Việc chọn độ lớn đơn vị đo khác so sánh cho trị số q khác Đơn vị đo cần chọn cho kết đo biểu diễn đơn giản, gọn, tránh nhầm lẫn ghi chép tính tốn, đặc biệt cần theo đơn vị đo hợp pháp Author: PhD NgoNgocAnh 2014 NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN TRONG ĐO LƯỜNG ĐỘ DÀI Đo lường học khoa học phép đo, bao gồm tất khía cạnh lý thuyết thực tiễn có liên quan đến phép đo, với độ xác tất lĩnh vực mà phép đo xuất Có lĩnh vực đo lường học chủ yếu sau: Đo lường học Đo lường học Đo lường học Đo lường học Đo lường học lý thuyết ứng dụng kỹ thuật pháp quyền Đo lường Đo lường Đo lường công nghiệp thiên văn Y học NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN TRONG ĐO LƯỜNG ĐỘ DÀI ĐƠN VỊ ĐO LƯỜNG • Đơn vị đo: đại lượng riêng biệt xác định chấp nhận theo quy ước mà đại lượng khác loại so sánh với để diễn tả độ lớn tương đối chúng theo đại lượng • Đơn vị bản: đơn vị mà độ lớn chọn độc lập với đơn vị khác Ví dụ: đơn vị mét (m) để đo độ dài, kilôgam (kg) để khối lượng, giây (s) để đo thời gian …Độ lớn đơn vị lựa chọn cho vừa phải, phù hợp với yêu cầu đo lường đời sống • Đơn vị dẫn xuất: đơn vị xây dựng qua đơn vị bản, độ lớn đơn vị dẫn xuất phụ thuộc vào độ lớn đơn vị Ví dụ: đơn vị diện tích “mét vng” (m2), đơn vị vận tốc “mét giây” (m/s) … • Hệ đơn vị: Tập hợp đơn vị đơn vị dẫn xuất xác định theo nguyên tắc định ứng với hệ đại lượng cho Ví dụ: CGS, MKgls, MTS, MKSA, hệ mét, hệ đơn vị quốc tế SI … Author: PhD NgoNgocAnh 2014 NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN TRONG ĐO LƯỜNG ĐỘ DÀI HỆ ĐƠN VỊ QUỐC TẾ SI: 07 đơn vị NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN TRONG ĐO LƯỜNG ĐỘ DÀI QUY ĐỊNH QUỐC TẾ VỀ CÁCH VIẾT GIÁ TRỊ CỦA ĐẠI LƯỢNG: • Khơng dùng dấu chấm (.)mà dùng khoảng cách để phân nhóm số Ví dụ: không viết 1.254.056, 73 mà viết 254 056,73 • Không viết hoa tên đơn vị dù gọi theo tên nhà bác học ampe, niutơn, héc … ký hiệu đơn vị phải chữ in hoa A, H, Hz … • Với ký hiệu đơn vị tích nhiều đơn vị chúng phải có dấu chấm với ý nghĩa dấu nhân Ví dụ: đơn vị cơng niutơn mét (N.m) • Với ký hiệu thương nhiều đơn vị, viết dùng vạch ngang, vạch xiên Tích đơn vị thuộc mẫu số phải để dấu ngoặc, dùng lũy thừa âm Ví dụ: W/(m.K) W.m -1.K-1 • Ký hiệu đơn vị phải để sau dòng với trị số đại lượng, kể trị số số thập phân; chữ số sau ký hiệu phải có khoảng cách Ví dụ: 100,5 m; 9,25 kg … • Khi ghi giá trị đại lượng có kèm theo độ lệch, trị số độ lệch phải đặt dấu ngoặc viết ký hiệu đơn vị sau trị số độ lệch Ví dụ: (100,0 + 0,1) g 100,0 g + 0,1 g Author: PhD NgoNgocAnh 2014 CHUẨN VÀ THIẾT BỊ ĐO Đơn vị độ dài: • • Đơn vị: đơn