2.1. Метрология. Основные понятия в области метрологии.

Метрология (от греческого «метро» - мера, «логос» - учение)- наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их един­ства и способах достижения требуемой точности.

В зависимости от решаемых задач различают три раздела метрологии:

теоретический, законодательный и прикладной.

Теоретическая метрология занимается вопросами фундаментальных исследований, созданием системы единиц измерений, физических постоянных, разработкой новых методов измерения.

Прикладная метрология занимается вопросами прикладного применения в различных сферах деятельности результатов теоретических исследований в рамках метрологии.

Законодательная метрология включает совокупность взаимообусловленных правил и норм, направленных на обеспечение единства измерений, которые возводятся в ранг правовых положений (уполномоченными на то органами государственной власти), имеют обязательную силу и находятся под контролем государства.

Объектами метрологии являются единицы величин (физические величины), средства измерений, эталоны, методики выполнения измерений.

Предметом метрологии является извлечение количественной информации о свойствах объектов и процессов, г.е. измерение свойств объектов и процессов с заданной точностью и достоверностью.

Единство измерений - состояние измерений, при котором их результаты представлены в узаконенных единицах величин, а погрешности измерений не выходят за установленные границы с заданной вероятностью.

Основными задачами метрологии являются:

• установление единиц физических величин, государственных эталонов и об­разцовых средств измерений;

• разработка теории, методов и средств измерений и контроля;

• обеспечение единства измерений;

• разработка методов оценки погрешностей, состояния средств измерения и контроля;

• разработка методов передачи размеров единиц от эталонов или образцовых средств измерений рабочим средствам измерений.

2.2. Краткая история развития метрологии

Измерения являются одним из самых древних занятий в позна­вательной деятельности человека. Их возникновение относится к истокам материальной культуры человечества.

В древнейшие времена люди обходились только счетом однород­ных объектов - голов скота, числа воинов и т.п. Такой счет не требовал введения понятия физической величины и установления условных единиц измерения. Не было потребности в изготовлении и использовании специальных технических средств для проведе­ния счета. Однако по мере развития общества появилась необходи­мость в количественной оценке различных величин - расстояний, веса, размеров, объемов и т.д. Эту оценку старались свести к счету, для чего выбирались природные и антропологические единицы. Например, время измерялось в сутках, годах; линейные размеры - в локтях, ступнях; расстояния - в шагах, сутках пути. Позже, в процессе развития промышленности, были созданы специальные устройства - средства измерений, предназначенные для количест­венной оценки различных величин. Так появились часы, весы, меры длины и другие измерительные устройства.

На определенном этапе своего развития измерения стали причи­ной возникновения метрологии. Долгое время последняя существо­вала как описательная наука, констатирующая сложившиеся в обще­стве соглашения о мерах используемых величин. Развитие науки и техники привело к использованию множества мер одних и тех же величин, применяемых в различных странах. Так, расстояние в Рос­сии измерялось верстами, а в Англии - милями. Все это существенно затрудняло сотрудничество между государствами в торговле, науке.

С целью унифицировать единицы ФВ, сделать их независимы­ми от времени и разного рода случайностей во Франции была разра­ботана метрическая система мер. Эта система строилась на основе естественной единицы - метра, равного одной сорокамиллионной части меридиана, проходящего через Париж. За единицу массы принимался килограмм - масса кубического дециметра чистой воды при температуре +4⁰С. Учредительное собрание Франции 26 марта 1791 г. утвердило предложения Парижской академии наук. Это явилось серьезной предпосылкой для проведения междуна­родной унификации единиц ФВ.

В 1832 г. К. Гаусс предложил методику построения систем еди­ниц ФВ как совокупности основных и производных величин. Он построил систему единиц, названную абсолютной, в которой за ос­нову были приняты три произвольные, независимые друг от друга единицы: длины - миллиметр, массы - миллиграмм и времени - секунда.

