Лекція 1. ОСНОВИ МЕТРОЛОГІЇ

1.1 Загальні відомості про метрологію та історію її розвитку

Сьогодні метрологія дедалі більше перетворюється на базову дисципліну, й це при тому, що вона лише недавно почала сприйматись як наука взагалі. Донедавна "вимірювання" вважали зібранням правил поведінки під час набування відомостей щодо об'єктів та явищ. Наукою ці правила стали після доповнення їх узагальненою моделлю процедур та приладів й описання їх символами логіки та математики.

З давніх часів вимірювання було частиною практичних процедур, зокрема купівлі-продажу. За всіх суспільних укладів влада завжди була зацікавлена у встановленні та збереженні метрологічних мір - взірців. Наприклад, у єгиптян міри зберігалися у храмах, у римлян - в Капітолії. Поступово міри ставали атри­бутом влади. Пошук усереднених мір призводив до таких курйозів, яким, наприклад, у середньовічній Німеччині стала міра довжини. Нею вважали середню довжину стопи 16 чоловіків, що виходили із храму за певний проміжок часу. Цей метод сам по собі цікавий тим, що ознаменував зародження ідей мір статистичних. Сьогодні базисом цих мір вибрано атомні процеси, тобто процеси, що відбуваються всередині атома як системи.

Значно молодшою від використання вимірювань вважається теорія метрології. Розрізняють її дві тенденції. Перша зумовлена застосуванням точних вимірювань у галузях науки й техніки, відмінних від метрології. Вона стосується теорії похибок результатів вимірювань, що розвинулась в другій половині XIX століття. Інша стосується узагальненого логічного та математичного описання вимірювання з урахуванням вимірювального обладнання. Тут перша фундаментальна праця Campbell (1928) нині доповнена значною мірою розглядом стохастичних процесів вимірювання.

Пізнання довкілля є метою науки, як і метою техніки вважається використання вивчених наукою явищ для покращання повсякденного буття, так і для створення нових засобів, які сприятимуть подальшому прогресу науки.

Знання – це перевірений практикою результат пізнання дійсності, адекватне її відбиття у свідомості людини. Процес руху людської думки від незнання до знання називають пізнанням, в основі якого лежить відтворення у свідомості людини об´єктивної реальності. Пізнання полягає у взаємодії суб´єкта й об´єкта, результатом якого є нове знання про світ, відображення об´єктивної дійсності в свідомості людини в процесі її практичної діяльності.

Людські пізнання спрямовані на досягнення достовірних знань, що відображають дійсність. Ці знання існують у вигляді законів науки, теоретичних положень, висновків, вчень, підтверджених практикою.

В загальному випадку наукові знання можуть бути:

Відносні – відзначаються неповнотою відповідності образу і об´єкту;

Абсолютні – дають повне, вичерпне відтворення узагальнених уявлень про об´єкт, що забезпечує абсолютну відповідність образу і об´єкту в певний період пізнання;

Апріорні - ті, що не грунтуються на досвіді, передують йому і вказують шлях здобуття наукових знань.

Відомості про довкілля доходять до свідомості людини через спостереження за допомогою рецепторів, які, поглинаючи енергію оптичних, акустичних та теплових полів, зумовлюють проходження до спинного чи головного мозку людини електричних імпульсів. Однак чутливість рецепторів органів чуття людини в сьогоднішньому техногенному світі часто є недостатньою. Підвищення чутливості пізнання явищ навколишнього світу сьогодні здійснюється за допомогою сенсорів, які побудовані на основі різноманітних фізичних властивостей та явищ. Пізнання явищ навколишнього світу за допомогою спеціальних технічних пристроїв – засобів вимірювань – є процесами вимірювань.

Галузь науки яка вивчає процеси дослідження явищ оточуючого світу за допомогою засобів вимірювальної техніки називається метрологією.

Метрологія - наука про вимірювання, методи і засоби забезпечення їх єдності та способи досягнення потрібної точності. Вимірювання - знаходження значень фізичних величин експериментальним шляхом. Фізична величина - будь-яка властивість матеріального об'єкту, яку можна кількісно визначити. Єдність вимірювань - такий стан вимірювань коли фізичні величини виражені в узаконених одиницях, а значення їх похибок відомі з заданою імовірністю. Метрологія поділяється на теоретичну, прикладну і законодавчу. Теоретична - вирішує загальні наукові проблеми вимірювань. Предметом прикладної метрології є практичне застосування положень теоретичної метрології. Законодавча - полягає у встановленні та контролі за дотриманням спеціальних вимог і правил для забезпечення єдності і потрібної точності вимірювань.

Названі три розділи є взаємопов'язані і мають на меті вирішення ряду завдань, найважливіші серед яких є:

- опрацювання загальної теорії вимірювань;

- розробка теорії певних окремих видів вимірювань;

- розробка теорії фізичних величин, одиниць і систем фізичних величин;

- розробка теорії похибок;

- визначення фізичних констант і стандартних довідкових даних про властивості речовин і матеріалів;

- розробка еталонів і стандартних зразків;

- розробка засобів вимірювання;

- забезпечення правильної експлуатації засобів вимірювальної техніки;

- відтворення розмірів одиниць з допомогою еталонів і передавання їх усім іншим засобам вимірювання;

- нормування метрологічних характеристик засобів вимірювання;

- нормування стандартних вимірювальних процесів і методик виконання вимірювань;

- метрологічний нагляд за засобами вимірювання і правильністю їх застосування.

Порівнюючи окремі завдання можна розрізнити, які з них більше чи менше відповідають окремим трьом розділам метрології, але ніколи їх не можна віднести тільки до одного з них. Однак треба зазначити, що функції прикладної і законодавчої метрологій завжди підпорядковані положенням теоретичної. В свою чергу, положення теоретичної метрології знаходять практичну перевірку при реалізації функцій прикладної та законодавчої метрологій.

Метрологія вважається сполучною ланкою поміж реальними об'єктами та свідомістю спостерігача, що фіксує та пояснює їх з суб'єктивного боку, причому так, щоб ці образи були однаковими у свідомості інших осіб, що, можливо, не спостерігали цих об'єктів. Для цього вони мають бути описані символами логіки чи математики, які однаково сприймають й розуміють всі спостерігачі.

Дуже часто одержання результату вимірювання є кінцевою метою процесу вимірювання. Але в окремих випадках вимірювання є складовою частиною ширшого процесу керування об'єктом, коли вимірювальний сигнал використовують для регулювання об'єктів і процесів.