Краткая история метрологии

Метрология как область практической деятельнос­ти зародилась в древности. На всем пути развития че­ловеческого общества измерения былиосновой отно­шении людей между собой, с окружающими предмета­ми, природой. При том вырабатывались единые пред­ставления о размерах, формах, свойствах предметов и явлений, а также правила и способы их сопоставления.

Наименования единиц измерения и их размеры появлялись в давние времена чаще всего в соответст­вии с возможностью применения единиц и их разме­ров без специальных устройств, т. е. создавались с ориентацией на те единицы, что были «под руками и ногами». В России в качестве единиц длины были «пядь», «локоть».

Для поддержания единства установленных мер еще в древние времена создавались эталонные (об­разцовые) меры. К ним относились бережно: в древ­ности они хранились в храмах, церквях как наиболее надежных местах для хранения ценных предметов. По мере развития промышленного производства повышались требования к применению и хранению мер, усиливалось стремление к унификации размеров единиц физических величин

В начале 1840 г. во Франции была введена метрическая система мер. Значимость метрической системы глубоко оце­нил Д.И.Менделеев. В 1867т. с трибуны съезда русских есте­ствоиспытателей он выступил с призывом содействовать подготовке метрической реформы в России. По его инициативе Петербургская академия наук предложила учредить междуна­родную организацию, которая обеспечивала бы единообразие средств измерений в международном масштабе. Это предло­жение получило одобрение, и в 1875 г. на Дипломатической метрологической конференции, проведенной в Париже, в ко­торой участвовали 17 государств (в том числе Россия) была принята Метрическая конвенция.

По мере унификации единиц измерений во многих госу­дарствах вводились законодательные нормы, которые защи­щали покупателей от недобросовестности производителей и распространителей товаров и услуг. В России в XVI в. контролеры (целовальники) на рынках разыскивали и отбирали ста­рые (неофициальные) меры. За пользование ими налагали большой штраф и даже заключали виновных в тюрьму.

Еще больше усилился надзор за мерами в XVII веке. Им за­нимались таможни, «кружечные дворы». В Москве действова­ли Померная изба и Большая таможня. Померная изба прово­дила периодическую («как год минет») поверку мер и изыма­ла неправильные («воровские») меры.

В наказе царя Федора Алексеевича Большой Московской таможне о сборе таможенных пошлин (1681 г.) говорилось, что за найденные у торговцев воровские меры определялась конфискация товаров и ссылка с семьей.

Решительный и жесткий характер Петра I проявился в его наказе «О сборе в Московской Большой таможне пошлин» (1698): «за найденные непрямые, воровские весы лавки опечатать, товары отобрать и семьей сослать». Он же в Уставе во­инских артикулов (1716) писал: «Наказание за обмер и об­вес — возвратить добро втрое, взимать штраф, подвергнуть телесному наказанию». В 1745 г. публикуется Указ сенатский о рассылке из ка­мер-коллегии во все города заклейменных мер для хлеба и о взыскании штрафа с того, у кого окажутся неуказанные меры. В 1858 г. Елизавета Петровна повелела: «Сделать аршины железные верные и с обеих концов заклейменные так, чтобы ни урезать, ни упиловать невозможно было».

Долгое время метрология была в основном описательной наукой о различных мерах и соотношениях между ними. Но в процессе развития общёства роль измерений возрастала, и с конца прошлого века бла­годаря прогрессу физики метрология поднялась на качественно новый уровень. Большую роль в станов­лении метрологии в России сыграл Д.И.Менделеев, руководивший отечественной метрологией в период с 1892 по 1907 г. «Наука начинается... с тех пор, как начинают измерять», — в этом научном кредо вели­кого ученого выражен, по существу, важнейший принцип развития науки, который не утратил акту­альности и в современных условиях.

