Краткая история метрологии

Содержание 

 

 

      Введение.

     Краткая история метрологии

     Потребность в измерениях возникла в незапамятные времена. Для этого в первую очередь использовались подручные средства. Например, единица веса драгоценных камней - карат, что в переводе с языков древнего юга-востока означает «семя боба», «горошина»; единица аптекарского веса – гран, что в переводе с латинского, французского, английского, испанского означает «зерно». Многие меры имели антропометрическое происхождение или были связаны с конкретной трудовой деятельностью человека. Так, в Киевской Руси применялись в обиходе вершок - длина фаланги указательного пальца; пядь - расстояние между концами вытянутых большого и указательного пальцев; локоть - расстояние от локтя до конца среднего пальца; сажень - от «сягать», «достигать», т. е. можно достать; косая сажень - предел того, что можно достать: расстояние от подошвы левой ноги до конца среднего пальца вытянутой вверх правой руки; верста - от «верти», «поворачивая» плуг обратно, длина борозды.

      Древние вавилоняне установили год, месяц, час. Впоследствии 1/86400 часть среднего периода обращения Земли вокруг своей оси получила название секунды.

      В Вавилоне во II в. до н. э. время измерялось в минах. Мина равнялась промежутку времени (равному, примерно, двум астрономическим часам), за который из принятых в Вавилоне водяных часов вытекала “мина” воды, масса которой составляла около 500 г. Затем мина сократилась и превратилась в привычную для нас минуту. Со временем водяные часы уступили место песочным, а затем более сложным маятниковым механизмам.

        Важнейшим метрологическим документом в России является Двинская грамота Ивана Грозного (1550 г.). В ней регламентированы правила хранения и передачи размера новой меры сыпучих веществ - осьмины. Ее медные экземпляры рассылались по городам на хранение выборным людям - старостам, соцким, целовальникам. С этих мер надлежало сделать клейменые деревянные копии для городских померщиков, а с тех, в свою очередь, - деревянные копии для использования в обиходе.

      Метрологической реформой Петра I к обращению в России были допущены английские меры, получившие особенно широкое распространение на флоте и в кораблестроении - футы, дюймы. В 1736 г. по решению Сената была образована Комиссия весов и мер под председательством главного директора Монетного двора графа М.Г. Головкина. В состав комиссии входил Л. Эйлер. В качестве исходных мер комиссия изготовила медный аршин и деревянную сажень, за меру веществ было принято ведро московского Каменномостского питейного двора. Важнейшим шагом, подытожившим работу комисии, было создание русского эталонного фунта.

      Идея построения системы измерений на десятичной основе принадлежит французскому астроному Г. Мутону, жившему в XVII в. Позже было предложено принять в качестве единицы длины одну сорокамиллионную часть земного меридиана. На основе единственной единицы - метра - строилась вся система, получившая название метрической.

      В России указом “О системе Российских мер и весов” (1835 г.) были утверждены эталоны длины и массы – платиновая сажень и платиновый фунт.

      В соответствии с международной Метрологической конвенцией, подписанной в 1875 г., Россия получила платиноиридиевые эталоны единицы массы № 12 и 26 и эталоны единицы длины № 11 и 28, которые были доставлены в новое здание Депо образцовых мер и весов. В 1892 г. управляющим Депо был назначен Д.И. Менделеев, которую он в 1893 г. преобразует в Главную палату мер и весов - одно из первых в мире научно-исследовательских учреждений метрологического профиля.

      Метрическая система в России была введена в 1918 г. декретом Совета Народных Комиссаров “О введении Международной метрической системы мер и весов”. Дальнейшее развитие метрологии в России связано с созданием системы и органов служб стандартизации.

      Развитие естественных наук привело к появлению все новых и новых средств измерений, а они, в свою очередь, стимулировали развитие наук, становясь все более мощным средством исследования.  

Что такое метрология?

     Метрология - наука об измерениях, методах и  средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой  точности.

     В практической жизни человек всюду  имеет дело с измерениями. На каждом шагу встречаются и известны с  незапамятных времен измерения таких  величин, как длина, объем, вес, время  и др.

     Велико  значение измерений в современном  обществе. Они служат не только основой  научно-технических знаний, но имеют  первостепенное значение для учета  материальных ресурсов и планирования, для внутренней и внешней торговли, для обеспечения качества продукции, взаимозаменяемости узлов и деталей  и совершенствования технологии, для обеспечения безопасности труда  и других видов человеческой деятельности.

     Метрология  имеет большое значение для прогресса  естественных и технических наук, так как повышение точности измерений - одно из средств совершенствования  путей познания природы человеком, открытий и практического применения точных знаний.

