Лекция №2.Измерение
2.1. Роль измерений в познании окружающего мира и в практической деятельности
Измерение является основным понятием метрологии.
Измерение – совокупность преимущественно экспериментальных операций, выполняемых с помощью технического средства, хранящего единицу величины, позволяющего сопоставить измеряемую величину с ее единицей и получить искомое значение величины. Это значение называют результатом измерения. Значимость измерений выражается в трех аспектах: философском, научном и техническом.
Философский аспектзаключается в том, что измерение является важнейшим универсальным методом познания объектов, процессов и явлений.
Научный аспектизмерений состоит в том, с их помощью осуществляется связь теории и практики, без них невозможны проверка научных гипотез и развитие науки.
Технический аспектизмерений - это получение качественной или количественной информации об объектах управления и контроля, без которых невозможно обеспечение заданных условий технологических процессов, качества продукции и эффективного управления процессами.
Измерения сопутствуют человеку буквально на каждом шагу. В повседневной жизни мы постоянно сталкиваемся с измерениями расстояний, масс, времени, температуры. Современная промышленность производит миллиарды измерений каждый день. Доля затрат на выполнение измерений составляет в среднем 10-15% общих трудозатрат, а в электронике – до 60-80%. О роли измерений в научных исследованиях достаточно определенно высказался Д. И. Менделеев: "Наука начинается … с тех пор, как начинают измерять; точная наука немыслима без меры".
Необычайно широк спектр значений измеряемых величин. Например, расстояния (в метрах) измеряют в диапазоне от 10-10 до 1017, температуру (в кельвинах) – от 0,8 до 106, силу электрического тока (в амперах) – от 10-16до 104, мощность (в ваттах) – от 10-15до 109.
Достигнутая точность уникальных измерительных систем поражает воображение. Лучшие национальные эталоны позволяют измерять интервалы времени с погрешностью, не превышающей 10-16секунды. Это означает, что погрешность величиной в одну секунду сможет "набежать" не ранее чем через 320 миллионов лет! Такой уровень точности – не экзотика, он диктуется практическими потребностями общества, в первую очередь задачами развития космической техники. Для того, чтобы обеспечить определение координат подвижного объекта (корабля, самолета, автомобиля, человека) в любом географическом районе Земли с погрешностью не более 5-10 метров, на борту спутников навигационных космических систем (ГЛОНАСС в России,GPSв США) установлены квантовые стандарты частоты с погрешностью 10-13секунды. Причиной отклонения от цели головной части ракеты на 100 и более метров может оказаться ошибка в измерениях температуры топлива всего на 1С.
Метрология как область практической деятельности по своей социальной значимости соизмерима с системами связи, транспорта, здравоохранения, торговли, обороны страны. Закон РФ "Об обеспечении единства измерений" направлен "на защиту прав и законных интересов граждан, общества и государства от отрицательных последствий недостоверных результатов измерений". Применение непроверенныхприборов или ошибочных методов измерений ведет к нарушению технологического процесса, браку продукции, потерям ресурсов, появлению предпосылок к аварийным ситуациям. Так, авария на Чернобыльской атомной электростанции в 1986 г. явилась следствием, в числе прочего, плохой организации измерений на станции.
В различных странах были проведены исследования для определения экономической выгоды от затрат на метрологию, равных стоимости функционирования метрологической системы. Хотя точные обобщающие цифры отсутствуют, нет никакого сомнения в том, что выгода значительно превышает затраты. Например, по данным Национального института стандартов и технологий (NIST) США отношение затрат к выгодам при повышении точности измерений сопротивлений кремния в полупроводниковом производстве составило 1:37, а сертификация стандартных образцов для различных сортов бензина, проведенная в соответствии с "Законом о чистом воздухе" (1990 г.) и позволившая снизить в несколько раз неопределенность в измерениях, дает годовой экономический эффект 40 млн. долларов.
Реализация современных высоких технологий невозможна без применения всего арсенала метрологии. Такие технологии требуют получения и переработки огромного объема измерительной информации, без которой их внедрение и применение не дают ожидаемого эффекта. Для осуществления процессов измерений широко применяется микропроцессорная техника и персональные ЭВМ, появились интеллектуальные средства измерений. Возросшая сложность превращает измерение в сложную процедуру подготовки и проведения измерительного эксперимента, обработки и интерпретации полученной информации.
Измерения, относящиеся к сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений, должны выполняться по аттестованным методикам измерений. Методики измерений, предназначенные для выполнения прямых измерений, вносятся в эксплуатационную документацию на средства измерений.
Результаты измерений должны быть выражены в единицах величин, допущенных к применению в РФ. Перечень таких единиц содержится в постановлении Правительства РФ "Единицы величин, допускаемые к применению на территории РФ".