Метрология

Метрология (от греч. «метро» – мера, «логос» – учение) – наука об измерениях, методах и средствах обеспечения единства и требуемой точности измерений.

История метрологии

Метрология как наука и область практической деятельности возникла в древние времена. Основой системы мер в древнерусской практике послужили древнеегипетские единицы измерений, а они, в свою очередь были заимствованы в древней Греции и Риме.

Наименование единиц и их размеры соответствовали возможности осуществления измерений “подручными” способами, не прибегая к специальным устройствам. Так, на Руси основными единицами длины были пядь, локоть. Позднее, когда появилась другая единица – аршин – пядь (1/4 аршина) постепенно вышла из употребления.

С XVIII в. в России стали применяться дюйм, заимствованный из Англии, а также английский фут. Особой русской мерой была сажень, равная трем локтям (152 см) и косая сажень (около 248 см).

Указом Петра I русские меры длины были согласованны с английскими, и это по существу – первая ступень гармонизации российской метрологии с европейской.

Метрическая система мер введена во Франции. Декретом, изданным 4 июля 1837, метрическая система была объявлена обязательной к применению во всех коммерческих сделках во Франции. Она постепенно вытеснила местные и национальные системы в других странах Европы и была законодательно признана как допустимая в Великобритании и США.

Метрическая ситема мер была допущена к применению в России (в необязательном порядке) законом от 4 июня 1899, проект которого был разработан Д. И. Менделеевым, и введена в качестве обязательной декретом СНК РСФСР от 14 сентября 1918, а для СССР - постановлением СНК СССР от 21 июля 1925.

С развитием науки и техники требовались новые измерения и новые единицы измерения, что стимулировало в свою очередь совершенствование фундаментальной и прикладной метрологии. Вместе с развитием фундаментальной и прикладной метрологии происходило становление законодательной метрологии.

Теоретические основы метрологии

Современная метрология включает три составляющие:

Фундаментальная метрология занимается вопросами фундаментальных исследований, созданием системы единиц измерений, физических постоянных, разработкой новых методов измерений.

Прикладная (практическая) метрология занимается вопросами практического применения в различных сферах деятельности результатов теоретических исследований.

Законодательная метрология включает совокупность норм и правил, которые возводятся в ранг правовых положений. Разрабатывает и внедряет нормы и правила выполнения измерений, устанавливает требования, направленные на достижение единства измерений, порядок разработки и испытаний средств измерений, устанавливает термины и определения в области метрологии, единицы физических величин и правила их применения. Все эти нормы, правила и требования устанавливаются государственными стандартами ГСИ (Государственная система обеспечения единства измерений).

Основной объект метрологии – измерение.

Измерение – нахождение значения физической величины опытным путем, с помощью специального технического средства; познавательный процесс, заключающийся в сравнении путем физического эксперимента данной ФВ с известной ФВ, принятой за единицу измерения.

Основное уравнение измерения:

Q = g · U, (1)

Где Q – числовое значение физической величины;

g – количество единиц измерения, содержащихся в измеряемой величине;

U – единица измерения.

Одна из главных задач метрологии – обеспечение единства измерений.

Единство измерений характеризует состояние измерений, когда их результаты выражены в узаконенных единицах, а погрешности известны и не выходят за установленные пределы.

Классификация измерений

1) По способу получения информации:

• прямые – непосредственное сравнение физической величины с ее мерой. Например, определение длины предмета линейкой.

• косвенные – отличаются от прямых тем, что искомое значение величины устанавливают по результатам прямых измерений таких величин, которые связаны с искомой определенной зависимостью.

• совокупные – сопряжены с решением системы уравнений.

• совместные – это измерения двух или более неоднородных физических величин для определения зависимости между ними.

2) По характеру изменений измеряемой величины в процессе измерений:

• статистические – связаны с определением характеристик случайных процессов, звуковых сигналов, уровня шумов и т.д.

• динамические – связаны с такими величинами, которые в процессе измерений претерпевают те или иные изменения

• статические – имеют место тогда, когда измеряемая величина практич. постоянна.

3) По количеству измерительной информации:

• однократные – это одно измерение одной величины, т.е. число измерений равно числу измеряемых величин. Практическое применение такого вида измерений всегда сопряжено с большими погрешностями, поэтому следует проводить не менее трех однократных измерений и находить конечный результат как среднее арифметическое значение.

• многократные – обычно минимальное число измерений в данном случае больше трех. Преимущество – в значительном снижении влияний случайных факторов на погрешность измерения

4) По отношению к основным единицам:

• абсолютные – те, при которых используются прямое измерение одной (или нескольких) основной величины и физическая константа.

• относительные – базируются на установлении отношения измеряемой величины к однородной, применяемой в качестве единицы.