Метрология и стандартизация / Rossiyskaya metrologicheskaya entsiklopediya. Tom 1 (Okrepilov) 2015
.pdf
RUSSIAN
METROLOGICAL
ENCYCLOPEDIA
Second edition
Prepared and published under the editorship
of the President of the Metrological Academy, academician of the Russian Academy of Sciences V.V. Okrepilov
Volume 1.
Metrology is the Science of Measurement.
St. Petersburg
&Liki Rossii[
2015
pnqqhiqj`“ leŠpnknch)eqj`“ }m0hjknoedh“
Второе издание
o%дг%2%"ле…= , ,ƒд=…= C%д !ед=*ц,еL
o!еƒ,де…2= lе2!%л%г,че“*%L =*=дем,,,
=*=дем,*= p%““,L“*%L =*=дем,, …=3*, b.b. n*!еC,л%"=
Š%м 1.
lе2!%л%г, # …=3*= %K ,ƒме!е…, ..
q=…*2-oе2е!K3!г &k,*, p%““,,[ 2015
УДК 389.1
Российская Метрологическая Энциклопедия. Второе издание. Под ред. акаде-
мика РАН В.В. Окрепилова. В двух томах. Том 1. СПб.: ИИФ «Лики России», 2015. 904 с.
Издание адресовано широкому кругу читателей: ученым и студентам вузов, связанных с изучением метрологии, специалистам, работающим в различных областях экономики и социальной сферы, тем, кто занят в производстве и обслуживании измерительной техники, а также всем, кто хочет глубже познать историю и современное состояние метрологии.
В томе 1 представлены важнейшие этапы развития и актуальные проблемы метрологии. Раскрыто содержание понятий, терминов и определений, используемых в современной метрологии. Содержатся материалы по общей и теоретической метрологии, а также экономике метрологии. Описаны методы измерений и основные эталоны единиц величин по видам измерений Государственной эталонной базы России. Показаны главные направления деятельности государственной системы обеспечения единства измерений. Представлены ведущие российские и международные метрологические организации и основные международные соглашения в области метрологии.
ISBN 978-5-87417-510-8
ISBN 978-5-906140-18-0
Russian Metrological Encyclopedia. Second edition. Edited by the RAS academicianV.V.Okrepilov. In2volumes.Volume1.St.Petersburg:IIF«LikiRossii»,2015.904p.
The publication is addressed to a wide readership:researchers and students of the higher education institutionsinvolved in the study ofmetrology; professionals, working in various fields ofeconomy and social sphere;those, who are engaged in the manufacture and maintenance of the measuring equipment, as well asto anyone seeking fora deeper understanding of the history and the current state of metrology.
Volume 1 covers the most important stages of development and the topical problems of metrology. It gives the interpretation of the concepts, terms and definitions used in the modern metrology. It includes data on general and theoretical metrology, as well as the Economics of metrology. The book describes measuring methods and the basic standards of units bythetypeofmeasurementincludedintoRussia’sStatecollectionofstandards.Italsoshows the main areas of activities of the state system for ensuring the measurement uniformity and presentstheleadingRussianandinternationalmetrologicalorganizations,aswellasthemajor international agreements in the field of metrology.
ISBN 978-5-87417-510-8
ISBN 978-5-906140-18-0
Редакционно-издательская группа специалистов, обеспечившая сбор и обработку данных для энциклопедии:
Андросенко Н.В., Грабарь А.Г., Гридасов А.Г., Козлякова Т.М., Мелуа А.И., Шелаева Е.П.
На авантитуле — живописный портрет Д.И. Менделеева (из собрания Военно-исторического музея артиллерии, инженерных войск и войск связи)
©Метрологическая академия, 2015
©ИИФ «Лики России», 2015
Обращение к читателю
Эта книга посвящается метрологии.
СовременноеобществоXXI векаобладаетиоперируетогромныммассивомнаучно-техни- ческихзнаний, базирующихсяназаконахестествознания. Подавляющаяжечастьинформации этихзнанийосновананарезультатахизмеренийфизическихвеличиниихдостоверности, база которых лежит в области современной метрологии как науки об измерениях.
Откаждогочеловекасегоднятребуетсяобязательноезнаниеправилповедениявобществе, пожарнойбезопасности, дорожногодвиженияит. д. Такиокружающийсовременныйметрическиймиртребуетоткаждогознанияиуменияиспользоватьединыйязыкизмерений– систему физических величин.
