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 законодательнымпутем.
Результатсравнения 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 мери 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); саженьравнялась 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-коллегияпроверяла угломерные приборы, компасы.
Берг-коллегияследила 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 аршинаидеревянной 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 естественныемеры 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. Гюйгенспредложил использовать свойство изохронности колебаний математического маятника для выражения меры длины черезестественную меру времени.
Период колебания T маятника зависит от его длины l
,(g = const – ускорение свободного падения).
Поэтому единицей длинымогла 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–длинудесятимиллионной частичетверти 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 системыво 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 +4оС). 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 Россиив1797г. 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-Петербургепервое централизованное метрологическое и поверочное учреждение РоссииДепо 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)