Історичний огляд розвитку метрології

Завдання: представте матеріал у вигляді конспекту.

Метрологія виникла як наука про різноманітні міри і співвідношення між ними. Слово утворено з двох грецьких слів: ετρον "метрон" – міра і λογοξ "логос" – вчення, що в буквальному перекладі – ”вчення про міри”. Проблема уніфікації методів та засобів вимірювання сягає своїми коренями у сиву давнину, що, власне, і визначає потребу в єдності, тобто стандартизації мір, та є підґрунтям формування метрології як науки. Метрологія має велике значення для прогресу природничих і технічних наук, оскільки підвищення точності вимірювань – один із засобів вдосконалення шляхів пізнання природи людиною, відкриттів і практичного застосування точних знань.

Для забезпечення науково(технічного прогресу метрологія повинна випереджати в своєму розвитку інші області науки і техніки, бо для кожної з них точні вимірювання є одним з основних шляхів їх вдосконалення.

Вимірювання, один з важливих шляхів пізнання природи, дає кількісну характеристику оточуючого нас світу, допомагає розкрити діючі у ньому закономірності. Д.І Менделєєв підкреслював значення вимірювання для науки: “Наука починається з тих пір, коли починають вимірювати... точна наука немислима без міри”. Широке коло величин, що підлягають вимірюванню, визначається різноманіттям явищ, з якими доводиться зустрічатись на практиці. Отже, професійна діяльність, зокрема в метрологічній області, пов’язана з вимірюванням великої кількості фізичних величин.

Немає ні однієї області практичної діяльності людини без кількісних оцінок, що отримані в результаті вимірювань. Як тільки людина з’являється на світ, ще не має імені, але нам стає відомо про її ріст, вагу, температуру. Вимірювання мали велике значення в сучасному супільстві. Вони служать не тільки основою науково-технічних знань, але мають першорядне значення для обліку матеріальних ресурсів і планування, для внутрішньої і зовнішньої торгівлі, для забезпечення якості продукції, взаємозамінності вузлів і деталей і вдосконалення технології, для забезпечення безпеки праці і інших видів людської діяльності.

Вимірювання виникло ще на зорі розвитку людства, коли людина почала виготовляти та користуватися різними засобами, знаряддями, свідомо виробляти певну продукцію. До нас дійшли такі одиниці вимірювання фізичних величин, як: карат, що в перекладі з південно(східних мов означає «горошина»; лікоть, сажень, верста, які в Київськiй Русі використовувалися як міри довжини.

Стародавнє походження мають одиниці часу: рік, місяць, година, які були визначені ще у Вавилоні на основі астрономічних спостережень. Пiзніше одна секунда була визначена як 1/86400 частина періоду обертання Землі навколо своєї осі. У Вавилоні в 11 ст. до н.е. час вимiрювався у мiнах, яка дорівнювала проміжку часу (рiвному, приблизно, двом астрономiчним годинам), за який із прийнятих у Вавілоні водяних годинників витікала «міна» води, маса якої становила 500 г. 3 часом водяні годинники були замінені пісочними, а ще пізнiше – більш складними маятниковими механізмами, на розробку та вдосконалення яких математик Гюйгенс затратив біля 40 років свого життя. Визначну роль у появі нових сучасних одиниць вимірювання відіграла метрична система одиниць, що була введена у Франції, пiсля чого були створенi платинові прототипи кілограма і метра, які передані до Архіву Франції.

Історія забезпечення єдиності вимірювань на Прикарпатті сягає в глибоку давнину. У Галицькому князівстві віддавна застосовувались загальнослов'янські міри ваги, об'єму, довжини. Конституцією Польщі в 1565 р., а пізніше, в 1764 р., в Галичині вони були закріплені в ряд загальнодержавних мір. У 1788 р. австрійським спеціальним декретом для нагляду за мірами була створена спеціальна державна служба – Інспекторат мір і ваг при Галицькому намісництві (у Львові), що складався з 6 чоловік. У 1871 р. в Галичині, як і у всій Європі, були впроваджені метричні міри, а в 1875 р. прийнято закон “про створення органів державного метрологічного нагляду на місцях”. У цьому ж році в Парижі було підписано міжнародну конвенцію про міри і створено Міжнародну Комісію мір і ваг та Генеральну конфедерацію по мірах і вагах, що збиралась 1 раз на 6 років. У 1904 р. була створена Міжнародна Електротехнічна Комісія, основною діяльністю якої було забезпечення єдності електротехнічних вимірювань. Оскільки тодішня Австро-Угорщина бала активним членом цих міжнародних організацій, можна сказати, що на початку XX ст. в Галичині була розвинута метрологічна служба і відповідна технічна база. За часів колишнього СРСР у лютому 1940 р. при тодішньому Станіславському облвиконкомі був створений підрозділ працівників державної метрологічної служби Комітету у справах мір і вимірювальних приладів.

