Становление метрологии как науки

История развития метрологии

Метрология в самом широком понимании этого слова представляет собой науку об измерениях, об обеспечении их единства, о способах достижения требуемой точности, а также о методах и средствах достижения указанных целей.

Первоочередные задачи стоят перед службой метрологии? Главная из них — обеспечить единство и точность измерений в стране. Измерения являются основным средством получения объективной достоверной информации о показателях качества продукции и их соответствии стандартам и техническим условиям. Качество самих измерений зависит в значительной степени от уровня метрологического обеспечения как в отдельных отраслях, так и в народном хозяйстве в целом.

Понятие метрологического обеспечения сформировалось в 70-х годах как комплекс мер по обеспечению единства измерений и определено в ГОСТ 1.25-76 как » установление и применение научных и организационных основ, технических средств, правил и норм, необходимых для достижения единства и требуемой точности измерений».

Точность измерений характеризует качество измерений, отражающее близость результата измерения к истинному значению измеряемой величины. Близость результата измерения Х к истинному значению измеряемой величины Хо количественно оценивается погрешностью измерения. Чем меньше погрешность, тем выше точность измерения.

Единство измерений характеризует такое их состояние, при котором результаты измерений выражены в узаконенных единицах, а погрешности измерений известны с заданной вероятностью.

История развития метрологии

С необходимостью измерений, сначала самых примитивных и простых, люди столкнулись много лет назад. Первобытный охотник убил зверя далеко от стоянки своего рода или племени. Донести добычу одному ему не под силу — надо вернуться на стоянку и позвать помощников. Но им нужно объяснить, какое расстояние надо пройти до убитого зверя. Так человек столкнулся с необходимостью измерять расстояния.

Изготовляя средства охоты и орудия труда, человек вынужден был измерять их длину и ширину. Строя первые жилища — необходимую площадь и т.д. Следовательно, еще в глубокой древности возникла потребность в мерах длины, площади, объема, веса.

Многие из первых единиц измерений заимствовались из размеров самого человека. Очевидно, первой мерой длины был человеческий шаг, затем появились и другие меры длины:

— палец — ширина какого-либо пальца;

— дюйм — длина сустава большого пальца;

— ладонь — ширина четырех пальцев;

— ступня, или фут (12 дюймов)

— локоть, или аршин.

Достоинством этих первых примитивных единиц измерения было то, что они всегда были под рукой, хотя они и несовершенны, ведь размеры пальцев у разных людей различны.

В последующем развитие общества требовало создания более точных мер. С этой целью в более поздние времена пытались применять средние значения указанных единиц. Например, в одном из старинных документов длина фута была установлена как 1/16 доля «длины ступней 16 человек, выходящих от заутрени в воскресенье». Эта мера уже точнее, хотя и далека от совершенства.

Первые меры перестали в ряде случаев удовлетворять человека недостаточной масштабностью. Трудно, например, измерить расстояние в несколько километров футами или локтями. Тогда для измерения больших расстояний стали использовать различные явления из окружающей среды:

— бычий рев — расстояние, на котором человек может услышать рев быка;

— выстрел из лука – расстояние, на которое летит стрела, выпущенная из лука;

Для измерения площадей часто применялись единицы, связанные с производительностью труда человека:

— югер — площадь, которую человек мог вспахать на быке за день;

— морген — площадь, вспаханная за утро;

— колодец — площадь, которую можно полить из одного колодца.

Для измерения веса люди использовали зерна ячменя, проса, пшеницы. Наименование наименьшей части фунта — гран (равен 0,063 г.) на латинском языке означает «зерно». Применяемая и до настоящего времени единица массы драгоценных камней «карат» (равен 0,2 г.) — по-арабски означает «семя» одного из бобовых растений.

Большинство древних русских мер, так же как и у других народов, было связано с частями человека. Такими мерами были:

— палец — равный толщине пальца;

— пядь — равная наибольшему расстоянию между большим и указательным пальцам;

— локоть — длина которого определялась от локтя до переднего сустава среднего пальца;

— сажень — представляла собой расстояние между концами средних пальцев раскинутых рук (маховая сажень) или расстояние от пяты левой ноги до конца вытянутых пальцев поднятой вверх правой руки (косая сажень).

В ХVI веке сажень была приравнена к трем аршинам и стала называться казенной, или трехаршинной.

Для измерения больших расстояний на Руси с давних пор употреблялась верста. Впервые верста упоминается в документах ХI века.

Единицей измерения площади земли была десятина, равная 2400 кв. саженям.

Применявшиеся меры веса часто связывались с денежными единицами. Долгое время товары оплачивались кусками серебра определенного веса, которые одновременно считались и денежными единицами и мерой веса. На кусках серебра делались зарубины, по которым производился разлом для более мелкого расчета. От отломленных, рубленых частей кусков серебра и произошло слово «рубль».

Надзор за мерами и весами в Древней Руси поручался духовенству и только в XVI веке надзор перешел к гражданским властям. Грамота (1135 г.), данная г. Новгороду князем Всеволодом Мстиславичем, гласит: «…торговые весы, мерила и чаши от весов блюсти епископу без пакости…».

Первоначально единица физических величин выбирались произвольно, без какой — либо связи друг с другом, что создавало большие трудности при переводе.

В каждой стране, а иногда даже в каждом городе, создавались свои единицы. Перевод одних единиц в другие был очень сложен и приводил к существенному снижению точности результатов измерений.

Помимо указанного разнообразия единиц, которое можно назвать «территориальным», существовало разнообразие единиц, применяемых в различных областях науки, техники, промышленности и т.д., которое называется «отраслевым» разнообразием величин. Оно существует и в настоящее время.

По мере развития техники и международных связей трудности использования результатов измерений возрастали и тормозили научно-технический прогресс. Положение осложнялось еще и тем, что соотношение между кратными единицами были разнообразны.

Например, в Англии:

1 легальная миля = 8 фарлонгам = 320 родам = 1760 ярдам =5280 футам = 63360 дюймам = 25,4мм. Подобные соотношения существовали и для других мер.

Даже в настоящее время в Европе насчитывается до сотни футов различной длины, около полусотни различных миль, свыше 120 различных фунтов. В России до введения метрический системы мер существовали единицы измерения, помещенные в приложении 1.

7 апреля 1795 года, после Великой французской революции, была введена метрическая система мер.

Первоначально она базировалась всего на четырех единицах:

— единица длины — метр;

— единица массы – килограмм;

— единица площади – квадратный метр (м2);

— единица объема – кубический метр (м3).

Позднее к этим величинам присоединили единицы времени — секунду и температуры — градус Кельвина.

За единицу длины был принят метр, равный одной десятимиллионной части четверти меридиана Земли, проходящего через Париж.

За единицу массы была принята масса 1 дм3 чистой воды при температуре +4о С. Эту величину назвали килограммом.

Как видим, в отличие от множества применявшихся ранее мер, основанных на самых разнообразных величинах, в основу метрической системы были положены незыблемые образцы. В этом заключалась одна из важнейших особенностей и преимуществ метрической системы мер.

Другое важнейшее преимущество метрической системы — десятичное подразделение единиц, когда каждая единица образуется путем деления или умножения основной единицы на число, кратное 10, а также единый способ образования их наименований путем включения в название соответствующей приставки: кило-, санти-.

Третьим, очень важным достоинством метрической системы являлось установление тесной и простой связи между единицами длины, площади, объема и массы.

Впервые понятие о системе единиц физических величин ввел немецкий ученый Гаусс. По его методу построения систем единиц различных величин вначале устанавливают или выбирают произвольно несколько величин независимо друг от друга. Единицы этих величин называют основными, так как они являются основой для построения системы единиц других величин.

Основные величины единицы устанавливают или выбирают таким образом, чтобы, пользуясь закономерной связью между величинами, можно было бы образовать единицы других величин. Под закономерной связью между величинами подразумевается возможность математически выразить зависимость одной величины от других.

Единицы, выраженные через основные, называют производными.

Полная совокупность основных и производных единиц, установленных таким путем, и является системой единиц физических величин.

Обратим внимание на особенности описанного метода построения системы единиц величин. Во-первых, метод построения системы не связан с конкретными размерами основных величин. Во-вторых, в принципе построение системы единиц возможно для любых величин, между которыми имеется связь, выражаемая математически в виде уравнения. В — третьих, выбор величин, единицы которых должны стать основными, ограничивается соображениями рациональности и в первую очередь тем, что оптимальным является выбор минимального числа основных единиц, которое позволило бы образовывать максимально большее число производных единиц.