vị - mét Ký hiệu: m Bảng Các ước bội mét Giá trị Tên gọi Ký hiệu Giá trị Tên gọi Ký hiệu 10-2 mét centimet cm 10-3 mét millimet mm micromet mm 10-6 103 mét kilomet mét km NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN TRONG ĐO LƯỜNG ĐỘ DÀI ƯỚC BỘI THẬP PHÂN CỦA HỆ SI Table SI prefixes Factor Symbol Factor Name Symbol yotta Y 10-1 deci d 1021 zetta Z 10-2 centi c 1018 exa E 10-3 milli m micro m 1024 Name 1015 peta P 10-6 1012 tera T 10-9 nano n 109 giga G 10-12 pico p 106 mega M 10-15 femto f 103 kilo k 10-18 atto a 102 hecto h 10-21 zepto z 101 deka da 10-24 yocto y Author: PhD NgoNgocAnh 2014 CHUẨN VÀ THIẾT BỊ ĐO Đơn vị độ dài: Hệ Anh – Mỹ: yard & Inch • Yard • Inch Mối quan hệ inch, mét, yard? CHUẨN VÀ THIẾT BỊ ĐO Đơn vị góc: Đơn vị: Góc phẳng đơn vị dẫn xuất hệ đơn vị quốc tế Sl Quy định đơn vị góc radian với ký hiệu rad Định nghĩa: “Một radian góc tâm vịng trịn, giới hạn cung trịn có chiều dài bán kính ” Author: PhD NgoNgocAnh 2014 CHUẨN ĐƠN VỊ ĐỘ DÀI: MÉT (m) Lịch sử phát triển chuẩn độ dài: Birth of a standard – The Egyptian Cubit http://en.wikipedia.org/wiki/Toise http://en.wikipedia.org/wiki/Yard CHUẨN ĐƠN VỊ ĐỘ DÀI: MÉT (m) Năm 1790, Quốc hội lập hiến Pháp xây dựng hệ đơn vị đo lường cho toàn giới: “Hệ mét” “Mét” (m) độ dài 1/107 1/4 kinh tuyến đất Năm 1799, dựa vào kết đo cung kinh tuyến đất qua đài thiên văn Pari, người ta chế tạo chuẩn đơn vị mét Chuẩn thước hình hộp chữ nhật platin, có tiết diện 25mm4mm, đầu đánh bóng có độ dài 1m theo định nghĩa Thước bảo quản Viện lưu trữ quốc gia Pháp gọi “mét lưu trữ” Author: PhD NgoNgocAnh 2014 CHUẨN ĐƠN VỊ ĐỘ DÀI: MÉT (m) 1872, Ủy ban quốc tế chuẩn gốc hệ mét định bỏ định nghĩa mét theo độ dài kinh tuyến mà lấy độ dài “mét lưu trữ” làm đơn vị mét Dựa vào “mét lưu trữ” người ta chế tạo 31 chuẩn mét Các chuẩn dài 1020mm, có tiết diện chữ X, chế tạo từ hợp kim 90% platin & 10% iridium Vạch chia khắc bề mặt trung hoà thước Khoảng cách hai vạch trung tâm nằm hai đầu thước thể chiều dài mét, vạch trung tâm nằm hai vạch phụ Chuẩn ký hiệu N006 00C có độ dài “mét lưu trữ” Đại hội cân đo quốc tế lần thứ I năm 1889 công nhận chuẩn gốc quốc tế mét 30 chuẩn lại phân chia cho nước làm chuẩn nhà nước 1927- 1960: "Mét khoảng cách 00C hai trục hai vạch khắc hai đầu platin iridium bảo quản Viện cân đo quốc tế Đại hội Cân đo quốc tế lần thứ I công nhận chuẩn gốc mét, điều kiện đặt khí áp chuẩn tựa hai lăn đường kính khơng bé 1cm đặt đối xứng mặt phẳng ngang cách 571mm” CHUẨN ĐƠN VỊ ĐỘ DÀI: MÉT (m) Đại hội cân đo quốc tế lần thứ XI năm 1960 Paris định nghĩa: "Mét độ dài 1.650.763, 73 lần bước sóng xạ chân