Історія розвитку метрології

ОСНОВИ ТЕОРІЇ ВИМІРЮВАНЬ

Загальні відомості

Головні задачі радіоелектроніки безпосередньо пов’язані з передаванням, прийманням, обробкою, перетворенням і збереженням інформації. Тому для електроніки характерне дослідження коливань досить широкого діапазону частот, при цьому важливо не тільки визначити значення вимірюваних величин, але й одержати дані про форму і спектр сигналів.

Діапазон вимірюваних величин надзвичайно широкий, наприклад, за потужністю – від долей мікроват до сотень кіловат, за напругою – від долей мікровольт до сотень тисяч вольт, за частотою – від 10^-2Гц до 3*10¹²Гц і більше, за величиною опору – від 10^-6Ом до 10¹⁷Ом і т.д. З ростом діапазону вимірюваних величин зростає і складність вимірювань. З причини широкого частотного діапазону вимірюваних величин виникають серйозні ускладнення при усуненні впливу підключених вимірювальних приладів на роботу досліджуваного пристрою. При цьому дуже важливо одержати достовірну інформацію про вимірювану величину.

Історія розвитку метрології

Метрологія як наука й область практичної діяльності виникла в древні часи. Основою системи мір у слов'ян були давньоєгипетські одиниці вимірювань, а вони у свою чергу були запозичені в Древній Греції і Римі. Природно, що кожна система мір відрізнялася своїми особливостями, зв'язаними не тільки з епохою, але і з національним менталітетом.

Історія розвитку метрології висвітлювалась у багатьох дослідженнях, зібрані численні відомості про становлення цієї науки. Вагомий внесок у розвиток метрології своїми працями здійснили такі вчені, як Г.І. Вільд, Б.С. Якобі, А.Я. Купфер, В.С. Глухов, Д.І. Менделєєв, Н.Г. Єгоров, Л.В. Запуцький, В.В. Бойцов та ін.

Здавна людям досить часто доводилось мати справу з різними вимірюваннями: при будівництві споруд, при визначенні напрямку руху по морю з використанням астрономії, у торгівлі, при визначенні пропорцій людського тіла. У стародавні часи частини людського тіла використовувались як міра довжини: ширина великого пальця — дюйм, ширина долоні — пальма, довжина стопи — фут.

На Київській Русі основними одиницями довжини були п'ядь і лікоть. П'ядь означала відстань між кінцями великого і вказівного пальця дорослої людини. Пізніше, коли з'явилася інша одиниця - аршин, п'ядь (1 /4 аршина) поступово вийшла з уживання.

Міра лікоть означала відстань від згину ліктя до кінця середнього пальця руки (іноді - стиснутого кулака або великого пальця).

Особливою мірою був сажень, що дорівнював трьом ліктям (близько 152 см) і косий сажень (близько 248 см). Ця міра згадується, ще в "Слові про зачав Києво-Печерського монастиря" літописця Нестора, у якому за 1017 рік повідомляється, що чернець Іларіон "іскопав себе печерку малу дву сажень". Сажень походить від дієслова досягати й означає можливість розмірів частин людського тіла. Сажень зокрема відповідає відстані розмаху рук дорослої людини..

В Англії ще в XVII ст. була прийнята одиниця міри довжини — фут (нога, стопа), яка дорівнювала 30,5 см. Болільники футболу знають, що розміри футбольних воріт становлять 7,22 х 2,44 м або ж 24 х 8 футів, оскільки Англія є батьківщиною футболу.

Різні народи нашої планети перебували на неоднакових стадіях розвитку, то й міри були різноманітні. Досить пригадати, що у XVII ст. в Європі було понад 100 різних футів, понад 120 фунтів, 46 миль та інших одиниць виміру.

У Київській Русі найпоширенішими мірами довжини були: верста, сажень, лікоть, аршин, ступня, долоня, вершок, палець (табл. 1); мірами ваги — пуд, гривня, гривенка, золотник, почка, пиріг тощо.

Таблиця 1. Давньоруські міри довжини

Міра довжини | Величина

Верста | 1066,8 м

Сажень |12,154 м

Аршин |10,7112 м

Лікоть | «0,5385 м

Ступня | 0,359 м

Долоня | 89,9 мм

Вершок | 44,9 мм

Палець | 22,4 мм

У Московській державі з 1550 року запроваджені "печатні мідні міри"(осьмини) для сипучих речовин, а з 1558 року, за часів Івана Грозного, були введені "государеві" (казенні) ваги.

Указом Петра І російські міри довжини були погоджені з англійськими, і це, власне кажучи, є перша ступінь гармонізації російської метрології з

європейською.

Одиницями виміру часу на Русі були рік, місяць, тиждень, доба, година. Причому відлік нового року починався і з березня, і з вересня. Указом Петра І введено початок нового року з першого січня.