Из всех систем предпочтение отдается системам, построенным на единицах длины — массы — времени как основных.

В физике применяются еще и сейчас системы, построенные по той же схеме — длина — масса – время: СГС (1870 г.) – сантиметр – грамм – секунда, МКС — метр — килограмм – секунда, МКГСС — метр — килограмм — сила — секунда. Удобство этой системы заключается в том, что применение в качестве одной из основных — единицы силы — упрощает вычисления и выводы зависимостей для многих величин. Недостатком же является то, что единица массы в ней получается производной и численно равной 9,81 кг. Это нарушало метричность. Второй недостаток — сходность наименования единицы силы и массы, что приводило часто к путанице. Третий — ее несогласованность с электрическими единицами.

Наличие ряда систем единиц измерения физических величин и большое количество внесистемных единиц, вызвало создание единой универсальной системы единиц

В 1948 г. IX Генеральная конференция по мерам и весам предложила принять для международных отношений единую практическую систему единиц. Были опрошены ученые, и в 1954 году (Х Генеральная конференция) приняла в качестве основных единиц новой системы следующие:

Источник

Становление метрологии как науки

Метрология, как учение, зародилась в глубокой древности. В дословном переводе с древнегреческого «метро» – мера, «логос» – речь, слово, учение или наука. Таким образом, древние под метрологией понимали науку о мерах.

В настоящее время метрология – это наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности.

Потребность измерять возникла в человеческом обществе еще на заре цивилизации.

В самых древних памятниках человеческой культуры имеются указания об измерениях, производимых человеком.

Первыми измерениями были: определение времени, измерения площадей и расстояний, измерения объема и массы (веса), измерения углов различных геометрических фигур и тел.

Первоначально определяли «что больше» или «меньше» на глаз, на продолжительность ходьбы и т.д. При этом сравнивали величины предметов с размерами собственного тела (длина локтя, ступни, расстояние между большим пальцем и мизинцем и т.д.). Например, расстояние оценивали как путь, который можно пройти от зари до зари, объем – это горсть или охапка, а масса – это вес, который легко поднимал человек.

Таким образом, все единицы были произвольными и случайными. В дальнейшем они приобрели вид вещественный, например, в виде брусков длиной равной локтю или ступне.

Археологические раскопки показывают, что уже в 2400 г. до н.э. в таких странах, как Китай, Вавилония, Египет существовало практически современное деление суток на 24 часа, часа – на 60 минут, минуты – на 60 секунд. В дальнейшем Вавилонские меры (мера длины – локоть, мера массы – талант, мера времени – минуты) перешли в Грецию, Рим, а затем в Европу.

Вплоть до конца средних веков измерения ограничивались измерениями времени, геометрических размеров и массы. С 14 века начался бурный расцвет ремесел, наук, искусств, архитектуры. В результате появились приборы для измерения вновь открытых наукой и техникой величин (давление, температура, количество теплоты, силы и др.). В настоящее время нет области знаний, где бы измерения не играли огромную роль (наука, техника, промышленность, транспорт, строительное дело, здравоохранение, просвещение, искусство и др.).

Когда возникли русские меры – трудно сказать, достоверно лишь то, что документы Х века свидетельствуют не только о наличии мер, но и провозглашают принципы государственного надзора за их правильностью. В уставе Владимира Святославовича (в Х веке) говорится : «…еже искони установлено есть и поручено есть епископам градские и везде всякие мерила спуды и весы . блюсти без пакости, ни умножати, ни умалити…». Золотой пояс князя был эталоном длины, о нем древняя Грамота говорила: «Се мера и основание» (объем «талии» князя был равен 108 см…). В Великом Новгороде была своя палата мер и весов – церковь Ивана Предтечи на Опоках, в ее подвалах с 1134 г. хранились эталоны длины и массы: «склады вощеные, пуд медовый и гривенка рублевая и локоть еваньский (иваньской)».

Из упоминаемых в древнерусских летописях самыми распространенными мерами длины были локоть, сажень и верста.

Меры длины на Руси имеют свою историю и свое содержание: и сажени, и версты менялось со временем. Так в XI веке основная путевая мера – верста (или поприще) равнялась 750 саженям, что соответствовало 1140 метрам. Мера пути «выпряжай» равнялась расстоянию между пунктами, в которых перепрягали лошадей при перевозке казенной почты. Сажени на Руси были разными: сажень простая (152 см) – расстояние между размахом вытянутых рук человека от большого пальца одной руки до большого пальца другой; сажень косая (248 см) – расстояние между подошвой левой ноги и концом среднего пальца вытянутой вверх правой руки. Исследования архитектурных памятников Древней Руси и литературных источников показали, что были еще сажени – казенная (217,6 см), малая (142,4 см), греческая (230,4 см), церковная (186,4 см), царская (197,4 см) и еще несколько саженей, названия которых установить не удалось.

Мерами сыпучих тел были кадь (4 пуда) – равная 2 половинкам, равная, соответственно, 4 четвертям или 8 осьминам. Жидкости мерили бочкой, ведром или корчагой. В бочку входило 10 ведер, а в ведро – 10 литров. В качестве мер массы использовали берковец (4 пуда), пуд (16,4 кг), гривну (409,5 г), золотник (4,27г), правила взвешивания были исключительно строги. Недопускалось касаться руками гирь и товара на чашках весов. Практиковалась перемена местами гирь и товара на чашках весов.

Переход к ценролизованному государству сопровождался созданием единых общегосударственных мер, обязательных к употреблению по всей стране.

Как писал царский опричник Генрих Штаден о царствовании Ивана Грозного, что он (Иван Грозный) «достиг того, что по всей Русской земле, по всей его державе одна вера, один вес, одна мера» – то есть еще в XVI веке в России утвердилась единая система мер.

В 1649 г. Соборным уложением были утверждены следующие меры длины верста межевая (2,16 км), сажень (2,16 м), локоть (44,5 см), аршин (71,1 см), пядь (17,78 см), верста путевая (500 саженей = 1066,8 м). Мерой же массы в XII веке оставались: фунт – 0,410 кг, пуд – 16,4 кг, берковец – 4 пуда (65,6 кг).

В 1736 г. решением Сената образована комиссия весов и мер, которую возглавил директор Монетного двора граф М.Г.Головков. По поручению Комиссии были изготовлены медный аршин и деревянная сажень. В качестве меры жидких тел было принято ведро московского питейного двора. В 1747 г. впервые создан русский эталонный фунт, представляющий собой бронзовую золоченую гирю, которая в течение почти ста лет оставалась эталоном массы в России.

Для Европы еще в XVIII веке было характерно исключительно большое разнообразие мер. Если в России и Англии было достигнуто некоторое единство мер, то каждый немецкий город, каждая провинция Италии, каждый кантон Швейцарии имели свои особые меры. Особенный хаос царил во Франции. Развитие же торговли требовало упорядочения мер.

Поэтому в 1790 г. в Национальное Собрание Франции было внесено предложение о создании новой системы мер «основной на неизменном прототипе, взятом из природы с тем, чтобы ее могли принять все нации».

В 1791 г. Национальное Собрание узаконило единицу длины равную десятимиллионной части четверти земного меридиана, проходящего через Париж, и назвало ее метром. В 1799 г. был изготовлен образец или эталон метра в виде платинового стержня прямоугольного сечения.

За единицу массы была принята масса 1 кубического дециметра чистой воды при температуре наибольшей ее плотности (+4ºС) и названо килограммом. Эталон килограмма был выполнен в виде платинового цилиндра. Эти образцы были сданы на хранение в архив Французской республики и получили название «архивных».

За единицу измерения объема жидких и сыпучих тел был принят литр, равный объему куба, ребро которого равно 1 дециметру.

Кратные и дольные единицы должны были находиться в десятичных соотношениях с основными мерами.

Метрические меры стали распространяться и в другие страны.

В 1835 г. царским указом «О системе Российских мер и весов» были утверждены эталоны длины и массы – платиновая сажень, равная 7 английским футам, и платиновый фунт, практически совпадающий по массе с бронзовым фунтом 1747 г. В 1842 г. было учреждено Депо образцовых мер и весов, где были помещены созданные эталоны, их копии, а также образцы иностранных мер. В 1849 г. вышел в свет капитальный труд “Общая метрология” Петрушевского Ф.И., удостоенный Демидовской премии.

