Краткая история развития метрологии.

Напомним, что метрология - это наука об измерениях, методах и средст­вах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности.

Потребность в измерениях возникла еще в древние времена. Вначале это были примитивные измерения. При этом человек сравнивал наблюдаемые им предметы, например, с размерами собственного тела, например, «ладонь» (ширина четырёх пальцев без большого); «пядь» (расстояние между пальцами расставленного большого и среднего пальцев); «фут» (длина ступни); «шаг» и др. Так, древние египтяне ис­пользовали меру длины «локоть», за которую принималось расстояние между локтем фараона и концами пальцев его руки. Для обеспечения единства этой меры были установлены образцы локтя, изготовленные из каменных брусков.

С течением времени для измерения люди стали использовать специаль­ные вещественные, а затем и естественные меры. Так, в Англии в 14 веке были узаконены «дюйм» (равный длине трёх приставленных друг к другу ячменных зёрен), «фут» (ширина 64 ячменных зёрен, положенных бок о бок) и др. Например, в качестве меры времени использовали водяные часы, а позднее для этой цели стали использо­вать период вращения земли. В России была установлена точная величина аршина и полусажени (длиной в 14 английских дюйма).

Начали появляться так называемые сопряженные величины, т.е. единицы, находящиеся во взаимной связи – верста, сажень, аршин (верста = 500 саженям = 1500 аршинам).

Различные меры применялись не только в различных государствах, но и внутри отдельного государства, что к началу 18 века привело к хаосу мер и единиц.

Развитие науки, техники, торговли потребовало ликвидации многочисленности единиц. Решение этой проблемы позволило создать метрическую систему мер, в основу которой были положены единицы длины, площади, объёма и массы. Впервые это произошло во Франции в конце 18 века. Основанная на единице длины – метре, она и получила название метрической. Метр был получен путем геодезических измерений и равнялся одной десятимиллионной части четверти дуги парижского меридиана.

В 1875 г. после подписания Метрической конвенции метрическая система мер получила международное признание. После подписания Метрической конвенции было разработано множество систем единиц для различных областей измерений: СГС, МКС, СГСМ и т.д. Поэтому возникла необходимость унификации единиц. В 1960 г. Генеральная конференция по мерам и весам приняла Международную систему единиц физических величин – систему СИ. С 1 января 1980 г. Международная система мер является обязательной у нас в стране.

Развитие торговли, мореходства, появление промышленности потребовали создания специальных технических средств измерений различных величин. В связи с интенсивным изучением электричества возникла необходимость и в создании технических средств для измерения различных электрических вели­чин. Приведем несколько знаменательных дат.

1745 г. - русским академиком Г.В. Рихманом был создан прибор, позволяющий оценивать разность потенциалов при изучении атмосферного электричества.

1820 г. - А. Ампер демонстрировал первый гальванометр, представляю­щий собой магнитную стрелку, на которую действует поле проводника с изме­ряемым током.

1837 г. - Швейцарский физик о де ла Рив изобрел тепловой электроизме­рительный прибор.

1867 г. - У. Томсоном (Хельвиным) был предложен гальванометр с под­вижной катушкой и неподвижным электромагнитом.

1881 г. Немецкий инженер Ф. Уппенбор изобрел электромагнитный прибор с элептическим сердечником.

Для воспроизведения, хранения и передачи размера единиц различных величин с помощью специальных мер - эталонов в некоторых странах были созданы специальные метрологические учреждения.

В России таким учреждением явилось, созданное в 1842 г. Депо образцовых мер и весов.

В 1892 году ученым хранителем в Депо образцовых мер и весов назна­чают гениального русского ученого Дмитрия Ивановича Менделеева.

Он по сути дела был основоположником научного этапа развития мет­рологии в нашей стране и посвятил этой деятельности последние 15 лет своей жизни.

Придавая большую роль метрологии, Д.И. Менделеев говорил: «Наука начинается с тех пор, как начинают измерять. Точная наука немыслима без ме­ры».

В 1893 году Д.И.. Менделеев реорганизует Депо в Главную палату мер и весов. Это было по существу рождением нынешнего научно - производствен­ного объединения «НИИМ им. Д.И. Менделеева» и началом отечественной метрологической службы.

Являясь управляющим Главной палатой, он создает в ней научные лабо­ратории измерения электрических величин и времени. Затем термометриче­скую, водомерную, манометрическую, фотометрическую и другие лаборатории, которые оснащает всем необходимым для проведения физических исследова­ний и создания национальной системы эталонов единиц физических величин, также для повышения точности средств измерений, применяемых в науке, про­мышленности и торговле.

