Глава I. История метрологии

ВВЕДЕНИЕ

 

Метрология – наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности.

 

Комплекс правил, требований и норм, обязательных для исполнения в определенной области деятельности, дает нормативно-технический документ (НТД). Он разрабатывается в установленном порядке и утверждается компетентным органом.

 

Главный вид НТД – стандарт. Государственный стандарт (ГОСТ 16263-70 ГСИ." Метрология. Термины и определения" и МИ 2247-94) дает определение метрологии (РМГ 29-94).

 

Измерение включает сравнение неизвестного размера с известным и выражение первого через второй в кратном или дольном отношении.

 

Для обеспечения единства измерений исходная мера, с которой производится сравнение, должна быть установлена законодательным путем.

 

Результат сравнения неизвестного размера с известным – случайная величина, поэтому истинное значение измеряемого размера устанавливается с неопределенностью.

 

Единство измерений обеспечивается при регламентации требований к средствам и методикам выполнения измерений, алгоритмам обработки и формам представления результатов.

Понятие "метрология" базируется на двух понятиях: " измерение " и "единство

измерения".

 

Задачи метрологии:

1. Развитие общей теории измерений

2. Установление единиц физических величин

3. Разработка методов и средств измерений, способов определения точности измерений

4. Обеспечение единства измерений и единообразия средств измерений (СИ)

5. Установление эталонов

6. Разработка методов передачи размеров единиц от эталонов к рабочим и технологическим СИ.

 

ГЛАВА I. ИСТОРИЯ МЕТРОЛОГИИ

§1. Зарождение измерений и совершенствование мер

 

В древних странах (Китай, Вавилон, Египет) уже использовали при измерениях понятия вещественных мер и единиц измерений. В Вавилоне приняли, что в сутках 24 часа, в 1 часе 60 минут, в 1 минуте 60 секунд. Вавилонские меры (длины – локоть, массы – талант, мин) перешли в Грецию и Рим. Использовались и другие, подручные средства.

Например, в Киевской Руси применяли для измерения длины вершок (верх перста – длина концевой фаланги указательного пальца; пядь – расстояние между концами вытянутых большого и указательного пальцев; локоть – расстояние от локтя до конца среднего пальца (»44,5см); сажень равнялась 3 локтям; косая сажень – расстояние от подошвы левой ноги до конца среднего пальца вытянутой вверх правой руки; верста – для измерения больших расстояний. В XVII веке сажень приравняли трем аршинам.

Однако давно было обнаружено несоблюдение единства мер. Есть даже поговорка: "Всяк мерит на свой аршин".

 

Были попытки стандартизации мер для обеспечения их единства. «Королевский фут» был размером ступни Карла Великого. «Золотой пояс» великого князя Святослава Ярославича (1070-е годы) был образцовой мерой длины.

До конца средних веков не было метрологической службы. Иногда применяли образцовые меры и хранили их в церквах и монастырях.

В Двинской грамоте Ивана Грозного (1550г.) даны правила хранения и передачи размера меры сыпучих веществ – осьмины. Ее медные экземпляры были на хранении у выборных людей. С этих мер делали клейменые деревянные копии для городских померщиков, а с тех – деревянные копии для использования в обиходе. Образцовые меры хранились централизованно в приказах Московского государства. Это говорит о создании государственной системы обеспечения единства измерений и метрологической службы.

При расширении экономических связей устанавливали соотношение мер с иностранными. Был договор Великого Новгорода с немецкими городами и Готландом (1269г.), другие соглашения. Надзор за мерами проводили Померная изба и Большая таможня.

Во время правления Петра I метрологическое обслуживание в торговле вела Коммерц-коллегия. Адмиралтейств-коллегия проверяла угломерные приборы, компасы.

Берг-коллегия следила за измерительным хозяйством горных заводов.

Петербургская академия наук воспроизводила угловые единицы, единицы времени и температуры. Были образцовые меры и копии эталонов.

 

В 1736г. по решению Сената образована Комиссия весов и мер (председатель – директор монетного двора граф М.Г. Головкин). В состав комиссии входил Л. Эйлер. Меру длины комиссия изготовила в виде медного аршина и деревянной сажени. Мера жидких веществ – ведро. Был создан русский эталонный фунт. Работа закончилась только в 1747г. изготовлением бронзовой золоченой гири. Она стала государственным эталоном русских мер веса.

Предлагались естественные меры и единицы измерений. Естественная мера времени – период вращения Земли. Относительная погрешность определения секунды как 1/86400 части среднего периода обращения Земли вокруг оси оказалась равной 10^-7. Это значительно точнее вещественных мер времени (песочных часов, сложных механизмов)

В 1664г. Гюйгенс предложил использовать свойство изохронности колебаний математического маятника для выражения меры длины через естественную меру времени.

Период колебания T маятника зависит от его длины l

, (g = const – ускорение свободного падения).

Поэтому единицей длины могла бы стать 1/3 длины маятника с периодом колебаний, равным 1сек. Это обсуждалось в Комиссии мер и весов в России. Хотели определить сажень через длину меридиана Земли. Из-за отсутствия средств и специалистов от этого отказались. Это были первые проекты системы мер, основанной на физических постоянных.

Только в 1824г. в Англии установили единицу длины ярд через длину секундного маятника.

 

§2. Метрическая система. Менделеевский период развития метрологии в России

Систему измерений на десятичной основе предложил французский астроном Г.Мутон (XVII век). В 1791г. Учредительное собрание Франции по предложению Парижской академии узаконило единицу длины – метр – длину десятимиллионной части четверти земного меридиана, проходящего через Париж.

Комиссия Лагранжа рекомендовала десятичное подразделение кратных и дольных единиц. Метрическая система была задумана международной

- ­­В 1795г. Конвент принял закон о введении метрической системы во Франции.

- К 1799г. комиссарами, в число которых входили ученые Кулон, Лаплас, Лавуазье и др., изготовлен эталон метра – платинового стержня. Единица площади – 1м², единица объема – 1м³, единица массы – килограмм, (масса кубического дециметра воды при +4^оС). Эталоном стал платиновый цилиндр.

 

Эталоны метра и килограмма хранились в архиве Французской республики. Их назвали архивным метроми архивным килограммом.

 

Единица объема жидких и сыпучих тел – 1литр (объем куба с ребром 1 дециметр)

 

Метрическая система внедрялась с трудом. Только с 1840г. стала обязательной во Франции.

 

В России в 1797г. принят закон « Об учреждении повсеместно в Российской империи верных весов, питейных и хлебных мер ».

В 1827г. – комиссия для разработки российских образцовых мер и весов.

1835г. – указ об их узаконении.

Основные русские меры:

- платиновая сажень (7 английских футов)

- платиновый фунт (образец 1747г.)

- ведро, мера жидких тел (объем 30 фунтов воды)

- четверик, мера сыпучих тел (объем 64 фунтов воды)

(Установлена зависимость мер массы и объема)

 

1842г. В С-Петербурге первое централизованное метрологическое и поверочное учреждение России Депо образцовых мер и весов

«Положение о мерах и весах» – основа государственного обеспечения единства измерений. Надзор – министерства финансов и внутренних дел.

 

Первый ученый – хранитель Депо – академик А.Я.Купфер, его преемник – профессор

В.С. Глухов (с 1865 по 1892 г.г.)

1849г. – капитальный труд Ф.И. Петрушевского «Общая метрология» (Демидовская премия императорской Академии наук)