История метрологии
Исторически важные этапы в развитии метрологии:
XVIII век — установление эталона метра (эталон хранится во Франции, в Музее мер и весов; в настоящее время является в большей степени историческим экспонатом, нежели научным инструментом);
1832 год — создание Карлом Гауссом абсолютных систем единиц;
1875 год — подписание международной Метрической конвенции;
1960 год — разработка и установление Международной системы единиц (СИ);
XX век — метрологические исследования отдельных стран координируются Международными метрологическими организациями.
Вехи отечественной истории метрологии:
присоединение к Метрической конвенции;
1893 год — создание Д. И. Менделеевым Главной палаты мер и весов (современное название: «Научно-исследовательский институт метрологии им. Менделеева»);
Всемирный день метрологии отмечается ежегодно 20 мая. Праздник учрежден Международным Комитетом мер и весов (МКМВ) в октябре 1999 года, на 88 заседании МКМВ.
Предметом метрологии является извлечение количественной информации о свойствах объектов с заданной точностью и достоверностью. Средством метрологии является совокупность измерений и метрологических стандартов, обеспечивающих требуемую точность.
Измерение – совокупность операций, выполняемых для определения количественного
значения величины.
Качество измерений
Качество измерений - совокупность свойств измерений, обуславливающих соответствие средств, метода, методики, условий измерений и состояния единства измерений требованиям измерительной задачи.
Средство измерений – техническое средство, предназначенное для измерений.
Метрология занимает особое место среди технических наук, т.к. метрология впитывает в себя самые последние научные достижения и это выражается в совершенстве ее эталонной базы и способов обработки результатов измерений. Метрология стала наукой, без знания которой не может обойтись ни один специалист любой отрасли.
Метрология состоит из 3 направлений:
Теоретическая
Рассматривает общие теоретические проблемы (разработка теории и проблем измерений, физических величин, их единиц, методов измерений).
Прикладная
Изучает вопросы практического применения разработок теоретической метрологии. В её ведении находятся все вопросы метрологического обеспечения.
Законодательная
Устанавливает обязательные технические и юридические требования по применению единиц физической величины, методов и средств измерений.
Цели и задачи метрологии
Создание общей теории измерений;
образование единиц физических величин и систем единиц;
разработка и стандартизация методов и средств измерений, методов определения точности измерений, основ обеспечения единства измерений и единообразия средств измерений (так называемая «законодательная метрология»);
создание эталонов и образцовых средств измерений, поверка мер и средств измерений. Приоритетной подзадачей данного направления является выработка системы эталонов на основе физических констант.
Также метрология изучает развитие системы мер, денежных единиц и счёта в исторической перспективе.
Аксиомы метрологии
Любое измерение есть сравнение.
Любое измерение без априорной информации невозможно.
Результат любого измерения без округления значения является случайной величиной.
Основные понятия, связанные с объектами измерений
Объект измерения
Тело (физическая система, процесс, явление и т.д.), которое характеризуется одной или несколькими измеряемыми физическими величинами.
Пример
Коленчатый вал, у которого измеряют диаметр; технологический процесс, во время которого измеряют температуру; спутник Земли, координаты которого измеряются. Это все объекты измерения.
Измеряемые величины
Измерения являются инструментом познания объектов и явлений окружающего мира. Объектами измерений являются физические и нефизические величины (в экономике, медицине, информатике, управлении качеством и пр.).
Вся современная физика может быть построена на семи основных величинах, которые характеризуют фундаментальные свойства материального мира. К ним относятся: длина, масса, время, сила электрического тока, термодинамическая температура, количество вещества и сила света. С помощью этих и двух дополнительных величин — плоского и телесного углов — введенных исключительно для удобства, образуется все многообразие производных физических величин и обеспечивается описание любых свойств физических объектов и явлений.
Измерения физических величин подразделяются на следующие области и виды:
1. Измерения геометрических величин: длин; отклонений формы поверхностей; параметров сложных поверхностей; углов.