Всемирная Парижская выставка 1867 г. способствовала формированию общественного мнения в пользу метрической системы. На выставке был организован Международный комитет мер, весов и монет. Русский ученый академик Б.С.Якоби сформулировал в своем докладе на этом комитете все преимущества метрической системы.

Однако практическое внедрение метрической системы затянулось на многие годы. Большую роль в распространении метрической системы сыграла Петербургская Академия Наук. Академики О.В. Струве, Г.И. Вильд и Б.С. Якоби выступили инициаторами создания Международной комиссии для изготовления первичных эталонов единиц длины, емкости и массы. Эта комиссия постановила в 1872 г., что необходимо принять за единицу длины – архивный метр, а массы – архивный килограмм, несмотря на то, что к этому времени они уже отличались от теоретических. Так, например, к этому времени было установлено, что в ¼ земного меридиана содержится не 10000000 м, а 10000856 м. Было решено, что и эти числа нельзя признать окончательными, т.к. последующие более точные измерения могут дать другие значения. Еще большие относительные расхождения были установлены при измерении объема воды.

Кроме того, ученые признали, что единицы, основанные на материальных эталонах, надежнее «естественных» и естественная единица не может быть воспроизведена с такой точностью, с какой можно изготовить копии материального эталона и определить его размер. Поэтому комиссия решила отказаться от теоретических определений метра и избрать архивные метр и килограмм в качестве исходных и изготовить их международные эталоны. 1 марта 1875 г. была созвана дипломатическая конференция по вопросу создания Международного бюро мер и весов (МБМиВ). На ней присутствовало 20 государств. 20 мая 1875 г. 17 государств подписали метрическую конвенцию и обязались содержать МБМиВ, действующее под наблюдением и руководством Международного комитета мер и весов (МКМиВ), который в свою очередь подчинялся Генеральной конференции по мерам и весам (ГК по МиВ). Последняя должна была состоять из представителей всех государств и созываться не реже 1 раза в 6 лет. МБМиВ состоял из 18 членов – представителей различных государств, избираемых на Генеральной конференции, и должен был собираться каждые 2 года.

МБМиВ поручалось хранение, сличение и поверка новых международных прототипов метра и килограмма, периодическое сличение национальных эталонов с международными и т.п.

В 1889 г. в Париже собралась первая Генеральная конференция по мерам и весам, утвердившая в качестве международных прототипов вновь изготовленные образцы.

Образец метра был изготовлен из бруска платиноиридиевого сплава (90% платины и 10% иридия) и имел поперечное сечение в форме буквы Х, вписанной в квадрат со стороной 20 мм. На обоих концах бруска на отполированных участках на расстоянии 0,5 мм один от другого нанесены 2 штриха с расстоянием между ними 0,2 мм. Поверхности, на которые нанесены штрихи, совпадают с нейтральной плоскостью, а Х-образная форма обеспечивала большое сопротивление прогибу. При возможном изгибе бруска расстояние между штрихами, расположенными в нейтральной плоскости, минимальны. Образец был признан международным прототипом метра. Метр был принят равным расстоянию между серединами средних штрихов при температуре тающего льда.

Международным прототипом килограмма был признан платиноиридиевый цилиндр высотой и диаметром 39 мм.

Образцов метра было изготовлено 34, а килограмма – 43. Образцы распределялись между участниками Генеральной конференции по жребию. Россия получила 2 образца метра (№11 и №28) и два образца килограмма (№12 и №26).

Таким образом, в 1889 г. было окончательно завершено установление метрических мер и принятие их в качестве международных.

С этого времени в России стали применять две системы мер и весов – русскую и факультативно метрическую; началось международное научное сотрудничество в области метрологии; было организовано Депо образцовых мер и весов, которое в1892 г. возглавил видный русский ученый Д.И.Менделеев (1834-1907 гг.). В 1893 г. он преобразовал его в Главную палату мер и весов, которая стала первым научно-исследовательским учреждением в области метрологии.

В 1893-1899 гг. Д.И.Менделеев восстановил прототипы русских мер и выразил их через метрические меры. В 1899 г. было утверждено «Положение о мерах и весах», которое установило систему российских мер, в основу которой было положено, что, единицей массы является фунт, равный 0,40951241 кг, а длины – аршин = 0,711200 м. Соотношение между русскими и метрическими мерами стало следующим:

Русская система мер	Метрическая система мер
1 аршин = 28 дюймов	0,7112 м
1 сажень = 3 аршинам = 7 футам	2,1336 м
1 верста = 500 саженям	1,0668 км
1 десятина = 2400 кв.саженям	10925 м 2 (1,0925 га)
1 четверть = 8 четверикам	209,9 дм 3 (209,9 л)
1 пуд = 40 фунтам	16,38 кг
1 фунт = 409,5 г	409,5 г
1 золотник	4,266 г

Установление этих соотношений облегчало введение метрической системы мер.

Однако «Положением о мерах и весах» разрешалось применять метрические меры наравне с русскими в торговле и иных сделках только по распоряжению министра. Частные лица имели право не пользоваться метрическими мерами. Поэтому метрическая система распространялась в России очень медленно и в основном в аптекарском деле, в научных работах, в электротехнической промышленности и некоторых других отраслях.

Как обязательные метрические меры были введены в России декретом Совнаркома от 14.09.1918 г. «О введении международной метрической системы мер и весов». Этим декретом с 01.01.1922 г. запрещалось изготовление старых русских мер и гирь, а с 01.01.1923 г. – их продажа; с 01.01.1924 г. запрещалось применение любых мер, кроме метрических. Но эти мероприятия не были осуществлены из-за разрухи и срок их введения был продлен до 01.01.1927 г. К этому времени измерительное хозяйство было полностью обновлено по всей стране. За образцы основных единиц были взяты копии международного метра №28 и килограмма №12.

В 1938 г. был организован Комитет по делам мер и измерительных приборов. Комитет оказывал влияние на развитие производства, выбор новых типов измерительных приборов, на организацию ремонта мер и измерительных приборов и надзора за ними. Был укреплен авторитет поверочных органов, повышена квалификация оперативно-технического персонала, привлечены специалисты с высшим образованием. Была проведена также работа по изучению состояния измерительных приборов, находящихся в эксплуатации на предприятиях и анализу их влияния на качество продукции, на технологические процессы, на выработку и расход всех видов энергии. В 1942 г. было издано постановление правительства «О мерах и контрольно-измерительных приборах, подлежащих обязательной поверке и клеймению». Принятие этого постановления в условиях войны подчеркивает общегосударственное значение и важность для обороны сохранения в стране единства мер. В послевоенные годы правительство страны обращало серьезное внимание на проблемы метрологии. На базе Главной палаты мер и весов были созданы высшие научные метрологические учреждения страны: ВНИИМ им. Д.И.Менделеева в Санкт-Петербурге и ВНИИФТРИ в Подмосковье (Всесоюзный исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений), а в регионах их филиалы.

Таким образов, в России продолжаются традиции великих русских метрологов Ф.И.Петрушевского, Д.И.Менделеева и других, а государство уделяло и уделяет проблемам метрологии огромное внимание. Благодаря действующей в стране системе обеспечения единства измерений стали возможными многие современные достижения в области науки и техники.

Следует отметить, что такая наука как информатика первоначально рассматривалась как раздел метрологии. Однако интенсивное развитие средств передачи и обработки информации привело к выделению ее в отдельную отрасль науки и техники.

Методологически современные метрология и информатика схожи. Метрология получает первичную информацию в результате измерений. При этом неизбежно возникновение погрешностей, как в средствах измерений, так и в результатах измерений. Для информатики измерительная информация является входной для различных систем передачи и обработки сигналов. В процессе передачи информации неизбежны помехи, искажающие ее и вызывающие погрешности измерений. И метрология, и информатика ставят своей основной задачей – сведение к минимуму влияния помех и погрешностей на окончательный результат измерения.

1. Дайте определение метрологии.

2. Когда в России утвердилась единая система мер?

3. Каковы размеры сажени (простой, косой, казенной, царской)? Какова длина аршина?

4. Что такое берковец и какова масса фунта, пуда?

5. В каком году в России были утверждены эталоны длины и массы?

6. Кто и когда восстановил прототипы русских мер и выразил их через метрические меры?

7. Что общего между метрологией и информатикой?

8. Какова роль русских ученых в возникновении метрических мер?

9. Что за организации МБМВ, МКМВ, ГКМВ? Когда и с какой целью они были созданы?