Культурасовременногочеловека, занятоговпромышленно-техническойсфере, немыслима также и без представлений об эталонах, на которых базируется вся международная система измерений и ее национальные составляющие, объединенные в единое целое принципами Метрической конвенции.
Многие великие ученые высоко оценивали значение измерений:
«Считайто, чтосчитаемо, измеряйто, чтоизмеряемо, чтонеизмеряемо, делайизмеряемым» (Г. Галилей);
«Наука начинается с тех пор, как начинают измерять, точная наука немыслима без меры» (Д.И. Менделеев);
«Каждая вещь известна лишь в той степени, в которой ее можно измерить» (У. Кельвин). Русский ученый Б.С. Якоби писал, что искусство измерений является могущественным оружием, созданным человеческим разумом для проникновения в законы природы и подчине-
ния ее сил нашему господству.
Сразвитиемнаукиитехники, разработкойновыхтехнологийизмеренияохватываютвсеновыефизическиевеличины, расширяютсядиапазоныизмерений, причемкаквсторонуизмерений сверхмалых значений, так и в сторону больших значений физических величин. Непрерывное повышение требований к качеству, достоверности и надежности измерений приобретает все большее значение во многих сферах человеческой деятельности.
Промышленностьисельскоехозяйство, здравоохранениеиэкология, научныеисследования
иобразование, оборона и безопасность государства используют всевозможные измерения, где
внастоящее время применяется более одного миллиарда средств измерений.
Повседневная практика и исследования в различных областях науки и техники помимо фундаментальных констант требуют также обширного массива других справочных данных о свойствах веществ, материалов, их агрегатных состояниях и т. п.
Все сказанное выше нашло свое отражение в статьях известных ученых-метрологов и специалистов, работающих в сфере метрологии, которые положены в основу этого издания Метрологической энциклопедии.
Первый заместитель Министра промышленности и торговли |
|
Российской Федерации |
Г.С. Никитин |
Вводная часть
О роли и направлениях развития российской метрологии
С каждым годом роль метрологии в жизни современного общества возрастает, и это уже никем не оспариваемая истина. Причина тому – уникальный характер науки о точности измерений. Метрология – универсальна. Она охватывает без преувеличения все сферы нашей жизни. Неслучайно понятие точности измерений используется во всех естественных и технических науках, в ряде областей общественных наук. В условиях постоянно растущих потребностей в измерениях и повышения их точности столетиями выстроенные в системе связи настолько же крепки, насколько невидимы для обычного человека, а это говорит уже, как минимум, о двух важных вещах. Во-первых, о том, что действующая метрологическая система работоспособна и эффективна. А во-вторых, что поддержание заданного за предыдущий период высокого уровня и качества метрологических работ сегодня приобретает критически важное значение. Слишком многое в нашей жизни зависит от точности измерений – корректности объема заливаемого в ваш автомобиль бензина и точности измерения алкотестера. От точности позиционирования
вспутниковой навигации до новейших фотонных технологий. И с увеличением доли метрологически обеспеченного оборудования в российской экономике, развития новых направлений в сфере точности измерений российская система обеспечения единства измерений требует к себе все более пристального и предметного внимания.
Всвязи с этим совершенно очевидна необходимость дальнейшего совершенствования законодательства об обеспечении единства измерений. Среди основных проблем существующейзаконодательнойбазы– недостаточночеткоеопределениесферыгосударственного регулирования и ее границ. К примеру, сегодня одно и то же средство измерений может быть отнесено к той или иной сфере в зависимости от подведомственности предприятия, где оно используется.
Кроме того, в отличие от большинства нормативных правовых актов по метрологии
взарубежной практике, в российском законодательстве нет вектора на стимулирование отечественного приборостроения. Так, основной закон по метрологии в Германии содержит целую главу, посвященную изготовителям и поставщикам средств измерений, а вот у нас эти понятия в тексте закона отсутствуют. С учетом поставленных перед нашей промышленностью задач по импортозамещению это, конечно, неправильно.
Ещеоднойважнойгосударственнойзадачейвсфереобеспеченияединстваизмерений
ясчитаюкардинальноерасширениеобластиприменениякалибровкисредствизмерений. А также частичный отказ от поверок там, где это не требуется.
Вчасти эталонной базы необходимо обратить внимание на вопрос, связанный с государственными первичными эталонами. Сегодня нужно всячески поощрять практику создания и совершенствования системы (вертикали) передачи единицы величины со стороны реальных потребителей метрологической инфраструктуры. С одной стороны, такой подход позволит направлять средства на первичные эталоны, которые остро востребованы в промышленности и других отраслях экономики. С другой стороны, это возможность предусмотреть меры по стимулированию отечественного приборостроения, что уже давно и успешно принято в международной практике.