Развитие естественных наук привело к появлению все новых и новых средств измерений (СИ), а они, в свою очередь, стимулировали развитие наук, стано­вясь все более мощным средством исследования. Так, повышение точности измерений плотности во­ды привело в 1932 г. к открытию тяжелого изотопа водорода — дейтерия. Подобных примеров, которые подтверждают роль измерений как инструмента по­знания, множество. Здесь уместно привести выска­зывание крупнейшего русского физика и электротех­ника Б.С.Якоби: «Искусство измерений является мо­гущественным оружием, созданным человеческим разумом для проникновения в законы природы и подчинения ее сил нашему господству».

Можно выделить три главные функции измере­ний в народном хозяйстве:

1) учет продукции народного хозяйства, исчис­ляющейся по массе, длине, объему, расходу, мощно­сти, энергии;

2) измерения, проводимые для контроля и регу­лирования технологических Процессов (особенно в автоматизированных производствах) и для обеспече­ния нормального функционирования транспорта и связи;

3) измерения физических величин, технических параметров, состава и свойств веществ, проводимые при научных исследованиях, испытаниях и контроле продукции в различных отраслях народного хозяй­ства.

От качества СИ зависит эффективность выполне­ния указанных функций. Приведем несколько при­меров, относящихся к первой функции СИ: погрешности эксплуатируемых в настоящее время счетчиков энергии (в среднем 2%) приводят к неопределеннос­ти в учете такого же количества электроэнергии; со­стояние современного весового хозяйства таково, Что в процессе взвешивания остается неучтенным около 1% всех измеряемых продуктов производства. Повы­шение точности измерений позволяет определить не­достатки тех или иных технологических процессов и устранить эти недостатки. Все это в конечном счете приводит к повышению качества продукции, эконо­мии энергетических и тепловых ресурсов, а также сырья и материалов.

Например, известно, что урожайность сельскохо­зяйственных культур в значительной мере зависит от оптимального и заранее устанавливаемого количест­ва вносимых в почву удобрений и расхода воды при поливе и, следовательно, от точности измерений мас­сы удобрений и расхода воды. Повышение техничес­кого ресурса подшипников на 40% — результат внед­рения эталона отклонения от круглости, а эталон ше­роховатости позволяет сэкономить 1 кг краски на каждую тонну отливки при ее окраске.

Доля затрат на измере­ния составляет 10—15% затрат общественного труда, а в отраслях промышленности, производящих слож­ную технику (электротехника, станкостроение и др.), она достигает 50—70%. О масштабах затрат на полу­чение достоверных результатов измерений свидетель­ствуют следующие цифры: в 1998 г. стоимость этих работ в России была равна 3,8% от величины валово­го национального продукта (ВНП). В развитых стра­нах эта цифра достигает 9—12% ВВП. Подсчита­но, что число СИ растет прямо пропорционально квадрату прироста промышленной продукции. Это означает, что при увеличении объема промышленной продукции в 2 раза число СИ может вырасти в 4 ра­за. В настоящее время в нашей стране насчитывает­ся более 1,5 млрд. СИ. Эффект, получаемый в народном хозяйстве благо­даря применению СИ, составляет примерно 8—10 руб. на 1 руб. затрат.

Таким образом, измерения являются важнейшим инструментом познания объектов и явлений окружа­ющего мира и играют огромную роль в развитии на­родного хозяйства.

Повышение качества измерений и успешное внед­рение новых методов измерений зависят от уровня развития метрологии как науки.

Метрология — наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах дости­жения требуемой точности. Метрологию подразделя­ют на теоретическую, прикладную и законодательную.

Теоретическая метрология занимается вопросами фундаментальных исследований, созданием системы единиц измерений, физических постоянных, разра­боткой новых методов измерения.

Прикладная (практическая) метрология занимает­ся вопросами практического применения в различ­ных сферах деятельности результатов теоретических исследований в рамках метрологии.

Законодательная метрология включает совокуп­ность взаимообусловленных правил и норм, направ­ленных на обеспечение единства измерений, которые возводятся в ранг правовых положений (уполномоченными на то органами государственной власти), имеют обязательную силу и находятся под контролем государства.