Источник



МЕТРОЛО́ГИЯ

МЕТРОЛО́ГИЯ (от греч. μέτρον – ме­ра, раз­мер и . ло­гия), нау­ка об из­ме­ре­ни­ях, ме­то­дах и сред­ст­вах дос­ти­же­ния их един­ст­ва и тре­буе­мой точ­но­сти. При­ме­не­ние М. по­зво­ля­ет по­лу­чать из­ме­ри­тель­ную ин­фор­ма­цию не толь­ко о ко­ли­че­ст­вен­ных, но и о ка­че­ст­вен­ных из­ме­ряе­мых свой­ст­вах объ­ек­тов во всех сфе­рах че­ло­ве­че­ской дея­тель­но­сти. Раз­ви­тие тео­рий и их прак­тич. при­ме­не­ние не­мыс­ли­мо без пер­вич­ной из­ме­рит. ин­фор­ма­ции, по­лу­чен­ной пу­тём из­ме­ре­ний в про­цес­се по­зна­ния. Эф­фек­тив­ность лю­бых бан­ков дан­ных, ин­фор­ма­ци­он­ных и др. тех­но­ло­гий, кор­рект­ность тор­го­вых опе­ра­ций на­пря­мую за­ви­сят от ка­че­ст­ва пер­вич­ной, ис­ход­ной из­ме­рит. ин­фор­ма­ции. По­сле­дую­щие об­ра­бот­ка, хра­не­ние и пе­ре­да­ча из­ме­рит. ин­фор­ма­ции не мо­гут уст­ра­нить де­фек­ты или не­дос­та­точ­ность этой ин­фор­ма­ции. На дос­ти­же­ния, сред­ст­ва и ме­то­ды М. опи­ра­ют­ся в сво­ём раз­ви­тии как фун­да­мен­таль­ные, так и при­клад­ные на­уч. на­прав­ле­ния. Раз­ви­тие М. – не­пре­мен­ное ус­ло­вие про­грес­са нау­ки и тех­ни­ки. М. под­раз­де­ля­ют на тео­ре­тич., при­клад­ную и, в си­лу её об­ществ. зна­чи­мо­сти, за­ко­но­да­тель­ную.

Теоретическая метрология

опи­ра­ет­ся на соб­ст­вен­ную, де­таль­но раз­ра­бо­тан­ную сис­те­му по­ня­тий, тер­ми­нов и нор­ма­тив­ных до­ку­мен­тов. Хо­тя в об­щей тео­рии из­ме­ре­ний ис­поль­зу­ют­ся тео­рия мно­жеств, ма­те­ма­тич. ста­ти­сти­ка, тео­рия ве­ро­ят­но­сти и др. ма­те­ма­тич. дис­ци­п­ли­ны, ис­ход­ны­ми мет­ро­ло­гич. по­ня­тия­ми яв­ля­ют­ся: из­ме­ряе­мое свой­ст­во, из­ме­ряе­мая ве­ли­чи­на, шка­ла из­ме­ре­ний и еди­ни­ца из­ме­ре­ния. По­сколь­ку су­ще­ст­ву­ют шка­лы из­ме­ре­ний без еди­ниц, но нет еди­ниц из­ме­ре­ний, су­ще­ст­вую­щих вне со­от­вет­ст­вую­щих шкал, по­ня­тие «шка­ла из­ме­ре­ний» яв­ля­ет­ся пер­вич­ным и бо­лее об­щим по срав­не­нию с по­ня­ти­ем «еди­ни­ца из­ме­ре­ния». Под шка­лой из­ме­ре­ний по­ни­ма­ют при­ня­тый по со­гла­ше­нию спо­соб оп­ре­де­ле­ния и обо­зна­че­ния (ко­ди­ро­ва­ния) все­воз­мож­ных про­яв­ле­ний (зна­че­ний) кон­крет­но­го из­ме­ряе­мо­го свой­ст­ва. При­клад­ные по­ло­же­ния тео­рии из­ме­ре­ний ос­но­ва­ны на по­ня­ти­ях: сис­те­ма еди­ниц из­ме­ре­ний, эта­лон, сред­ст­ва из­ме­ре­ний, не­оп­ре­де­лён­ность из­ме­ре­ний, по­греш­ность из­ме­ре­ний, един­ст­во из­ме­ре­ний и др.

Прикладная метрология

свя­за­на с вос­про­из­ве­де­ни­ем шкал из­ме­ре­ний, ка­либ­ров­кой средств из­ме­ре­ний, по­вер­кой средств из­ме­ре­ний. Реа­ли­за­ция раз­ме­ров еди­ниц из­ме­ре­ний, шкал из­ме­ре­ний, ме­то­дов из­ме­ре­ний осу­ще­ст­в­ля­ет­ся с ис­поль­зо­ва­ни­ем дос­ти­же­ний ес­те­ст­вен­ных на­ук (пре­ж­де все­го фи­зи­ки и хи­мии) и при­бо­ро­строе­ния. Раз­ви­тие М. на­прав­ле­но на по­выше­ние точ­но­сти из­ме­ре­ний, по­это­му боль­шие раз­де­лы М. по­свя­ще­ны ме­то­дам и ме­то­ди­кам из­ме­ре­ний, ве­ро­ят­но­ст­ным, ста­ти­стич. и экс­пе­рим. ме­то­дам оце­нок не­оп­ре­де­лён­но­стей из­ме­ре­ний, по­греш­но­стей ре­зуль­та­тов и средств из­ме­ре­ний. Обыч­но из­ме­ре­ния вы­пол­ня­ют­ся с по­мо­щью спец. уст­ройств – средств из­ме­ре­ний. При этом для дос­ти­же­ния един­ст­ва из­ме­ре­ний осу­ще­ст­в­ля­ет­ся гра­дуи­ров­ка, ка­либ­ров­ка или по­вер­ка средств из­ме­ре­ний с по­мо­щью эта­ло­нов, вос­про­из­во­дя­щих шка­лы из­ме­ре­ний или раз­ме­ры еди­ниц из­ме­ре­ний. Не­ко­то­рые из­ме­ре­ния осу­ще­ст­в­ля­ют­ся по экс­перт­ным шка­лам без яв­но­го при­ме­не­ния средств из­ме­ре­ний (напр., оцен­ки учеб­ных и спор­тив­ных дос­ти­же­ний, эко­но­мич. по­ка­за­те­лей).