3
Государственные первичные эталоны перестали быть некими уникальными артефактами или установками. Как известно, один из ярких примеров такого первичного эталона – эталон массы, представляющий собой гирю. Современные эталоны представляют собой ту или иную измерительную технологию. В связи с этим одной из главных задач государственных метрологических институтов я вижу тиражирование этих измерительных технологий. Такой обмен разработками может идти по самым разным направлениям: с коллегами-метрологами в организациях-поверителях и организацияхкалибровщиках, впромышленности, энергетике, другихсферахнашегоэкономического уклада. А действенным механизмом такого трансфера могла бы стать система технологического консалтинга.
Если мы говорим о критической важности обеспечения качества метрологических работ и разработок, нельзя забывать об очень серьезной сегодня проблеме кадрового кризиса. Решениезадачиустойчивогоразвитияприборостроенияидругихотраслейпромышленностииэкономики, напрямуюсвязанныхсметрологиейиизмерениями, лежитв плоскости обеспечения постоянного притока молодых и высококвалифицированных кадров. Всвязисэтимодинакововажнаиработавузовпосоответствующимспециальностям, и заинтересованное участие в этом процессе метрологического сообщества. Неслучайно говорят: квалифицированногометрологаможетподготовитьтолькометролог. Речьидет, в первуюочередь, онеобходимостипривитькультуруизмерений. Сохранитьтотбережный, порой даже педантичный, но абсолютно оправданный подход там, где речь идет о точности измерений. И передать молодому поколению свою «одержимость» и преданность профессии. На это способны только люди, искренне верящие в свое дело и его будущее.
Руководитель Федерального агентства |
|
по техническому регулированию и метрологии |
А.В. Абрамов |
Предисловие
РешениеоподготовкеновогоизданияМетрологической энциклопедии было принято на съезде Метрологической академии в феврале 2014 года. Первое издание, вышедшеев2001 году, сталооченьважнымшагомвобобщении и систематизации теоретических и прикладных знаний о метрологии как науке об измерениях, методах
испособах обеспечения их единства и достоверности. За прошедшие годы этот совместный труд ведущих специалистов страны в сфере метрологии доказал свою фундаментальностьинеобходимостьвсем, ктопричастен к научным исследованиям и практике метрологии.
Внашевремязнаниявлюбойобластистремительно обновляются, уточняются, появляются новые данные
ифакты, требующие оценки и научного осмысления. Метрология всегда была и остается тесно связанной с жизнью, постоянно развивающейся и востребованной на все новых направлениях современной экономики и социального строительства. Практика измерений значительно обогатилась, появились новые национальные эталоныизмеренийиновейшиеизмерительныеприборы.
Россияширокосотрудничаетсмеждународнымиорганизациямивобластиобеспеченияединстваизмерений, наши специалисты активно обмениваются знаниями и опытом с метрологами других стран. Появилось много новой информации, которая не была включена в первое издание Метрологической энциклопедии.
Вусловияхэкономическихизменений, происшедших встраневначале2000-хгодов, государствосформировалонациональнуюсистемутехническогорегулирования, исходя из опыта, накопленного в предыдущие периоды развитияианализазаконодательстваразвитыхзарубежных стран. Были приняты Федеральные законы «О техническом регулировании» и «Об обеспечении единства измерений», существенно реформирующие ключевые требования в области метрологии.
Вовторомизданииавторскийколлектив, сохраняяосновныеподходывизложенииматериаловпервоговыпуска Энциклопедии, сделалакцентнаобновленииинформации по состоянию видов измерений и исследований, проводимых ведущими российскими институтами и учеными.
Ороли метрологии, ее актуальных задачах в соци- ально-экономическом развитии России сказано в при-
ветствияхчитателямЭнциклопедиипервогозаместителя министрапромышленностииторговлиРоссииНикитина Г.С. и руководителя Росстандарта Абрамова А.В.
Ряд статей посвящен новым исследованиям в таких направлениях, каксовременныеизмерительныесистемы
итехнологии, фундаментальныефизическиеконстанты, измеренияфизическихвеличин(температуры, теплофизическихвеличин, длины, сопротивления, объемаинформации, параметровсверхкороткихимпульсовэлектромагнитного излучения), измерения нефизических величин.