Для міжнародної координації з питань стандартизації та метрології в 1946 р. були утворена Міжнародна організація по стандартизації (ISO), а в 1956 р Міжнародна Організація законодавчої Метрології (МОЗМ), активним членом якої на сьогоднішній день є Україна.

1. Основні поняття та значення метрології

Завдання: на основі навчального матеріалу складіть тези.

Зі здобуттям незалежності в Україні питаннями стандартизації та метрології займається державний Комітет по стандартизації, метрології та сертифікації (Держстандарт України). Державний стандарт Украіни ДСТУ 2681-94 "Метрологія. Терміни та визначення" лаконічно визначає метрологію як науку про вимiрювання. Деталізуючи це визначення, можна сказати, що метрологія – це наука про вимірювання, методи і засоби забезпечення єдності вимірювань та способи досягнення потрібної точності. Пiд єдністю вимірювань розуміють такий їх стан, при якому результати вимірювань виражаються в узаконених одиницях, а їх похибки відомі з заданою ймовірністю.

Вимірювання забезпечують зв'язок з об'єктом досліджень чи керування в тій чи іншій галузі техніки. На першому етапі розвитку вимірювань діяли, головним чином, тенденції диференціації: кожна галузь вимірювань розвивалась відокремлено. Виникли окремі галузі вимірювальної техніки: техніка вимірювань механічних величин, електричних величин і т.д. Метрологія об'єднує єдиною теорією, єдністю понять, методами і засобами різні галузi вимірювальної техніки. При створенні складних інформаційно-вимiрювальних систем, для оптимального розв'язку складних вимірювальних задач необхідне широке узагальнення результатів, отриманих у рiзних галузях вимірювань. Цi обставини і сприяють посиленню інтеграції в сучасній метрології та вимірювальній техніці.

Метрологія розвивається як єдина наука, що охоплює філософські питання вимірювань і вирішує наступні завдання: створення еталонів та мір, вимірювальних приладів і вимірювальних інформаційних систем, розроблення методів вимірювальних перетворень, методів оцінювання точності результатів вимірювань тощо. Такий розвиток метрології об'єднує набутий досвід метрологів, працівників приладобудівних вимірювальних служб і вiдображає тенденції до інтеграції. Предмет, методи та засоби метрології сформульовані наступним чином. Предметом метрології є отримання кiлькісної та якісної інформації про властивість фізичних об'єктiв та процесів, встановлення та застосування наукових і організаційних основ, правил та норм, потрібних для досягнення єдності та необхідної точностi. Методи метрології – сукупність фізичних та математичних методів, що використовуються для одержання вимірювальної інформації із заданими точністю та достовірністю (методів вимірювальних перетворень, методів вимірювань та опрацювання результатів спостережень, планування вимірювального експерименту). Засоби метрології – це сукупнiсть засобiв вимірювальної техніки та засобів контролю, які вдосконалюються і розвиваються на основі об'єктивних законів.

Для забезпечення високого рівня вимірювань не досить мати теоретичну базу та засоби вимірювальної техніки, необхідне вміння правильного користування ними. Тому метрологія виступає в двох аспектах: науково-технiчному та законодавчому. В науково(технічному аспекті змістом метрології є вирішення наукових і технічних задач, які забезпечують створення сучасних еталонів, засобів та методів вимірювань, методів оцінювання точності вимірювань тощо, а в законодавчому – створення регламентованих державою загальних правил, вимог та норм, які забезпечували б високий рівень вимірювальної справи і мали би наукову основу.

Процесу вимірювання властива одна фундаментальна особливість, яка полягає в єдності методології оцінки ступеня досягнення поставленої мети. Ця методологія узагальнюється саме теоретичним і практичним аспектом метрології.

За призначенням (або предметом) метрологія має три розділи: теоретична метрологія, законодавча метрологія та практична метрологія.

Теоретична (або фундаментальна) метрологія – це розділ метрології, предметом якого є розробка фундаментальних основ метрології.