2. Измерения механических величин: массы; силы; крутящих моментов, напряжений и деформаций; параметров движения; твердости.
3. Измерения параметров потока, расхода, уровня, объема веществ: массового и объемного расхода жидкостей в трубопроводах; расхода газов; вместимости; параметров открытых потоков; уровня жидкости.
4. Измерения давлений, вакуумные измерения: избыточного давления; абсолютного давления; переменного давления; вакуума.
5. Физико-химические измерения: вязкости; плотности; содержаний (концентрации) компонентов в твердых, жидких и газообразных веществах; влажности газов, твердых веществ; электрохимические измерения.
6. Теплофизические и температурные измерения: температуры; теплофизических величин.
7. Измерения времени и частоты: методы и средства воспроизведения и хранения единиц и шкал времени и частоты; измерения интервалов времени; измерения частоты периодических процессов; методы и средства передачи размеров единиц времени и частоты.
8. Измерения электрических и магнитных величин на постоянном и переменном токе: силы тока, количества электричества, электродвижущей силы, напряжения, мощности и энергии, угла сдвига фаз; электрического сопротивления, проводимости, емкости, индуктивности и добротности электрических цепей; параметров магнитных полей; магнитных характеристик материалов.
9. Радиоэлектронные измерения: интенсивности сигналов; параметров формы и спектра сигналов; параметров трактов с сосредоточенными и распределенными постоянными; свойств веществ и материалов радиотехническими методами; антенные.
10. Измерения акустических величин: акустические - в воздушной среде и в газах; акустические - в водной среде; акустические - в твердых телах; аудиометрия и измерения уровня шума.
11. Оптические и оптико-физические измерения: световые, измерения оптических свойств материалов в видимой области спектра; энергетических параметров некогерентного оптического излучения; энергетических параметров пространственного распределения энергии и мощности непрерывного и импульсного лазерного и квазимонохроматического излучения; спектральных, частотных характеристик, поляризации лазерного излучения; параметров оптических элементов, оптических характеристик материалов; характеристик фотоматериалов и оптической плотности.
12. Измерения ионизирующих излучений и ядерных констант: дозиметрических характеристик ионизирующих излучений; спектральных характеристик ионизирующих излучений; активности радионуклидов; радиометрических характеристик ионизирующих излучений.
Квалиметрия
В квалиметрии (разделе метрологии), посвященной измерению качества, не принято деление показателей качества на основные и производные. Здесь выделяются единичные и комплексные показатели качества. При этом единичные относятся к одному из свойств продукции, а комплексные характеризуют сразу несколько из свойств.
Размер измеряемой величины является количественной ее характеристикой. Получение информации о размере физической или не физической величины является содержанием любого измерения.
Свойство:
«Свойство: философская категория, выражающая такую сторону объекта, которая обусловливает его различие или общность с другими объектами и обнаруживается в соотношении с ними». Это вполне добротное определение, причем «сторона» объекта – это «черта» объекта.
Задача фундаментальной науки заключается в том, чтобы как можно более объективно выявить свойства того или иного объекта, в том числе и глубоко скрытые от непосредственного восприятия. Задача же прикладной науки – выяснить, что с выявленным фундаментальной наукой свойством можно сделать: в каком его качестве использовать объект. Следовательно, свойство – это объективно воспринятая нами черта объекта как такового. Качество же – это черта объекта, базирующаяся на каком-либо его свойстве, но становящаяся одним из его качеств вследствие нашего к ней отношения.
Физическая величина,
Физическая величина (Ф.В.), свойство, общее в качественном отношении многим физическим объектам (физическим системам, их состояниям и происходящим в них процессам), но в количественном отношении индивидуальное для каждого объекта.
К Ф. В., характеризующим свойства объектов, относятся длина, масса, электрическое сопротивление и т.п., к Ф. В., характеризующим состояние системы, – давление, температура, магнитная индукция и т.п., к Ф. В., характеризующим процессы, – скорость, мощность и др.