Во второе издание вошли статьи, отражающие результаты последних исследований в области влияния метрологии на экономику государства и вопросы подготовки кадров в сфере метрологии.
Значительный вклад в подготовку издания внесли руководителинаучныхподразделенийихранителиэталоновведущихметрологическихинститутовРосстандарта: ВНИИМ им. Д.И. Менделеева, ВНИИМС, ВНИИОФИ, ВНИИФТРИ, СНИИМ, ВНИИР и УНИИМ. Авторами статейвыступилинесколькодесятковведущихметрологов России, в том числе первый президент Метрологической академииТарбеевЮ.В., членыАкадемииБалахановМ.В., ЧуновкинаА.Г., ЗолотаревскийЮ.М., ИсаевЛ.К., Казанцев В.В., Слаев В.А, Щипунов А.Н. и другие.
Вкниге также помещены статьи известных иностранных ученых-метрологов Терри Джонсона Квинна, Почетного доктора Международного бюро мер и весов,
иБернарда Атане, Почетного члена Международного комитета законодательной метрологии.
Вновом издании Энциклопедии было решено представить основных действующих лиц российской метрологии. Во втором томе опубликованы 440 биографий специалистов с указанием их практического и научного вкладавразвитиеметрологии. Темсамым, нанашвзгляд, Энциклопедия приобрела новое качество, поскольку у читателей появилась возможность воспринимать развитиеидостиженияметрологиичерезпризмуконкретных человеческих судеб.
Надеемся, что это издание Метрологической энциклопедии будет востребовано не только среди тех, кто непосредственно работает в сфере метрологии, но и более широким кругом читателей.
Главный редактор второго издания Энциклопедии, |
|
Президент Метрологической академии, академик РАН |
В.В. Окрепилов |
Введение.
Современные тенденции развития российской метрологии, влияние ее на экономику и конкурентоспособность страны
Измерения – один из основных способов познания явленийизаконовприроды. ПоданнымЮНЕСКО, сизмерениямисвязаноболее3 тысячобластейчеловеческой деятельности.
На всем пути развития цивилизации измерения были основой взаимоотношений людей между собой, с окружающей средой, природой и предметами. Мир, окружающий нас, это прежде всего мир физических величин, реальносуществующихвширочайшемдиапазоне их значений от микромира до макромира в масштабе Вселенной (рис.1).
Вразличные исторические периоды состояние мер
иизмерительной техники находилось в прямой зависимости от хозяйственной деятельности, общественных, религиозных и других факторов жизни общества.
Касаясьисторииразвитияотечественнойметрологии, необходимо отметить, что на протяжении всего пути становленияРоссиисозданиюгосударственнойсистемы обеспечения единства измерений в стране уделялось большое внимание.
Упоминание о русских мерах встречается уже в первыхпамятникахдревнерусскойписьменности: летописях, грамотах русских князей, других документах. В частности, вУставекнязяВладимира«одесятинах, судах
илюдях церковных» от 996 г. отмечается: «...поручено святым пискупям городьские и торговые всякая мерила
испуды, и звесы, ставила <...> блюсти без пакости, ни умалити, ни умножити».
Дляподдержанияединстваустановленныхмерещев древниевременаприменялисьиэталонные(образцовые) меры. ВКиевскойРусионинаходилисьвраспоряжении князей. Соблюдение правил в сфере торговых мер и весов сначала контролировалось духовенством, но с образованием в XV веке русского централизованного государства оно взяло под свой контроль состояние мер
иизмерительной техники.
Важнейший период в становлении отечественной метрологиисвязанстехнико-экономическимипреобразо- ваниямиПетраI. Развитиепромышленногопроизводства, укрепление связей с европейскими странами, изучение зарубежного опыта организации производства всемерно способствовалиактивизацииработпосовершенствованию измерительныхприборов, повышениюихточностиирасширениюсферыприменения. Нооставаласьнерешенной главная проблема – установление единых общегосударственных мер, обязательных для употребления по всей огромной стране, во всех сферах и отраслях экономики.