Законодавча метрологія – розділ метрології, предметом якого є встановлення обов’язкових технічних і юридичних вимог щодо застосування одиниць вимірювань (фізичних величин), еталонів, методів вимірювань і засобів вимірювальної техніки, направлених на забезпечення єдності та необхідної точності вимірювань в інтересах суспільства.

Практична (або прикладна) метрологія – розділ метрології, предметом якого є практичне застосування розробок теоретичної метрології і положень законодавчої метрології.

Єдність вимірювань − стан вимірювань, при якому їхні результати виражаються в узаконених одиницях вимірювань, похибки вимірювань відомі та із заданою ймовірністю не виходять за встановлені границі.

Забезпечення єдності вимірювань – головне завдання метрології. Воно є необхідним для зіставлення результатів вимірювань, виконаних у різний час, у різних місцях, різними методами і засобами, різними експериментаторами. Єдність вимірювань забезпечується метрологічними службами в Україні. Забезпечення єдності вимірювань – діяльність метрологічних служб, що направлена на досягнення і підтримання єдності вимірювань згідно із законодавчими актами, а також правилами і нормами, встановленими державними стандартами та іншими нормативними документами по забезпеченню єдності вимірювань у країні. Забезпечення єдності вимірювань здійснюється за нормативними документами, до яких належать державні стандарти, міжнародні (регіональні) стандарти, правила, положення, інструкції та рекомендації, що містять норми і вимоги.

Метрологія має важливе значення для науково-технічного прогресу, оскільки без вимірювань, без постійного підвищення їх точності неможливий розвиток жодної з галузей науки і техніки. Завдяки точним вимірюванням стали можливими численні фундаментальні відкриття. Наприклад, вимірювання густини води з підвищеною точністю обумовило відкриття у 1932 р. важкого ізотопу водню — дейтерію, мізерний вміст якого у звичайній воді здатний збільшувати її густину.

Розвиток науки і промисловості стимулював розвиток вимірювальної техніки, а удосконалення вимірювальної техніки, у свою чергу, активно впливали на розвиток багатьох галузей науки і техніки. Жодне наукове дослідження чи процес виробництва не може обійтися без вимірювань, без вимірювальної інформації. Ні в кого немає сумніву відносно того, що без розвитку методів і засобів вимірювання прогрес у науці і техніці неможливий.

Сучасні досягнення у галузі радіоелектроніки були б неможливі без нових технологій і високоточних вимірювань товщини шарів напилення у мікросхемах і чистоти напівпровідників. Впровадження нових технологій грунтується на нових засобах вимірювань, принципи роботи яких розроблені з урахуванням останніх наукових досягнень і відкриттів. Розвиток сучасного наукового експерименту при дослідженні космосу, елементарних частинок матерії, складних технологічних процесів і об'єктів залежить від своєчасного і якісного збору вимірювальної інформації, від необхідного рівня і випереджаючого розвитку засобів вимірювання.

Поряд з метрологією формувалися теоретичні основи вимірювальної техніки в цілому та окремих видів вимірювань, наприклад, електричні, оптичні, механічні. Нові засоби вимірювальної техніки розробляються на основі сучасних досягнень у галузі математики, фізики, радіоелектроніки, біології, теорії автоматичного управління, теорії зв'язку тощо. Перелічені галузі науки у свою чергу використовують досягнення теорії вимірювань, метрології, вимірювальної техніки. Так, спеціалісти обчислювальної техніки розробляють аналогово-цифрові перетворювачі, вимірювальні комутатори і відповідне метрологічне забезпечення.

До недавнього часу засоби вимірювальної техніки обмежувалися показувальними та автоматичними приладами для вимірювання окремих технологічних параметрів. В останні роки у зв'язку з різним рівнем інтенсифікації і автоматизації сучасних технологічних процесів підхід до вимірювань суттєво змінився. Виникла потреба у своєчасному одержанні, опрацюванні й записах потоків вимірювальної інформації, що зумовило виникнення інформаційно-вимірювальних систем, здатних відтворювати на екранах дисплея повну інформацію про стан об'єкта, давати поради оператору, відображати значення того чи іншого параметра і прогнозувати подальшу його зміну.

Для забезпечення науково-технічного прогресу метрологія повинна випереджати у своєму розвитку інші галузі науки, бо для кожної з них точні вимірювання і достовірна інформація є основоположними.