Законодательная метрология

Со­по­ста­ви­мость и при­зна­ние ре­зуль­та­тов из­ме­ре­ний в стра­не и на ме­ж­ду­нар. уров­не, взаи­мо­за­ме­няе­мость де­та­лей и уст­ройств, вы­пус­кае­мых на раз­ных пред­при­яти­ях, функ­цио­ни­ро­ва­ние се­тей свя­зи и т. п. не­воз­мож­но без уни­фи­ка­ции еди­ниц и шкал из­ме­ре­ний, по­ряд­ка их ис­поль­зо­ва­ния. Эти во­про­сы ре­ша­ют­ся на ме­ж­ду­нар. и гос. уров­не за­ко­но­дат. ча­стью М., пред­ме­том ко­то­рой яв­ля­ет­ся ус­та­нов­ле­ние обя­за­тель­ных тех­нич. и юри­дич. тре­бо­ва­ний по при­ме­не­нию еди­ниц из­ме­ре­ний, эта­ло­нов, ме­то­дов и средств из­ме­ре­ний. Эти тре­бо­ва­ния на­прав­ле­ны на обес­пе­че­ние един­ст­ва из­ме­ре­ний с точ­но­стью, не­об­хо­ди­мой для за­щи­ты прав и ин­те­ре­сов отд. лиц, об­ще­ст­ва и го­су­дар­ст­ва. В за­ко­но­дат. М. ре­ша­ют за­да­чи ме­ж­ду­нар. и гос. рег­ла­мен­та­ции и над­зо­ра в об­лас­ти обес­пе­че­ния един­ст­ва из­ме­рений (ОЕИ). Та­кой дея­тель­но­стью за­ни­ма­ют­ся ме­ж­ду­нар. мет­ро­ло­гич. ор­гани­за­ции, в т. ч. Ме­ж­ду­на­род­ное бю­ро мер и ве­сов (МБМВ), нац. мет­ро­ло­гич. ин-ты (НМИ), мет­ро­ло­гич. служ­бы гос. ор­га­нов управ­ле­ния и юри­дич. лиц. Меж­ду­нар. ко­ми­тет мер и ве­сов (МКМВ), МБМВ и Ме­ж­ду­нар. орг-ция за­ко­но­дат. мет­ро­ло­гии (МОЗМ, уч­ре­ж­де­на в 1956 с уча­сти­ем СССР) ра­бо­та­ют в кон­так­те с Ме­ж­ду­нар. орг-ци­ей по стан­дар­ти­за­ции, Ме­ж­ду­нар. элек­тро­тех­нич. ко­мис­си­ей и др., что спо­соб­ст­ву­ет ме­ж­ду­нар. дос­ти­же­нию един­ст­ва из­ме­ре­ний. Цель дея­тель­но­сти МОЗМ, объ­е­ди­няю­щей бо­лее 80 го­су­дарств, – раз­ра­бот­ка об­щих во­про­сов за­ко­но­дат. М.: соз­да­ние мо­дель­но­го для го­су­дарств за­ко­на о М.; ус­та­нов­ле­ние клас­сов точ­но­сти средств из­ме­ре­ний, еди­но­об­ра­зия тре­бо­ва­ний и ре­ко­мен­да­ций по ис­пы­та­ни­ям, по­вер­ке и ка­либ­ров­ке средств из­ме­ре­ний; гар­мо­ни­за­ция по­ве­роч­ной ап­па­ра­ту­ры, ме­то­дов сли­че­ния, по­вер­ки и ка­либ­ров­ки эта­лон­ных и ра­бо­чих средств из­ме­ре­ний; вы­ра­бот­ка оп­ти­маль­ных форм ор­га­ни­за­ции мет­ро­ло­гич. служб и обес­пе­че­ние един­ст­ва гос. пред­пи­са­ний по их ве­де­нию; ока­за­ние на­уч­но-тех­нич. со­дей­ст­вия раз­ви­ваю­щим­ся стра­нам в соз­да­нии мет­ро­ло­гич. служб и ор­га­ни­за­ции их ра­бо­ты; ус­та­нов­ле­ние еди­ных прин­ци­пов под­го­тов­ки кад­ров в об­лас­ти М. При­ня­тые МОЗМ ре­ше­ния но­сят ре­ко­мен­дат. ха­рак­тер, мо­раль­но обя­зы­ваю­щий стра­ны-уча­ст­ни­цы вне­дрять их по воз­мож­но­сти.

Историческая справка

Раз­ви­тие М. на­ча­лось с по­яв­ле­ния ма­те­ри­аль­ных мер. Это под­твер­жда­ет­ся ис­то­рич. па­мят­ни­ка­ми. Ва­ви­лон­ская (хал­дей­ская) сис­те­ма из­ме­ре­ний бы­ла сис­те­мой мер; она опи­ра­лась на ма­те­риа­ли­зо­ван­ные ме­ры дли­ны и ве­са (мас­сы). Та­ки­ми же бы­ли древ­нееги­пет­ская и все позд­ней­шие сис­те­мы мер. Пер­во­на­чаль­но пред­ме­том изу­че­ния М. бы­ло опи­са­ние мно­го­об­ра­зия при­ме­няв­ших­ся во все вре­ме­на в раз­ных стра­нах мер дли­ны, пло­ща­ди, объ­ё­ма, мас­сы, вре­ме­ни и др., а так­же мо­нет и ко­ли­че­ст­вен­ных со­от­но­ше­ний ме­ж­ду ни­ми. Эти све­де­ния ос­та­ют­ся не­об­хо­ди­мы­ми при изу­че­нии ис­то­рии эко­но­ми­ки и пра­ва, ма­те­ри­аль­ной куль­ту­ры и кон­так­тов ме­ж­ду на­ро­да­ми. С воз­ник­но­ве­ни­ем и рас­про­стра­не­ни­ем мет­ри­че­ской сис­те­мы мер ис­поль­зо­ва­ние осо­бых нац. мер и еди­ниц из­ме­ре­ния по­сте­пен­но со­кра­ти­лось. Важ­ным эта­пом в раз­ви­тии М. ста­ло за­клю­че­ние в 1875 Мет­ри­че­ской кон­вен­ции, уч­ре­ж­де­ние МБМВ и соз­да­ние ме­ж­ду­нар. мет­рич. эта­лон­ных мер (см. Метр, Ки­ло­грамм). Раз­ви­тие мет­рич. кон­цеп­ции при­ве­ло к при­ня­тию в 1960 еди­ной для прак­тич. при­ме­не­ния Ме­ж­ду­на­род­ной сис­те­мы еди­ниц (СИ).

В хо­де раз­ви­тия М. по­ня­тие о кон­крет­ной ме­ре по­сте­пен­но до­пол­ня­лось аб­ст­ракт­ным по­ня­ти­ем «еди­ни­ца из­ме­ре­ния». Ана­ло­гич­но по­ня­тие «сис­те­ма мер» до­пол­ни­лось аб­ст­ра­ги­ро­ван­ным от ма­те­ри­аль­но­го во­пло­ще­ния по­ня­ти­ем «сис­те­ма еди­ниц из­ме­ре­ний». С рас­ши­ре­ни­ем сфер при­ло­же­ния М., её прин­ци­пов и прак­тич. приё­мов при­выч­ное, ус­то­яв­шее­ся оп­ре­де­ле­ние из­ме­ре­ния как экс­пе­рим. срав­не­ния из­ме­ряе­мой ве­ли­чи­ны с не­ко­то­рым её зна­че­ни­ем, при­ня­тым за еди­ни­цу из­ме­ре­ния, ут­ра­ти­ло при­су­щую ему ра­нее общ­ность. Так, к ка­че­ст­вен­ным свой­ст­вам и не­про­пор­цио­наль­ным ве­ли­чи­нам по­ня­тие еди­ни­цы из­ме­ре­ния не­при­ме­ни­мо, од­на­ко из­ме­ре­ния та­ких свойств и ве­ли­чин по стан­дар­ти­зо­ван­ным шка­лам из­ме­ре­ний весь­ма раз­ви­ты (см., напр., Ко­ло­ри­мет­рия).

Метрологические институты и организации

По­сле уч­ре­ж­де­ния в 1875 МБМВ, вслед­ст­вие рос­та гос. зна­чи­мо­сти М., в стра­нах ста­ли соз­да­вать­ся НМИ, в ко­то­рых хра­нят­ся нац. ис­ход­ные эта­ло­ны и про­во­дят­ся на­уч. ис­сле­до­ва­ния в об­лас­ти М.: Гл. па­ла­та мер и ве­сов в Рос­сии (1893, её ор­га­ни­за­то­ром и пер­вым управ­ляю­щим был Д. И. Мен­де­ле­ев), Фи­зи­ко-тех­нич. ин-т в Гер­ма­нии (1887), Нац. фи­зич. ла­бо­ра­то­рия в Ве­ли­ко­бри­та­нии (1899), Нац. бю­ро эта­ло­нов в США (1901) и т. д. В СССР су­ще­ст­во­ва­ло 11 НМИ и их фи­лиа­лов. По­яв­ле­нию НМИ в разл. го­су­дар­ст­вах и под­ня­тию на бо­лее вы­со­кий уро­вень ме­ж­ду­нар. со­труд­ни­че­ст­ва по М. спо­соб­ст­во­ва­ло под­пи­са­ние 14.10.1999 ди­рек­то­ра­ми НМИ го­су­дарств – чле­нов Мет­рич. кон­вен­ции (в т. ч. Рос­сии) «Со­гла­ше­ния МКМВ о вза­им­ном при­зна­нии нац. эта­ло­нов и сер­ти­фи­ка­тов ка­либ­ров­ки и из­ме­ре­ний, вы­да­вае­мых нац. мет­ро­ло­гич. ин­сти­ту­та­ми». Для осу­ще­ст­в­ле­ния это­го со­гла­ше­ния соз­дан ряд ме­ж­ду­нар. ре­гио­наль­ных мет­ро­ло­гич. ор­га­ни­за­ций: КООМЕТ (Ев­ро-Ази­ат­ское со­труд­ни­че­ст­во нац. мет­ро­ло­гич. ин-тов), ЕВРАМЕТ (Ев­роп. ас­со­циа­ция нац. мет­ро­ло­гич. ин-тов) и др., а так­же их Объ­е­ди­нён­ный ко­ми­тет.

