Лекция №3. Метрология

3.1. Предмет и задачи метрологии

Метрологияв ее современном понимании- наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах получения требуемой точности.

Предметом метрологииявляется получение измерительной информации о качественных или количественных свойствах объектов или процессов с заданной точностью и достоверностью.

Главными задачами и направлениями метрологииявляются:

1. Установление системы единиц измерений;

2. Общая теория измерений;

3. Создание эталонов единиц измерений;

4. Теория погрешностей измерений;

5. Передача размеров единиц измерений от эталонов рабочим средствам измерений;

6. Разработка методов и средств измерений.

Одним из важнейших предназначений метрологии, как науки и области практической деятельности является обеспечение единства измерений.

Единство измерений – состояние измерений, при котором их результаты выражены в узаконенных единицах, а погрешности известны с заданной вероятностью и не выходят за установленные пределы.

3.2. Основные вехи истории метрологии

Метрология зародилась в глубокой древности, когда начали формироваться первые государства, стала развиваться торговля, появилась необходимость выполнять достаточно крупные общественные работы. Исторические памятники называют ее возраст: более 6 тысяч лет.

На каждом этапе своего развития метрология решала свои задачи, отражающие потребности современного ей общества. Вместе с этим менялось и само понятие метрологии. В дословном переводе с древнегреческого метрология – наука о мерах.Измерить величину – значит сравнить ее с мерой.

Многие века меры были в основном антропометрическими(связанными с размерами человеческого тела: пядь, фут, локоть, аршин, сажень) илиобиходными(первоначальный дюйм – длина трех ячменных зерен, приставленных одно к другому своими концами). Раздробленность территорий и народов обусловила огромное разнообразие однородных мер. Например, к концу 18-го века в разных странах существовало (округленно) 280 различных футов (мера длины) и 390 фунтов (мера веса, в современном понимании – мера массы). С развитием торговых и финансовых связей отсутствие единых мер стало вызывать существенные трудности.

Важнейшим событием в развитии метрологии стало принятие Национальным собранием Франции в 1790 году Декрета о реформе мер. В основу декрета легла предложенная группой французских ученыхметрическая система мер. В качестве базовой была выбрана естественная мера длины, равная одной десятимиллионной доле четверти парижского меридиана, и ее единица –метр. Второй (производной) мерой системы был названкилограмм, равный массе одного кубического дециметра чистой воды при температуре 4С. Были изготовлены (1799 г.) и сданы на хранение в Архив Французской республики платиновые эталоны этих мер, названные ”метром Архива” и “килограммом Архива”. Метрическая система с самого начала была задумана как международная, ее девиз:«На все времена, для всех народов». Однако потребовалось почти столетие для ее официального признания на международном уровне.

К середине 19-го века метрология оставалась в основном описательной наукой. Автор первой в России книги по метрологии Ф.И. Петрушевский («Общая метрология», 1849г.) главным ее назначением считал «описание всякого рода мер по их наименованиям, подразделениям и взаимному соотношению». Измерения опирались сначала на естественные, а затем на вещественные, рукотворные меры. Постепенно конкретное понятие меры стало дополняться абстрактным понятием «единица измерения», которое совсем не обязательно жестко связано с мерой.

Показательна в этом смысле история старой русской меры площади – десятины. В конце 17-го века под десятиной понимали участок земли вполне определенной формы и размеров: прямоугольник с размерами 30х80 саженей. То есть мыслилась некая виртуальная мера в виде гигантского полотнища указанных размеров. И лишь в 19-ом веке десятиной стали именовать просто участок земли любой формы площадью 2400 квадратных саженей. Единица окончательно абстрагировалась от меры, ина смену системе мер пришла система единиц. В 1832г. К.Ф. Гаусс предложил первую систему единиц («абсолютную») с тремя основными единицами – миллиметр, миллиграмм и секунда.

Крупнейшей вехой в истории метрологии явилось подписание в 1875г. полномочными представителями 17-ти государств (в том числе России) международного дипломатического договора–Метрической конвенции. Заключение конвенции способствовало широкому внедрению метрической системы мер, заложило основы международного сотрудничества в области метрологии. Была создана представительная Международная организация мер и весов (МОМВ), многопрофильный научный метрологический центр (МБМВ). К настоящему времени к Метрической конвенции присоединились 48 государств, в которых сосредоточено более 95% мирового промышленного капитала. День подписания Метрической конвенции – 20 мая – предложено отмечать как Всемирный день метрологии.

К концу 19-го века все страны, подписавшие Метрическую конвенцию, имели национальные эталоны метра и килограмма, изготовленные по единой технологии из платино-иридиевого сплава с наивысшей возможной точностью (1889 г.). Те прототипы этих эталонов, которые оказались наиболее близкими по своим значениям к архивным эталонам 1799 г., получили статус международных и поступили в Международное бюро мер и весов (МБМВ).

Развитие метрологии в России получило серьезный импульс с назначением в 1892 г. управляющим Депо образцовых мер и весов крупнейшего российского ученого Д.И. Менделеева. По его инициативе Депо было преобразовано в Главную палату мер и весов, ставшую одним из первых в мире национальных научных учреждений метрологического профиля. Под руководством Д.И. Менделеева была проведена работа по созданию комплекта российских эталонов и их международным сличениям, начала создаваться государственная метрологическая служба, реализована широкая программа научных исследований в области метрологии, проведена подготовка к внедрению в России метрической системы. Собственные научные труды Д.И. Менделеева по метрологии не утратили своего значения по сей день.

В первой половине 20-го века было создано много эталонов и образцовых средств измерений, что привело к значительному повышению уровня точности измерений. Все это позволило видному метрологу советского периода М.Ф. Маликову («Основы метрологии», 1949 г.) расширить понятие метрологии: «Метрология есть учение об измерениях, приводимых к эталонам». Были разработаны и широко применялись на практике системы единиц СГС, МКС и многочисленные их разновидности. Потребности дальнейшего развития метрологии привели к созданию в 1960 г.Международной системы единиц (SI)как современной формы развития метрической системы мер.