В 1835 г. в России был издан указ "О системе Российских мер и весов", в котором были утверждены эталоны длины (платиновая сажень) и массы (платиновый фунт). В 1842 г. на территории Пе­тропавловской крепости в Санкт-Петербурге в специально постро­енном здании открылось первое метрологическое учреждение Рос­сии - Депо образцовых мер и весов. В нем хранились эталоны и их копии, изготавливались образцовые меры для передачи в другие города, проводились сличения российских мер с иностранными. Деятельность Депо регламентировалась "Положением о мерах и ве­сах", которое положило начало государственному подходу к обес­печению единства измерений в стране. В 1848 г. в России вышла первая книга по метрологии - "Общая метрология", написанная Ф.И. Петрушевским. В этой работе описаны меры и денежные зна­ки различных стран.

В 1875 г. семнадцать государств, в том числе и Россия, на ди­пломатической конференции подписали Метрическую конвенцию, к которой в настоящее время примкнула 41 страна мира. Согласно этой конвенции устанавливается международное сотрудничество подписавших ее стран. Для этого было создано Международное бюро мер и весов (МБМВ), находящееся в г. Севре близ Парижа. В нем хранятся международные прототипы ряда мер и эталоны единиц некоторых ФВ. В соответствии с конвенцией для руководства дея­тельностью МБМВ был учрежден Международный комитет мер и ве­сов (МКМВ), в который вошли ученые из различных стран. Сейчас при МКМВ действуют семь консультативных комитетов: по едини­цам, определению метра, секунды, термометрии, электричеству, фо­тометрии и по эталонам для измерения ионизирующих излучений

Очень много для развития отечественной метрологии сделал Д.И. Менделеев. Период с 1892 по 1917 г. называют менделеевским этапом развития метрологии. В 1893 г. на базе Депо образцовых мер и весов была утверждена Главная палата мер и весов, управля­ющим которой до последних дней жизни был Д.И. Менделеев. Она стала одним из первых в мире научно-исследовательских учрежде­ний метрологического профиля.

До 1918 г. метрическая система внедрялась в России факульта­тивно, наряду со старой русской и английской (дюймовой) система­ми. Значительные изменения в метрологической деятельности стали происходить после подписания Советом народных комиссаров РСФСР декрета "О введении между народной метрической системы мер и весов". Внедрение метрической системы в России происходило с 1918 по 1927 г. После Великой Отечественной войны и до сего времени метрологическая работа в нашей стране проводится под руководством Государственного комитета по стандартам (Госстандарт).

В 1960 г. XI Международная конференция по мерам и весам приняла Международную систему единиц ФВ - систему СИ. Сегод­ня метрическая система узаконена более чем в 124 странах мира.

В настоящее время на базе Главной палаты мер и весов существует высшее научное учреждение страны - Всероссийский научно-исследо­вательский институт метрологии им. Д.И. Менделеева (ВНИИМ). В лабораториях института разрабатываются и хранятся государствен­ные эталоны единиц измерений, определяются физические констан­ты и свойства веществ и материалов. Тематика работ института охватывает линейные, угловые, оптические и фотометрические, акустические, электрические и магнитные измерения, измерения массы, плотности, силы, давления, вязкости, твердости, скорости, ускорения и ряда других величин.

В 1955 г. под Москвой был создан второй метрологический центр страны - ныне Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений (ВНИИФТРИ). Он разрабатывает эталоны и средства точных измерений в ряде важнейших областей науки и техники: радиоэлектронике, службе времени и частоты, акустике, атомной физике, физике низких тем­ператур и высоких давлений.

Третьим метрологическим центром России является Всерос­сийский научно-исследовательский институт метрологической служ­бы (ВНИИМС) - головная организация в области прикладной и законодательной метрологии. На него возложена координация и научно-методическое руководство метрологической службой стра­ны. Кроме перечисленных существует ряд региональных метро­логических институтов и центров.

К международным метрологическим организациям относится и Международная организация законодательной метрологии (МОЗМ), образованная в 1956 г. При МОЗМ в Париже работает Между­народное бюро законодательной метрологии. Его деятельностью руководит Международный комитет законодательной метрологии. Некоторые вопросы метрологии решает Международная организа­ция по стандартизации (ИСО).