Наряду с развитием научных основ метрологии Главной палатой прово­дилась также большая практическая работа по организации поверочной службы в стране, которая вела поверку и клеймение мер и весов для « сохранения в го­сударстве единообразия верности и взаимного соответствия мер и весов».

Признанием вклада и заслуг Д. И. Менделеева в развитии мировой мет­рологии явилось избрание его в 1895 г. членом, а в 1901 году- почетным членом Международного комитета мер и весов.

В сентябре 1918 года СНК РСФСР принял декрет «О введении между­народной метрической системы мер и весов», в дальнейшем был осуществлен комплекс мер по созданию государственной метрологической службы и науч­ных учреждений.

В 1922 году в составе Главной палаты мер и весов был образован поверочный институт, обеспечивающий единую систему мер и весов на основе закона « О мерах и весах» (1924 г.).

В 1925 году был создан Комитет по стандартизации, председателем ко­торого назначен В. В. Куйбышев. Он считал, « что работа по стандартизации должна идти не только одним темпом с народным хозяйством, но и опережать его».

Высокие темпы индустриализации промышленности потребовали осо­бого внимания к вопросам стандартизации.

В 1930 году Главная палата мер и весов была объединена с Комитетом по стандартизации и преобразована во Всесоюзный институт метрологии и стандартизации, который в 1934 году был переименован во Всесоюзный научно - исследовательский институт метрологии имени Д.И. Менделеева (ВНИИМ им. Менделеева).

В 1938 году был создан Комитет по делам мер и измерительных прибо­ров при СНК СССР.

В 1940 году было принято постановление СНК СССР «О создании Все­союзного комитета по стандартизации при Совнаркоме СССР».

В этот период значительный вклад в дело развития метрологии и стан­дартизации внесли такие видные советские ученые как М. А. Шателен, М. Ф. Маликов, Е. Г. Шрамков, Л.В. Залуцкий, В.М. Яновский, С. В. Горбацевич, К. П. Широков, И. Н. Кротков, В. Т. Чернышев, А. К. Колосов, Н. Г. Егоров ,А. Н. Георгиевский и т. д.

Начавшаяся Великая Отечественная война с гитлеровскими фашистами 1941 года нанесла ущерб и временно задержала развитие отечественной метро­логии.

В послевоенный период, в 1954 голу при совете Министров СССР был создан Комитет стандартов, мер и измерительных приборов, который возглавил весь комплекс работ по стандартизации, метрологии и измерительной технике.

В 1970 году Комитет стандартов, мер и измерительных приборов преоб­разуется в Государственный комитет стандартов Совета Министров СССР (Госстандарт). Госстандарт становится конституционным органом в области государственной стандартизации, метрологии и возглавляет метрологическую службу. Создаются не имеющие мировых аналогов единые системы государст­венных стандартов, осуществляется комплексная стандартизация сырья, мате­риалов, изделий, готовой продукции, охраны природы и рационального исполь­зования ее ресурсов и другие работ. Метрология оценивается как один из важ­нейших факторов ускорения научно-технического прогресса, ставиться в ряд по значимости с использованием новых видов энергии и материалов, с автомати­зацией производства. Она рассматривается как эффективное средство ком­плексного решения программ повышения технического уровня и качества вы­пускаемой продукции, научного управления народным хозяйством.

2. Основные понятия, цели, задачи и содержание метрологического обеспечения.

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

Наряду с понятием «метрология» существует понятие «метрологическое обеспечение» (МО). Метрологическое обеспе­чение - это установление и применение научных и организационных основ, технических средств, правил и норм, необходимых для достижения единства и требуемой точности измерений. Иначе говоря, МО - это комплекс организаци­онных, научных, технических правил и норм, необходимых для достижения единства и требуемой точности измерений.

При определении понятия «метрология» и «метрологическое обеспече­ние» введено понятие «единство измерений».

Единство измерений - такое состояние измерений, при котором их ре­зультаты выражаются в узаконенных единицах и погрешности измерений из­вестны с заданной вероятностью. При отсутствии единства измерений в стране невозможны ни общественное производство, ни совместная работа территори­ально разобщенных предприятий.

Из необходимости обеспечения единства и требуемой точности измере­ний формулируются цели МО и ставятся задачи всех видов метрологической деятельности на общегосударственном и ведомственном уровне.

Основные цели МО - повышение качества продукции, эффективности управления производством и уровня автоматизации производственных процес­сов.