Заснування у 1725 році Російської Академії сприяло розвитку наукової думки, вдосконаленню мір та упорядкуванню їх точності. Розширювалися межі впровадження одноманітних російських мір. У 1736 році за рішенням сенату була створена Комісія мір і ваг, яку очолив головний директор монетного двору граф М.Г. Головін.

Для організації повірочної роботи було утворено спеціальний комітет, який у 1747 році розробив еталонний російський фунт (400 г) і визначив за норму довжини аршин (0,7112 м). Фунт і аршин у нашій державі використовувалися до впровадження метричної системи.

Указом від 1835 року "Про систему російських мір і ваги" було закладено основу російської системи вимірювання, а в Санкт-Петербурзькій фортеці в одному з особливих приміщень зберігалося нове зібрання еталонних мір довжини, місткості рідких і крихких тіл та вагових одиниць. За цими еталонами було виготовлено і розіслано в губернії Росії вивірені копії аршина, відра, четверика, фунта. Практичним застосуванням російських мір і ваги займалося засноване у 1842 р. Депо еталонних мір та ваги. Організація Депо і встановлення правил повірки робочих мір стали тією основою, яка забезпечувала єдність вимірювання у Росії і одноманітність мір.

Першим хранителем Депо еталонних мір і ваги був призначений академік А.Я. Купфер, відомий учений і метролог, який очолював Депо з 1842 до 1865р.

Метрологічна система мір

Зміцнення культурних і економічних зв'язків вимагало подальшого упорядкування системи мір з розробленням єдиної прийнятної для держав міжнародної одноманітної системи мір і ваги.

В кінці XVIII ст. у Франції національні збори ухвалили декрет про реформу системи мір і доручили Паризькій академії наук провести підготовчу роботу. Комісія під керівництвом Лагранжа запропонувала десятичну систему з кратними і дольними частинами, а комісія під керівництвом Лапласа запропонувала одиницю довжини 1/40 000 000 частину довжини паризького меридіана. Цю одиницю назвали метр.

За одиницю маси було запропоновано масу 1 кубічного дециметра чистої води при температурі 4°С, яку назвали кілограмом. Таким чином, перша метрична система мір, у якій одиниці довжини, площі, об'єму і маси були чітко пов'язані між собою, була законодавчо прийнята 7 квітня 1795 року Національними зборами Франції.

22 червня 1799 року роботи над метричною системою були завершені, виготовлені із платини прототипи одиниці довжини у вигляді лінійки довжиною 1 метр, товщиною 4 мм і шириною 25 мм, а також одиниці маси — 1 кілограм у вигляді платинового циліндра висотою і діаметром 39 мм. Платинові прототипи метра і кілограма згодом передали на збереження до Національного Архіву у Франції.

У 1870 році за пропозицією Петербурзької академії наук було проведено міжнародну нараду щодо розробки прототипів мір. На ній було утворено комісію з прототипів метричних мір, яка у 1872 році прийняла рішення про виготовлення платино-іридієвих прототипів метричних мір: метра та кілограма. Відповідно до рішення комісії було виготовлено 31 прототип метра у вигляді штрихової міри на бруску довжиною 102 см і поперечним перерізом форми X. Із них прототип № 6 при 0°С був найточнішим прототипом метра Архіву, і в 1889 році на І Генеральній конференції з мір і ваги його прийняли за міжнародний еталон метра.

20 травня 1875 року 17 держав-учасниць підписали міжнародну Метричну конвенцію, що мала важливе значення для міжнародної уніфікації одиниць вимірювання в міжнародному масштабі. Метрична конвенція — це перше свідчення міжнародного наукового співробітництва вчених Європи, Азії й Америки.

У 1889 році російська делегація одержала на Першій генеральній конференції з мір та ваги по дві копії нових прототипів метра № 11 і № 28 та кілограма № 12 і № 26, виготовлених із платино-іридієвого сплаву.

З 1865 по 1892 рр. керуючий Депо еталонних мір і ваги В.С. Глухов поповнив обладнання Депо удосконаленою вимірювальною апаратурою і розробив проекти відновлення російських еталонів мір довжини і ваги та запровадження метричної системи мір у Росії у факультативному порядку.

Для збереження одноманітності, точності і взаємовідповідності мір і ваги на базі Депо у 1893 році було створено Головну палату мір і ваги, президентом якої став Д.І. Менделєєв. При палаті було організовано ряд лабораторій, обладнаних першокласною вимірювальною технікою. Вона перетворилася на справжню метрологічну установу, яка забезпечувала єдність вимірювань у Росії.