     Для обеспечения научно-технического прогресса  метрология должна опережать в своем  развитии другие области науки и  техники, ибо для каждой из них  точные измерения являются одним  из основных путей их совершенствования.

Основными задачами метрологии (по ГОСТу 16263-70) являются:

     - установление единиц физических величин, государственных эталонов и образцовых средств измерений;

     - разработка теории, методов и средств измерений и контроля;

     - обеспечение единства измерений и единообразных средств измерений;

     - разработка методов оценки погрешностей, состояния средств измерения и контроля;

     - разработка методов передачи размеров единиц от эталонов или образцовых средств измерений рабочим средствам измерений.

     Термин  «метрологическая инфраструктура»  используется применительно к метрологическим  мощностям страны или региона  и подразумевает наличие калибровочных  и проверочных служб, метрологических  институтов и лабораторий, а также  организацию и управление метрологической  системы. 

     Основные  понятия и определения метрологии

Метрология состоит  из 3 разделов:

• Теоретическая

Рассматривает общие теоретические проблемы (разработка теории и проблем измерений, физических величин, их единиц, методов измерений).

• Прикладная

Изучает вопросы  практического применения разработок теоретической метрологии. В её ведении  находятся все вопросы метрологического обеспечения.

• Законодательная

Устанавливает обязательные технические и юридические  требования по применению единиц физической величины, методов и средств измерений.

Метрологическое обеспечение – установление и  применение научных и организационных  основ, технических средств, правил и норм, необходимых для достижения единства и требуемых точности измерений.

     Физическая  величина – одно из свойств физического  объекта, общее в качественном отношении  для многих физических объектов, но в количественном отношении индивидуальное 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.

     Технические измерения определяют класс измерений, выполняемых в производственных и эксплуатационных условиях, когда  точность измерения определяется непосредственно  средствами измерения.

     Измерение – совокупность операций по применению технического средства, хранящего единицу  физической величины, обеспечивающих нахождение соотношения измеряемой величины с ее единицей и получения  значения этой величины.

     Единство  измерений - состояние измерений, при  котором их результаты выражены в  узаконенных единицах и погрешности  известны с заданной вероятностью. Единство измерений необходимо для  того, чтобы можно было сопоставить  результаты измерений, выполненных  в разное время, с использованием различны методов и средств измерений, а также в различных по территориальному расположению местах.

     Единство  измерений обеспечивается их свойствами: сходимостью результатов измерений; воспроизводимостью результатов измерений; правильностью результатов измерений.

     Сходимость - это близость результатов измерений, полученных одним и тем же методом, идентичными средствами измерений, и близость к нулю случайной погрешности  измерений.

     Воспроизводимость результатов измерений характеризуется  близостью результатов измерений, полученных различными средствами измерений (естественно одной и той же точности) различными методами.

     Правильность  результатов измерений определяется правильностью как самих методик  измерений, так и правильностью  их использования в процессе измерений, а также близостью к нулю систематической  погрешности измерений.

     Процесс решения любой задачи измерения  включает в себя, как правило, три  этапа: подготовку, проведение измерения (эксперимента) и обработку результатов. В процессе проведения самого измерения  объект измерения и средство измерения  приводятся во взаимодействие.

     Средство  измерения - техническое устройство, используемое при измерениях и имеющее  нормированные метрологические  характеристики.

     Результат измерения - значение физической величины, найденное путем ее измерения. В  процессе измерения на средство измерения, оператора и объект измерения  воздействуют различные внешние  факторы, именуемые влияющими физическими  величинами.

     Эти физические величины не измеряются средствами измерения, но оказывают влияние  на результаты измерения. Несовершенство изготовления средств измерений, неточность их градуировки, внешние факторы (температура  окружающей среды, влажность воздуха, вибрации и др.), субъективные ошибки оператора и многие другие факторы, относящиеся к влияющим физическим величинам, являются неизбежными причинами  появления погрешности измерения.

     Точность  измерений характеризует качество измерений, отражающее близость их результатов  к истинному значению измеряемой величины, т.е. близость к нулю погрешности  измерений.

     Погрешность измерения - отклонение результата измерения  от истинного значения измеряемой величины.

     Под истинным значением физической величины понимается значение, которое идеальным  образом отражало бы в качественном и количественном отношениях соответствующие  свойства измеряемого объекта.

     Основные  постулаты метрологии: истинное значение определенной величины существует и  оно постоянно; истинное значение измеряемой величины отыскать невозможно. Отсюда следует, что результат измерения  математически связан с измеряемой величиной вероятностной зависимостью.