Введение. Метрология (от греческого metron – мера и logos – слово, понятие, учение) – наука об измерениях, методах обеспечения их повсеместного единства и способах
Метрология (от греческого metron – мера и logos – слово, понятие, учение) – наука об измерениях, методах обеспечения их повсеместного единства и способах достижения требуемой точности.
Измерения имеют древнее происхождение – они относятся к истокам возникновения материальной культуры человечества.
Первыми измерениями были:
1) измерение времени (вернее определение времени), необходимое для правильной организации сельскохозяйственных работ и распределения рабочего времени в течение дня;
2) измерение площадей и расстояний, связанных с участками обрабатываемой земли, пастбищами, местами охоты;
3) измерение объема и массы, главным образом для оценки количества зерновых культур и других ценностей.
Позднее, но все еще в очень отдаленные времена, в связи с ростом строительной техники, особенно развились измерения площадей, объемов, углов различных геометрических фигур и тел.
В самом далеком прошлом измерения были весьма примитивны и имели целью определить, какая из двух или нескольких величин больше, а какая меньше. Например, какое расстояние или какой путь из двух возможных до какого-либо места короче, какая площадь земли больше, какая масса или объем больше и какая меньше. Такие измерения проводились на глаз, на мускульное ощущение (взвешивание на руках), на продолжительность ходьбы. Т.е. все это было весьма не точно. Затем измерения стали преследовать цель найти, во сколько раз одна величина больше или меньше другой. На этом этапе человек составлял и сравнивал наблюдаемые им предметы и величины с размерами собственного тела. Первые единицы длины он отождествлял с частями собственного тела: длина локтя, ступни, расстояния между концами большого пальца и мизинца при наибольшем раздвижении пальцев и т.п. Единицей для измерения больших расстояний служило расстояние, на которое можно было бросить камень, или расстояние, которое можно пройти за день. Объем измерялся горстью или шапкой. Масса оценивалась по весу предмета, который легко поднимал человек.
Все эти и подобные им меры и единицы были произвольными, случайного порядка. Позднее они приобрели вид вещественных мер: лапоть или ступня ноги – в виде бруска равной им длины; мера массы – в виде той или иной формы гирь, изготовленных из камня или металла; для измерений вместимости и объема жидких тел применялась скорлупа кокосового ореха определенной емкости, или другие сосуды.
Наиболее широкое распространение единицы и меры получили в древнейших культурных странах: Китае, Вавилоне, Египте. Установлено, что более чем за 4 тысячелетия до новой эры в Вавилоне и Египте уже проводили астрономические измерения. Разбиения суток на 24 часа, 1 часа – на 60 минут, 1 минуты – на 60 секунд было принято уже в Вавилоне). Вавилонские меры (локоть – длины, талант – массы) перешли в Грецию, Рим, а затем в Европу, где получили дальнейшее развитие.
С течением времени, в связи с ростом культуры и развитием ремесел и торговли, меры совершенствовались, узаконивались, появилась взаимозависимость между мерами отдельных величин (это в некоторой степени наблюдалось еще в Вавилоне).
Вплоть до конца средних веков измерения ограничивались измерениями времени, геометрических размеров и массы. В 14 – 16 веках начался бурный расцвет ремесел, наук, искусств, архитектуры. Вместе с развитием науки появляется необходимость в измерении разного рода новых открытых величин или величин, начавших играть значительную роль в науке и технике. Так, в 17 веке, появились барометры для измерения давления воздуха, гигрометры для определения его влажности; термометры для измерения температуры; манометры для измерения давления воды.
В XVII в. появились динамометры для измерения силы, калориметры для измерения кол-ва теплоты, начали производиться измерения некоторых световых величин. В связи с изобретением паровых машин и распространением механических двигателей возникли понятия о работе и мощности; появились единицы для измерения: пудофут, лошадиная сила. В середине XIX в. начали измеряться электрические величины, получили дальнейшее развитие световые измерения.