Поэтому первоочередной задачей стало создание единых отечественных образцов мер (эталонов) и приведениекэтимэталонамвсехизмерений, производимых встранеприпомощиусовершенствованнойсистемыповерки. Такаяработавеласьвтечениедвухстолетий, кней привлекались ведущие ученые, в том числе известный математик академик Л. Эйлер, изобретатель, практик
иконструктор академик А. Нартов, а также академик А. Купфер, который возглавлял комиссию по установлению точных мер и весов. По результатам работы этой комиссии в октябре 1835 г. был принят Указ «О системе Российскихмеривесов», определившийоснованияРоссийской системы мер и утвердивший первые эталоны. Указпредусмотрелсозданиегосударственногоучреждениядляхраненияосновныхобразцовмериорганизацию централизованной регулярной поверки мер и весов. В 1842 г. было создано Депо образцовых мер и весов, где академик А.Я. Купфер и профессор В.С. Глухов стали первыми учеными хранителями.
Но главная роль в упорядочении мер и весов, обеспечении единства измерений и создании общегосударственной системы надзора и поверки мер и приборов принадлежит выдающемуся российскому ученому Д.И. Менделееву. В 1892 г. он возглавил Депо, а после его преобразования в 1893 г. в Главную палату мер и весов управлял палатой по 1907 год. Под руководством Д.И. Менделеева были изготовлены новые образцы мер длины и массы (аршина и фунта), которые тщательно сличили с копиями международных прототипов метра
икилограмма и их значения выразили в метрических мерах. Тем самым было положено начало внедрению в Россииметрическойсистемымер. Ужевпослереволюционноевремявсентябре1918 г. принятдекретправительства РСФСР «О введении международной метрической системы мер и весов».
Всоветскиегодырольгосударствавразвитииметрологииистандартизациибылаособеннозначимой, поскольку действовалажесткаяцентрализованнаясхемауправления всеми социально-экономическими процессами в стране. В этот период шло активно становление и развитие метрологических служб на предприятиях, оснащение их всеми необходимыми измерительными приборами. Укреплялась материальная и кадровая база всей системы государственного управления метрологией, повышалась ее роль в обеспечении качества продукции и услуг.
На современном рыночном этапе развития российской экономики чрезвычайно важно определить роль и
|
|
6 |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
уровень государственной поддержки метрологической |
и значительную технико-экономическую выгоду от |
|||
деятельности. |
государственных вложений в метрологию. Вложения |
|||
Анализсостояниягосударственногофинансирования |
в совершенствование метрологического обеспечения |
|||
метрологиивдесятинаиболееразвитыхвэкономическом |
позволяют ежегодно увеличивать внутренний валовой |
|||
отношениистранахпоказывает, чтоучастиегосударства |
продукт на 0,8–1,5%. |
|||
в финансовой поддержке сферы измерений в них суще- |
|
Россия прочно удерживает позиции одной из ве- |
||
ственно выше, чем в России. |
дущих стран мира в области обеспечения единства и |
|||
Считается, что на современном этапе достаточный |
точности измерений. Так, сегодня наша метрология не |
|||
объем государственного финансирования метрологии |
имеет себе равных по электрическим и акустическим |
|||
для промышленно развитых стран должен составлять |
измерениям, термометрии, измерениям, связанным |
|||
0,01÷0,015% ВВП. В частности, бюджетное финанси- |
с радиоактивными веществами, и ряду других. По |
|||
рование национального метрологического института |
калибровочным и измерительным возможностям на- |
|||
США (NIST) составляет ~ $1,2 млрд. – ~ 0,01% ВВП |
циональных метрологических институтов, включен- |
|||
США, бюджетное финансирование национального ме- |
ных в базу Международного бюро мер и весов, Россия |
|||
трологического института Германии (РТВ) составляет |
входит в тройку мировых лидеров – наряду с США и |
|||
~ 300,0 млн. евро – ~ 0,012% ВВП Германии. Государ- |
Германией (рис. 2). |
|||
ственное финансирование метрологии в Китае, Индии |
|
Сопоставление объемов государственного финанси- |
||
и Бразилии в настоящее время превышает 0,015% ВВП. |
рования национальных метрологических институтов и |
|||
Бюджетное финансирование семи национальных ме- |
количество включенных в базу данных МБМВ измери- |
|||
трологических институтов Росстандарта заметно ниже |
тельных возможностей показывает, что в России выде- |
|||
и составляет ~ 0,6 млрд. руб. – 0,0007% ВВП России. |
ляется средств в 49,5 раза меньше, чем в США и, соот- |
|||
Исследования, проведенные во многих странах |
ветственно, в34,7 разаменьше, чемвГермании, наодну |
|||
мира с рыночной экономикой, подтверждают прямую |
признанную за рубежом измерительную возможность. |
|||
Рис. 1. Основные физические величины и их размерности