В РФ функ­цио­ни­ру­ют гос. на­уч. метро­ло­гич. ин-ты (ГНМИ): Все­рос. НИИ мет­ро­ло­гии им. Д. И. Мен­де­лее­ва (ВНИИМ, быв. Гл. па­ла­та мер и ве­сов, С.-Пе­тер­бург), Все­рос. НИИ фи­зи­ко-тех­нич. и ра­дио­тех­нич. из­ме­ре­ний (ВНИИФТРИ, пос. Мен­де­лее­во Моск. обл., его фи­лиа­лы: Вос­точ­но-Си­бир­ский в Ир­кут­ске, Даль­не­во­сточ­ный в Ха­ба­ров­ске, Кам­чат­ский в Пе­тро­пав­лов­ске-Кам­чат­ском), Все­рос. НИИ оп­ти­ко-фи­зич. из­ме­ре­ний (ВНИИОФИ, Мо­ск­ва), Все­рос. НИИ рас­хо­до­мет­рии (ВНИИР, Ка­зань), Все­рос. НИИ мет­ро­ло­гич. служ­бы (ВНИИМС, Мо­ск­ва), Ураль­ский НИИ мет­ро­ло­гии (УНИИМ, Ека­те­рин­бург), Си­бир­ский гос. НИИ мет­ро­ло­гии (СНИИМ, Но­во­си­бирск). Осн. на­прав­ле­ния дея­тель­но­сти ГНМИ: фун­дам. и при­клад­ные ис­сле­до­ва­ния, экс­пе­рим. раз­ра­бот­ки и на­уч­но-тех­нич. дея­тель­ность в об­лас­ти ОЕИ; раз­ра­бот­ка, со­вер­шен­ст­во­ва­ние, со­дер­жа­ние, сли­че­ние и при­ме­не­ние гос. пер­вич­ных эта­ло­нов; уча­стие в раз­ра­бот­ке про­ек­тов нор­ма­тив­ных до­ку­мен­тов в об­лас­ти ОЕИ; про­ве­де­ние обя­зат. мет­ро­ло­гич. экс­пер­ти­зы со­дер­жа­щих­ся в про­ек­тах нор­ма­тив­ных пра­во­вых ак­тов РФ тре­бо­ва­ний к из­ме­ре­ни­ям и сред­ст­вам из­ме­ре­ний; уча­стие в ме­ж­ду­нар. со­труд­ни­че­ст­ве в об­лас­ти мет­ро­ло­гии.

Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ) в РФ

Ос­но­вы за­ко­но­да­тель­ной М. в РФ за­кре­п­ле­ны ст. 71 Кон­сти­ту­ции РФ на фе­де­раль­ном уров­не и оп­ре­де­ле­ны За­ко­ном РФ «Об обес­пе­че­нии един­ст­ва из­ме­ре­ний» и в ком­плек­се нор­ма­тив­ных до­ку­мен­тов ГСИ, в ко­то­рых ус­та­нов­ле­ны не­об­хо­ди­мые пра­во­вые, тех­нич., ор­га­ни­за­ци­он­ные и эко­но­мич. по­ло­же­ния. Гос. ре­гу­ли­ро­ва­ние в об­лас­ти ОЕИ осу­ще­ст­в­ля­ет­ся в сле­дую­щих фор­мах: ут­вер­жде­ние ти­па средств из­ме­ре­ний (в т. ч. стан­дарт­ных об­раз­цов); по­вер­ка средств из­ме­ре­ний; мет­ро­ло­гич. экс­пер­ти­за; гос. мет­ро­ло­гич. над­зор; ат­те­ста­ция ме­то­дов из­ме­ре­ний; ак­кре­ди­та­ция на вы­пол­не­ние ра­бот в об­лас­ти ОЕИ. ГСИ со­сто­ит из пра­во­вой, тех­нич. и ор­га­ни­за­ци­он­ной под­сис­тем. Пра­во­вой под­сис­те­мой ГСИ яв­ля­ет­ся ком­плекс взаи­мо­увя­зан­ных за­ко­но­дат. и под­за­кон­ных ак­тов, нор­ма­тив­ных до­ку­мен­тов, ус­та­нав­ли­ваю­щих со­гла­со­ван­ные тре­бо­ва­ния ко всем сто­ро­нам мет­ро­ло­гич. дея­тель­но­сти на ос­но­ве СИ. Тех­нич. под­сис­те­му ГСИ со­став­ля­ют: со­во­куп­ность пер­вич­ных, вто­рич­ных, ра­бо­чих и др. эта­ло­нов еди­ниц ве­ли­чин и шкал из­ме­ре­ний; со­во­куп­ность стан­дарт­ных об­раз­цов со­ста­ва и свойств ве­ществ и ма­те­риа­лов; со­во­куп­ность стан­дарт­ных спра­воч­ных дан­ных о фи­зич. кон­стан­тах и свой­ст­вах ве­ществ и ма­те­риа­лов; сред­ст­ва из­ме­ре­ний и ис­пы­та­тель­ное обо­ру­до­ва­ние, не­об­хо­ди­мые для гос. ре­гу­ли­ро­ва­ния в об­лас­ти ОЕИ; со­во­куп­ность спец. зда­ний и со­ору­же­ний для про­ве­де­ния вы­со­ко­точ­ных из­ме­ре­ний в мет­ро­ло­гич. це­лях; со­во­куп­ность н.-и., эта­лон­ных, ис­пы­та­тель­ных, по­ве­роч­ных, ка­либ­ро­воч­ных и из­ме­рит. ла­бо­ра­то­рий и их обо­ру­до­ва­ния. Ор­га­ни­зац. под­сис­те­му ГСИ со­став­ля­ют: мет­ро­ло­гич. служ­бы фе­де­раль­ных ор­га­нов ис­пол­нит. вла­сти, осу­ще­ст­в­ляю­щие нор­ма­тив­но-пра­во­вое ре­гу­ли­ро­ва­ние в об­лас­ти ОЕИ на фе­де­раль­ном уров­не и ор­га­ни­зую­щие взаи­мо­дей­ст­вие с ор­га­на­ми гос. вла­сти др. го­су­дарств и ме­ж­ду­нар. ор­га­ни­за­ция­ми в об­лас­ти ОЕИ, и под­ве­дом­ст­вен­ные ГНМИ гос. ре­гио­наль­ные цен­тры мет­ро­ло­гии (ГРЦМ), гос. служ­бы вре­ме­ни, час­то­ты и оп­ре­де­ле­ния па­ра­мет­ров вра­ще­ния Зем­ли (ГСВЧ), стан­дарт­ных спра­воч­ных дан­ных о фи­зич. кон­стан­тах и свой­ст­вах ве­ществ и ма­те­риа­лов (ГСССД), стан­дарт­ных об­раз­цов со­ста­ва и свойств ве­ществ и ма­те­риа­лов (ГССО); мет­ро­ло­гич. служ­бы – под­раз­де­ле­ния фе­де­раль­ных ор­га­нов ис­пол­нит. вла­сти, юри­дич. ли­ца или струк­тур­ные под­раз­де­ле­ния юри­дич. лиц ли­бо объ­е­ди­не­ний юри­дич. лиц, ор­га­ни­зую­щие и вы­пол­няю­щие ра­бо­ты и ус­лу­ги по ОЕИ.

Осн. функ­ция­ми ГРЦМ, ко­то­рых в Рос­сии бо­лее 80, яв­ля­ют­ся: про­ве­де­ние по­вер­ки средств из­ме­ре­ний; со­вер­шен­ст­во­ва­ние, со­дер­жа­ние и при­ме­не­ние гос. эта­ло­нов, ис­поль­зуе­мых для обес­пе­че­ния со­от­вет­ст­вия др. эта­ло­нов и средств из­ме­ре­ний гос. пер­вич­ным эта­ло­нам. Про­об­ра­за­ми ГРЦМ бы­ли По­ве­роч­ные па­лат­ки тор­го­вых мер и ве­сов, уч­ре­ж­де­ние ко­то­рых в ре­гио­нах Рос­сии на­ча­лось с 1900. ГСВЧ осу­ще­ст­в­ля­ет дея­тель­ность по вос­про­из­ве­де­нию нац. шка­лы вре­ме­ни и эта­лон­ных час­тот, по оп­ре­деле­нию па­ра­мет­ров вра­ще­ния Зем­ли, а так­же по обес­пе­че­нию по­треб­но­сти го­су­дар­ст­ва в эта­лон­ных сиг­на­лах вре­ме­ни и час­то­ты и в ин­фор­ма­ции о па­ра­мет­рах вра­ще­ния Зем­ли. ГССО осу­ще­ст­в­ля­ет раз­ра­бот­ку, ис­пы­та­ние и вне­дре­ние стан­дарт­ных об­раз­цов со­ста­ва и свойств веществ и ма­те­риа­лов в це­лях ОЕИ. ГСССД раз­ра­ба­ты­ва­ет для ОЕИ стан­дарт­ные спра­воч­ные дан­ные о фи­зич. кон­стан­тах и свой­ст­вах ве­ществ и ма­те­риа­лов.