Д.І. Менделєєв як президент Головної палати здійснив низку організаційних та наукових робіт з метою забезпечення максимальної точності результатів вимірювань температури, маси тощо.

Подальша історія розвитку метрології у колишньому СРСР починається з декрету від 14 вересня 1918 р. про введення метричної системи мір і ваги. Він сприяв подальшому розвитку науково-дослідних робіт щодо забезпечення єдності вимірювань і розвитку приладобудування.

У розвитку вітчизняної метрології можна виділити декілька етапів:

Перший етап (до 1892 р.) охоплює період від стихійного зародження метрологічної діяльності до створення єдиних еталонів. Для цього періоду характерна централізація метрологічної діяльності, участь вчених у роботі міжнародних метрологічних організацій.

Другий етап – Менделєєвський. Він охоплює проміжок часу 1892-1917р.р. У цей період у Росії, а також в Україні впроваджується метрична система мір. З 1892 р. Депо зразкових мір і ваг очолює Д.І. Менделєєв, який приклав немало зусиль для впровадження метричної системи мір. У 1903 р. Депо перетворено у Головну палату мір і ваг, яка стала однією із перших у світі науково-дослідних установ метрологічного профілю.

Третій етап розвитку метрології охоплює період 1918-1945 рр. і називається нормативним етапом. У цей період створюється нормативно-технічна документація різного рівня з метрології; вся інформація зосереджується у Головній палаті мір і ваг; здійснюється комплекс заходів щодо створення державної метрологічної служби. Починається впровадження Міжнародної метричної системи мір. Впровадження метричної системи мір було пов'язано з проведенням метричної реформи, яка здійснювалася протягом 9 років.

Четвертий етап розвитку метрології охоплює період з 1945 р. по 1980р. Цей післявоєнний етап характеризується інтенсивним розвитком метрологічної діяльності. З 1963 р. Міжнародна система одиниць фізичних величин почала впроваджуватися як обов'язкова в усіх галузях науки, техніки та в народному господарстві. У 1967 р. відбувається зародження кваліметрії. Відмінною особливістю четвертого етапу є повсюдне впровадження стандартизації як головної організаційно-правової форми забезпечення єдності вимірювання в країні.

На п'ятому етапі розвитку метрології, який охоплює 1980-1991 рр. приділяється значна увага проблемам вимірювання якості продукції. У цей період розвивається кваліметрія як розділ метрології. Кваліметрія вивчає питання, пов'язані з вимірюванням якості продукції. Метрологічні методи починають впроваджувати і використовувати при управлінні якістю продукції, вимірюванні нефізичних величин.

Шостим етапом розвитку метрології в незалежній Україні є розвиток метрології з 1992 р. Він пов'язаний зі створенням національної метрологічної системи, еталонної та вимірювальної бази. Здійснюється удосконалення кваліметрії, зароджується і впроваджується система відповідності продукції (сертифікації). Метрологічна наука спрямована на удосконалення стандартизації й управління якістю продукції в Україні.

Разом з розвитком фундаментальної і практичної метрології відбувалося становлення законодавчої метрології.

Законодавча метрологія – це розділ метрології, що включає комплекси взаємозалежних і взаємообумовлених загальних правил, а також інші питання, що потребують регламентації і контролю з боку держави, які спрямовані на забезпечення єдності вимірювання і однаковості засобів вимірювання.

Законодавча метрологія є засобом державного регулювання метрологічної діяльності за допомогою законів і законодавчих положень, що вводяться в практику через Державну метрологічну службу, метрологічні служби державних органів управління і юридичних осіб.

Метрологічні правила і норми законодавчої метрології гармонізовані з рекомендаціями і документами відповідних міжнародних організацій. Тим самим законодавча метрологія сприяє розвиткові міжнародних економічних і торговельних зв'язків і допомагає взаєморозумінню в міжнародному метрологічному співробітництві.

Без метрології сьогодні неможливе проведення наукових досліджень, які в свою чергу, формують основу розвитку самої метрології. Лише кращі сучасні вимірювальні технології та прилади дають можливість нових відкриттів, і лише дійсно розвинені галузі метрології можуть сприяти удосконаленню науки, промисловості та торгівлі.

24.12.1971 р. – організація Українського республіканського управління Держстандарту СРСР.

24.05.1991р. – створення Державного комітету УРСР зі стандартизації, метрології та якості продукції.

Всесвітній день метрології відзначається щорічно 20 травня. Свято засноване Міжнародним Комітетом мір і ваг (МКМВ) у жовтні 1999 року, на 88 засіданні МКМВ.

Розвиток метрології в усі часи був неподільно пов'язаний із загальним розвитком науки, оскільки без уміння швидко, точно та правильно виконувати вимірювання найрізноманітніших фізичних величин неможливі ніякі наукові дослідження.