khơng ngun tử Kryptôn 86 ứng với chuyển dịch hai mức lượng 2p10 5d5" Độ không đảm bảo đo đạt tới 2.10-9 Giá trị coi giới hạn đạt xạ nguyên tử Kryptôn 86 Đèn chuẩn Kr86 sử dụng làm chuẩn gốc đơn vị mét 1963: Uỷ ban cân đo quốc tế quy định chuẩn thứ đơn vị chiều dài bao gồm bước sóng xạ nguyên tử Kr 86, Hg 198 Cd 114 với độ không đảm bảo đo tương đối tương ứng 2.10-8, 5.10-8  7.10-8 Năm 1973, Uỷ ban tư vấn định nghĩa mét quy định thêm bước sóng lade He -Ne vào nhóm chuẩn thứ với độ khơng đảm bảo đo tương đối vào khoảng 1,2.10-8 Nguồn lade He - Ne ổn định khí mêtan hay iốt Các chuẩn chiều dài nêu dùng để truyền kích thước mét sang chuẩn khác thông qua máy giao thoa giao thoa kế Michelson Author: PhD NgoNgocAnh 2014 CHUẨN ĐƠN VỊ ĐỘ DÀI: MÉT (m) 1983, Đại hội cân đo quốc tế lần thứ XVII đưa định nghĩa có độ xác cao đơn vị độ dài: •"Mét chiều dài đoạn thẳng mà ánh sáng truyền qua chân không khoảng thời gian 1/299.792.458 giây“ – “The meter is the length of the path travelled by light in vacuum during a time interval of 1/299 792 458 of a second” Chuẩn đơn vị độ dài mét •Sử dụng xạ điện tử Viện cân đo quốc tế BIPM đưa ra, với tần số f bước sóng  cụ thể có độ khơng đảm bảo đo u theo quy định, làm chuẩn đầu độ dài •Hiện viện đo lường nước giới thường dùng nguồn Laser He Ne ổn định tần số Iodine có bước sóng  = 633nm làm chuẩn đầu độ dài với độ xác bước sóng đạt 2,5.10-11 Tính chất đặc trưng tia Laser • • • • Cường độ tia Laser lớn gấp bội lần cường độ tia sáng nhiệt Độ định phương Laser cao Độ đơn sắc (monochromaticity) Tính kết hợp Laser (Coherence of laser beam) CHUẨN ĐƠN VỊ ĐỘ DÀI: MÉT (m) TT Laser Kiểu Dye 1H Ar+ 127I Nd:YAG 127I He-Ne 127I He-Ne 127I He-Ne 127I Mức lượng Tần số (f) Độ không Bước sóng () đảm bảo đo 1S-2S f = 1233030706593.7 kHz 2-phôton  = 243,1346246260 nm 43-0, P(13) f = 582490603.37 MHz a3 : (S)  = 514,6734664 nm 32-0, f = 563260223.48 MHz R(56), a10  = 532,24503614 nm 26-0, R(12), a9 f = 489880354.96 MHz  = 611,970770 nm 9-2, R(47), a7(hoặc f = 489880354.9 MHz 0)  = 611,9707700 nm 11-5, R(127), f = 473612214.705 MHz a3 (hoặc i)  = 632,991398 22 nm 8.510-13 2.510-10 710-11 310-10 310-10 2.510-11 Author: PhD NgoNgocAnh 2014 CĂN MẪU SONG PHẲNG Căn mẫu song phẳng _ Gauge Blocks – The most precise length • Căn mẫu song phẳng loại mẫu kích thước độ dài sử dụng rộng rãi công nghiệp ngành kỹ thuật • Căn mẫu song phẳng dẫn xuất trực tiếp từ nguồn bước sóng chuẩn thơng qua máy so giao thoa CĂN MẪU SONG PHẲNG : phân loại Johansson gauge blocks Thông dụng Author: PhD NgoNgocAnh 2014 CĂN MẪU SONG PHẲNG Kích thước mẫu: CĂN MẪU SONG PHẲNG 10