Метрологические журналы

Осн. жур­на­ла­ми по М. в Рос­сии яв­ля­ют­ся: «Из­ме­ри­тель­ная тех­ни­ка» [1940–41, за­тем с 1955; ему пред­ше­ст­во­ва­ли жур­на­лы «По­ве­роч­ное де­ло» (1916–29), «Из­ме­ри­тель­ная тех­ни­ка и по­ве­роч­ное де­ло» (1930–38), «Мет­ро­ло­гия и по­ве­роч­ное де­ло» (1938–39)], «За­ко­но­да­тель­ная и при­клад­ная мет­ро­ло­гия» (с 1992). Меж­ду­нар. жур­на­лы по М.: «Metrolo­gia» (с 1965); «Bulletin de l’Organisati­on In­ternationale de Métrologie Légale» (с 1960).

Источник

КРАТКАЯ ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ МЕТРОЛОГИИ

Метрология, как учение, зародилась в глубокой древности. В дословном переводе с древнегреческого «метро» – мера, «логос» – речь, слово, учение или наука. Таким образом, древние под метрологией понимали науку о мерах.

В настоящее время метрология – это наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности.

Потребность измерять возникла в человеческом обществе еще на заре цивилизации.

В самых древних памятниках человеческой культуры имеются указания об измерениях, производимых человеком.

Первыми измерениями были: определение времени, измерения площадей и расстояний, измерения объема и массы (веса), измерения углов различных геометрических фигур и тел.

Первоначально определяли «что больше» или «меньше» на глаз, на продолжительность ходьбы и т.д. При этом сравнивали величины предметов с размерами собственного тела (длина локтя, ступни, расстояние между большим пальцем и мизинцем и т.д.). Например, расстояние оценивали как путь, который можно пройти от зари до зари, объем – это горсть или охапка, а масса – это вес, который легко поднимал человек.

Таким образом, все единицы были произвольными и случайными. В дальнейшем они приобрели вид вещественный, например, в виде брусков длиной равной локтю или ступне.

Археологические раскопки показывают, что уже в 2400 г. до н.э. в таких странах, как Китай, Вавилония, Египет существовало практически современное деление суток на 24 часа, часа – на 60 минут, минуты – на 60 секунд. В дальнейшем Вавилонские меры (мера длины – локоть, мера массы – талант, мера времени – минуты) перешли в Грецию, Рим, а затем в Европу.

Вплоть до конца средних веков измерения ограничивались измерениями времени, геометрических размеров и массы. С 14 века начался бурный расцвет ремесел, наук, искусств, архитектуры. В результате появились приборы для измерения вновь открытых наукой и техникой величин (давление, температура, количество теплоты, силы и др.). В настоящее время нет области знаний, где бы измерения не играли огромную роль (наука, техника, промышленность, транспорт, строительное дело, здравоохранение, просвещение, искусство и др.).

Когда возникли русские меры – трудно сказать, достоверно лишь то, что документы Х века свидетельствуют не только о наличии мер, но и провозглашают принципы государственного надзора за их правильностью. В уставе Владимира Святославовича (в Х веке) говорится : «…еже искони установлено есть и поручено есть епископам градские и везде всякие мерила спуды и весы . блюсти без пакости, ни умножати, ни умалити…». Золотой пояс князя был эталоном длины, о нем древняя Грамота говорила: «Се мера и основание» (объем «талии» князя был равен 108 см…). В Великом Новгороде была своя палата мер и весов – церковь Ивана Предтечи на Опоках, в ее подвалах с 1134 г. хранились эталоны длины и массы: «склады вощеные, пуд медовый и гривенка рублевая и локоть еваньский (иваньской)».

Из упоминаемых в древнерусских летописях самыми распространенными мерами длины были локоть, сажень и верста.

Меры длины на Руси имеют свою историю и свое содержание: и сажени, и версты менялось со временем. Так в XI веке основная путевая мера – верста (или поприще) равнялась 750 саженям, что соответствовало 1140 метрам. Мера пути «выпряжай» равнялась расстоянию между пунктами, в которых перепрягали лошадей при перевозке казенной почты. Сажени на Руси были разными: сажень простая (152 см) – расстояние между размахом вытянутых рук человека от большого пальца одной руки до большого пальца другой; сажень косая (248 см) – расстояние между подошвой левой ноги и концом среднего пальца вытянутой вверх правой руки. Исследования архитектурных памятников Древней Руси и литературных источников показали, что были еще сажени – казенная (217,6 см), малая (142,4 см), греческая (230,4 см), церковная (186,4 см), царская (197,4 см) и еще несколько саженей, названия которых установить не удалось.

Мерами сыпучих тел были кадь (4 пуда) – равная 2 половинкам, равная, соответственно, 4 четвертям или 8 осьминам. Жидкости мерили бочкой, ведром или корчагой. В бочку входило 10 ведер, а в ведро – 10 литров. В качестве мер массы использовали берковец (4 пуда), пуд (16,4 кг), гривну (409,5 г), золотник (4,27г), правила взвешивания были исключительно строги. Недопускалось касаться руками гирь и товара на чашках весов. Практиковалась перемена местами гирь и товара на чашках весов.

Переход к ценролизованному государству сопровождался созданием единых общегосударственных мер, обязательных к употреблению по всей стране.

Как писал царский опричник Генрих Штаден о царствовании Ивана Грозного, что он (Иван Грозный) «достиг того, что по всей Русской земле, по всей его державе одна вера, один вес, одна мера» – то есть еще в XVI веке в России утвердилась единая система мер.

В 1649 г. Соборным уложением были утверждены следующие меры длины верста межевая (2,16 км), сажень (2,16 м), локоть (44,5 см), аршин (71,1 см), пядь (17,78 см), верста путевая (500 саженей = 1066,8 м). Мерой же массы в XII веке оставались: фунт – 0,410 кг, пуд – 16,4 кг, берковец – 4 пуда (65,6 кг).

В 1736 г. решением Сената образована комиссия весов и мер, которую возглавил директор Монетного двора граф М.Г.Головков. По поручению Комиссии были изготовлены медный аршин и деревянная сажень. В качестве меры жидких тел было принято ведро московского питейного двора. В 1747 г. впервые создан русский эталонный фунт, представляющий собой бронзовую золоченую гирю, которая в течение почти ста лет оставалась эталоном массы в России.

Для Европы еще в XVIII веке было характерно исключительно большое разнообразие мер. Если в России и Англии было достигнуто некоторое единство мер, то каждый немецкий город, каждая провинция Италии, каждый кантон Швейцарии имели свои особые меры. Особенный хаос царил во Франции. Развитие же торговли требовало упорядочения мер.

Поэтому в 1790 г. в Национальное Собрание Франции было внесено предложение о создании новой системы мер «основной на неизменном прототипе, взятом из природы с тем, чтобы ее могли принять все нации».

В 1791 г. Национальное Собрание узаконило единицу длины равную десятимиллионной части четверти земного меридиана, проходящего через Париж, и назвало ее метром. В 1799 г. был изготовлен образец или эталон метра в виде платинового стержня прямоугольного сечения.

За единицу массы была принята масса 1 кубического дециметра чистой воды при температуре наибольшей ее плотности (+4ºС) и названо килограммом. Эталон килограмма был выполнен в виде платинового цилиндра. Эти образцы были сданы на хранение в архив Французской республики и получили название «архивных».

За единицу измерения объема жидких и сыпучих тел был принят литр, равный объему куба, ребро которого равно 1 дециметру.

Кратные и дольные единицы должны были находиться в десятичных соотношениях с основными мерами.

Метрические меры стали распространяться и в другие страны.

В 1835 г. царским указом «О системе Российских мер и весов» были утверждены эталоны длины и массы – платиновая сажень, равная 7 английским футам, и платиновый фунт, практически совпадающий по массе с бронзовым фунтом 1747 г. В 1842 г. было учреждено Депо образцовых мер и весов, где были помещены созданные эталоны, их копии, а также образцы иностранных мер. В 1849 г. вышел в свет капитальный труд “Общая метрология” Петрушевского Ф.И., удостоенный Демидовской премии.