Чтобы представить всю масштабность задач МО народного хозяйства страны, решаемых Государственным комитетом по стандартам, перечислим его основные функции МО:

- определение основных направлений развития МО;

- организация и проведение фундаментальных научных исследований с целью создания и совершенствования методов и средств измерений высшей точности;

- обеспечение единства измерений в стране, развития и совершенство­-
вания Государственной системы обеспечения единства измерений
(ГСИ);

- установление системы государственных эталонов единиц физических величин (ФВ), их создание, совершенствование и хранение;

- установление допускаемых к применению единиц ФВ;

- установление единого порядка передачи размеров единиц ФВ;

- создание и совершенствование рабочих эталонов, образцовых средств измерений высшей точности и поверочных установок;

- установление единых требований к метрологическим характеристикам средств измерений (СИ);

- государственная поверка СИ;

- государственный надзор за производством, состоянием, применением и ремонтом СИ и др.

В настоящее время в стране приняты единые положения метрологиче­ского обеспечения разработки, производства, испытаний и эксплуатации про­дукции, научных исследований и других направлений работ во всех отраслях народного хозяйства. Выработаны принципы единства измерений.

К основ­ным принципам относятся:

- применение в стране только узаконенных единиц физических величин (ФВ);

- воспроизведение ФВ только с помощью государственных эталонов единиц ФВ;

- применение в стране только узаконенных средств измерений, которые прошли государственные испытания и которым переданы размеры единиц ФВ от государственных эталонов;

- обязательный периодический контроль через установленные промежутки времени характеристик применяемых средств измерений (их поверка или метрологическая аттестация);

- гарантия обеспечения необходимой точности измерений при применении поверенных средств измерений и аттестованных методик выполнения измерений;

- использование результатов измерений только при условии оценки их погрешности с заданной вероятностью;

- систематический контроль за соблюдением метрологических правил и норм, государственный надзор и ведомственный контроль за средствами измерений.

Для реализации этих принципов созданы необходимые научная, техни­ческая, правовая и организационная основы.

Научной основой МО является метрология - наука об измерениях, мето­дах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности. В общем случае метрология обладает признаками как функциональ­ной, так и прикладной науки.

Техническую основу метрологического обеспечения составляют:

- система государственных эталонов единиц ФВ;

- система передачи размеров единиц ФВ от эталонов всем средствам измерений с помощью образцовых средств измерений и средств по­-
верки;

- система государственных испытаний средств измерений, обеспечи­вающая единообразие средств измерений при разработке и выпуске их
в обращение;

- система обязательной поверки или метрологической аттестации средств измерений;

- система стандартных образцов состава и свойств веществ и материа­лов;

- система стандартных справочных данных о физических константах и свойствах веществ и материалов.

Правовую основу метрологического обеспечения составляет Государст­венная система обеспечения единства измерений (ГСИ), представляющая собой комплекс нормативных документов, устанавливающих единую номенклатуру стандартных взаимосвязанных правил и положений, требований и норм, отно­сящихся к организации и методике оценивания и обеспечения точности изме­рений.

Организационной основой метрологического обеспечения является мет­рологическая служба, состоящая из государственной и ведомственной служб. Под метрологической службой подразумевается сеть учреждений и организа­ций, возглавляемых Госстандартом, деятельность которых направлена на мет­рологическое обеспечение.

3. Общие сведения об измерении качества.

Основным объектом измерений в метрологии являются физические ве­личины. Однако следует отметить, что объектом измерений могут быть не только физические величины. Например, в экономике существует понятие стоимости. Стоимость - это свойство общее для всех видов товарной продукции, но в количественном отношении индивидуальная для каждого из них.

Или, например, понятие - цена. В эпоху зарождения товарного обмена она имела натуральное выражение и определялась эквивалентным количеством продуктов питания, поголовьем скота и т.п. С появлением всеобщего эквива­лента – денег - и переходом к товарно-денежным отношениям цена стала выра­жаться в денежных знаках.

И стоимость и цена являются мерами различных свойств товарной про­дукции. Они относятся не к физическим, а к экономическим величинам или, как их называют, экономическим показателем.

В сфере промышленного производства и в различных видах народно­хозяйственной деятельности большое внимание уделяется качеству продукции.

Качество продукции определяется как совокупность ее свойств, обуславли­вающих удовлетворении определенных потребностей в соответствии с назна­чением продукции. Мерами этих свойств служат показатели качества. Напри­мер, показатели надежности, эргономические показатели, эстетические показа­тели и др.

Переход к количественным методам исследований на основе измери­тельной информации в биологии, психологии, спорте, искусстве, медицине, пе­дагогике, социологии и т.д. стал отличительной чертой нашего времени.

В общем случае величины можно сгруппировать по признакам:

- реальные, включающие в себя физические и нефизические величины;

- идеальные, включающие в себя математические величины.