В конце XIX и начале XX веков были открыты новые физические явления и в связи с этим появились новые виды измерений: в области рентгеновских лучей, радиоактивности и, наконец, в области молекулярной и атомной физики.
Таким образом, на протяжении всей истории развития науки и техники пред человеком возникало (и возникает сейчас) множество проблем, для решения которых необходимо располагать количественной информацией о том или ином свойстве объектов материального мира (явлении, процессе, теле, веществе, изделии и пр.).
Количественной оценки требует почти всё, что делает инженер при исследованиях, разработке, изготовлении, эксплуатации или ремонте любых изделий. В техническом паспорте любой машины указаны её масса, габарит, мощность, частота отказов и др. параметры.
Для количественной оценки свойств и отношения вещей люди издавна используют физические величины. Количественная оценка явлений, процессов и событий приводиться в виде формул и уравнений, связывающих физические величины. Практически все исходные числа – значения величин – мы получаем как результат измерения – основного способа получения количественной информации.
При правильном выполнении измерения (измерительного эксперимента) находится результат измерения с большей или меньшей точностью отражающий интересующие свойства объекта.
Можно считать, что прогресс науки и техники определяется степенью совершенства измерений и измерительных приборов.
Основу отечественной метрологии заложил русский учёный Д.И. Менделеев (1834-1907 гг.). Роль и значение измерений он определил так: „В природе мера и вес – суть главное орудие познания. Наука начинается с тех пор, как начинают измерять; точная наука немыслима без меры”.
Зарождение в нашей стране метрологической службы относится к 1842 г., в котором был издан указ о мерах и весах, предусматривающий создание первого в России метрологического учреждения – депо образцовых мер. В 1875 г. на специальной международной конференции (17-ти государств) с участием России была подписана метрическая конвенция, в соответствии с которой страны обязались содержать “международное бюро мер и весов”, как центр, обеспечивающий единство измерений в международном масштабе.
Со временем в России была создана мощная метрологическая служба для руководства всей деятельностью и поддержания единства измерений.
В настоящее время она состоит из гос. службы, возглавляемой ГК по стандартам (Госстандартом России) и ведомственных служб во всех отраслях народного хозяйства.
Сейчас метрология развивается по нескольким направлениям. Наиболее сформулированы и развиваются две взаимосвязанные ее ветви: научная и законодательная метрология.
Научная метрология, являясь базой измерительной техники, занимается изучением проблем измерения в целом (общая теория измерений) и образующих измерение элементов: средств и приборов измерений, физических величин и их единиц, методов и методик измерений, методов определения точности измерений (теория погрешностей измерений). Современная метрология включает в сферу своей деятельности и определение наиболее точных значений важнейших физических констант (скорости света, частоты излучения микрочастиц и пр.), необходимых для многих отраслей науки и техники.
Метрология обеспечивает потребителей стандартными образцами веществ и материалов, состав и физико-химические характеристики которых определены с необходимой точностью.
Важной особенностью метрологии является ее законодательный характер. Это обеспечивается действием в нашей стране комплекса государственных стандартов, объединенных в Государственную систему обеспечения единства измерений (ГСОЕИ, упрощенное – ГСИ). Раздел метрологии, включающий комплексы взаимосвязанных общих правил, требований и норм, а также вопросы регламентации и гос. контроля, направленные на обеспечения единства измерений и единообразия средств измерений, называется законодательной метрологией. Это, в свою очередь, предписывает соответствующий надзор за средствами измерений. Надзор осуществляется деятельностью органов метрологической службы, обеспечивающей единообразие средств измерений.
В метрологии, как и в любой другой науке, недопустимо произвольное токование применяемых терминов. Поэтому один из стандартов ГСОЕИ – ГОСТ 16263 – 70 специально регламентирует терминологию в области метрологии.
Глава 1. Основные понятия и определения метрологии