Всемирная Парижская выставка 1867 г. способствовала формированию общественного мнения в пользу метрической системы. На выставке был организован Международный комитет мер, весов и монет. Русский ученый академик Б.С.Якоби сформулировал в своем докладе на этом комитете все преимущества метрической системы.

Однако практическое внедрение метрической системы затянулось на многие годы. Большую роль в распространении метрической системы сыграла Петербургская Академия Наук. Академики О.В. Струве, Г.И. Вильд и Б.С. Якоби выступили инициаторами создания Международной комиссии для изготовления первичных эталонов единиц длины, емкости и массы. Эта комиссия постановила в 1872 г., что необходимо принять за единицу длины – архивный метр, а массы – архивный килограмм, несмотря на то, что к этому времени они уже отличались от теоретических. Так, например, к этому времени было установлено, что в ¼ земного меридиана содержится не 10000000 м, а 10000856 м. Было решено, что и эти числа нельзя признать окончательными, т.к. последующие более точные измерения могут дать другие значения. Еще большие относительные расхождения были установлены при измерении объема воды.

Кроме того, ученые признали, что единицы, основанные на материальных эталонах, надежнее «естественных» и естественная единица не может быть воспроизведена с такой точностью, с какой можно изготовить копии материального эталона и определить его размер. Поэтому комиссия решила отказаться от теоретических определений метра и избрать архивные метр и килограмм в качестве исходных и изготовить их международные эталоны. 1 марта 1875 г. была созвана дипломатическая конференция по вопросу создания Международного бюро мер и весов (МБМиВ). На ней присутствовало 20 государств. 20 мая 1875 г. 17 государств подписали метрическую конвенцию и обязались содержать МБМиВ, действующее под наблюдением и руководством Международного комитета мер и весов (МКМиВ), который в свою очередь подчинялся Генеральной конференции по мерам и весам (ГК по МиВ). Последняя должна была состоять из представителей всех государств и созываться не реже 1 раза в 6 лет. МБМиВ состоял из 18 членов – представителей различных государств, избираемых на Генеральной конференции, и должен был собираться каждые 2 года.

МБМиВ поручалось хранение, сличение и поверка новых международных прототипов метра и килограмма, периодическое сличение национальных эталонов с международными и т.п.

В 1889 г. в Париже собралась первая Генеральная конференция по мерам и весам, утвердившая в качестве международных прототипов вновь изготовленные образцы.

Образец метра был изготовлен из бруска платиноиридиевого сплава (90% платины и 10% иридия) и имел поперечное сечение в форме буквы Х, вписанной в квадрат со стороной 20 мм. На обоих концах бруска на отполированных участках на расстоянии 0,5 мм один от другого нанесены 2 штриха с расстоянием между ними 0,2 мм. Поверхности, на которые нанесены штрихи, совпадают с нейтральной плоскостью, а Х-образная форма обеспечивала большое сопротивление прогибу. При возможном изгибе бруска расстояние между штрихами, расположенными в нейтральной плоскости, минимальны. Образец был признан международным прототипом метра. Метр был принят равным расстоянию между серединами средних штрихов при температуре тающего льда.

Международным прототипом килограмма был признан платиноиридиевый цилиндр высотой и диаметром 39 мм.

Образцов метра было изготовлено 34, а килограмма – 43. Образцы распределялись между участниками Генеральной конференции по жребию. Россия получила 2 образца метра (№11 и №28) и два образца килограмма (№12 и №26).

Таким образом, в 1889 г. было окончательно завершено установление метрических мер и принятие их в качестве международных.

С этого времени в России стали применять две системы мер и весов – русскую и факультативно метрическую; началось международное научное сотрудничество в области метрологии; было организовано Депо образцовых мер и весов, которое в1892 г. возглавил видный русский ученый Д.И.Менделеев (1834-1907 гг.). В 1893 г. он преобразовал его в Главную палату мер и весов, которая стала первым научно-исследовательским учреждением в области метрологии.

В 1893-1899 гг. Д.И.Менделеев восстановил прототипы русских мер и выразил их через метрические меры. В 1899 г. было утверждено «Положение о мерах и весах», которое установило систему российских мер, в основу которой было положено, что, единицей массы является фунт, равный 0,40951241 кг, а длины – аршин = 0,711200 м. Соотношение между русскими и метрическими мерами стало следующим:

Русская система мер	Метрическая система мер
1 аршин = 28 дюймов	0,7112 м
1 сажень = 3 аршинам = 7 футам	2,1336 м
1 верста = 500 саженям	1,0668 км
1 десятина = 2400 кв.саженям	10925 м 2 (1,0925 га)
1 четверть = 8 четверикам	209,9 дм 3 (209,9 л)
1 пуд = 40 фунтам	16,38 кг
1 фунт = 409,5 г	409,5 г
1 золотник	4,266 г

Установление этих соотношений облегчало введение метрической системы мер.

Однако «Положением о мерах и весах» разрешалось применять метрические меры наравне с русскими в торговле и иных сделках только по распоряжению министра. Частные лица имели право не пользоваться метрическими мерами. Поэтому метрическая система распространялась в России очень медленно и в основном в аптекарском деле, в научных работах, в электротехнической промышленности и некоторых других отраслях.

Как обязательные метрические меры были введены в России декретом Совнаркома от 14.09.1918 г. «О введении международной метрической системы мер и весов». Этим декретом с 01.01.1922 г. запрещалось изготовление старых русских мер и гирь, а с 01.01.1923 г. – их продажа; с 01.01.1924 г. запрещалось применение любых мер, кроме метрических. Но эти мероприятия не были осуществлены из-за разрухи и срок их введения был продлен до 01.01.1927 г. К этому времени измерительное хозяйство было полностью обновлено по всей стране. За образцы основных единиц были взяты копии международного метра №28 и килограмма №12.

В 1938 г. был организован Комитет по делам мер и измерительных приборов. Комитет оказывал влияние на развитие производства, выбор новых типов измерительных приборов, на организацию ремонта мер и измерительных приборов и надзора за ними. Был укреплен авторитет поверочных органов, повышена квалификация оперативно-технического персонала, привлечены специалисты с высшим образованием. Была проведена также работа по изучению состояния измерительных приборов, находящихся в эксплуатации на предприятиях и анализу их влияния на качество продукции, на технологические процессы, на выработку и расход всех видов энергии. В 1942 г. было издано постановление правительства «О мерах и контрольно-измерительных приборах, подлежащих обязательной поверке и клеймению». Принятие этого постановления в условиях войны подчеркивает общегосударственное значение и важность для обороны сохранения в стране единства мер. В послевоенные годы правительство страны обращало серьезное внимание на проблемы метрологии. На базе Главной палаты мер и весов были созданы высшие научные метрологические учреждения страны: ВНИИМ им. Д.И.Менделеева в Санкт-Петербурге и ВНИИФТРИ в Подмосковье (Всесоюзный исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений), а в регионах их филиалы.

Таким образов, в России продолжаются традиции великих русских метрологов Ф.И.Петрушевского, Д.И.Менделеева и других, а государство уделяло и уделяет проблемам метрологии огромное внимание. Благодаря действующей в стране системе обеспечения единства измерений стали возможными многие современные достижения в области науки и техники.

Следует отметить, что такая наука как информатика первоначально рассматривалась как раздел метрологии. Однако интенсивное развитие средств передачи и обработки информации привело к выделению ее в отдельную отрасль науки и техники.

Методологически современные метрология и информатика схожи. Метрология получает первичную информацию в результате измерений. При этом неизбежно возникновение погрешностей, как в средствах измерений, так и в результатах измерений. Для информатики измерительная информация является входной для различных систем передачи и обработки сигналов. В процессе передачи информации неизбежны помехи, искажающие ее и вызывающие погрешности измерений. И метрология, и информатика ставят своей основной задачей – сведение к минимуму влияния помех и погрешностей на окончательный результат измерения.

1. Дайте определение метрологии.

2. Когда в России утвердилась единая система мер?

3. Каковы размеры сажени (простой, косой, казенной, царской)? Какова длина аршина?

4. Что такое берковец и какова масса фунта, пуда?

5. В каком году в России были утверждены эталоны длины и массы?

6. Кто и когда восстановил прототипы русских мер и выразил их через метрические меры?

7. Что общего между метрологией и информатикой?

8. Какова роль русских ученых в возникновении метрических мер?

9. Что за организации МБМВ, МКМВ, ГКМВ? Когда и с какой целью они были созданы?

Источник