Метрология — интересные факты

Измерения в современном мире повсеместны. Они окружают нас везде — начиная от покупок еды в магазине, заканчивая медицинскими и экологическими приборами и теоретическими исследованиями космоса. За правильностью показаний приборов и систем отвечает такая наука, как метрология. Представляем интересные факты о метрологии.

Измерение

Основные понятия

Слово «метрология» происходит из греческого языка, и означает словосочетание «мерять» и «мысль». Эта наука о единстве измерений. Метрология подразделяется на три направления, «кита», которые связанные друг с другом. Теоретическая метрология отвечает за разработку и усовершенствования теоретической основы измерений, прикладная отвечает за практическое применение теоретической части, а законодательная вводит обязательные требования к единству измерений, создает и усовершенствует государственные стандарты.

Цель метрологии дана в определении — это повсеместное использование понятных для всех людей величин измерений, единство их использования. Важно, что величина измерений должна быть максимальной точной, а погрешность определялась в допустимых диапазонах.

Задачи метрологии разнообразны:

  1. Развитие теоретической основы.
  2. Установление величин измерений.
  3. Организация и введение эталонов.
  4. Усовершенствование и определение точности методов измерений.

5.Единство измерений и использование единообразных технических средств.

Средства измерений

Что же такое средства измерений (СИ), называемые так же измерительная техника? Измерительной техникой называют такое техническое средство, способное произвести данные по измеряемой физической величины. Они классифицируются по таким параметрам, как тип, принцип работы и назначение. Средствами измерения являются эталоны (а также мера), измерительные преобразователи, приборы, установки и системы.

Эталоны и мера

Эталон и мера являются «самыми правильными» техническими средствами. Ими пользуются для проведения поверки других СИ, потому что их параметры идеальны. Например, эталонные гири являются мерой массы, и их используют для поверки. Поверкой является ряд мероприятий для выявления физических характеристик измерений прибора, которые должны соответствовать правильности показаний. Грубо говоря, поверка показывает, правильное ли значение показывает определенный прибор. Существует ряд поверок, которые зависят от времени:

  1. Первой поверкой является первична. Этот вид поверки используют до начала использования прибора или, если прибор был в ремонте, после его починки.
  2. Периодическая поверка осуществляется каждый раз через определенное количество времени. Например, для весов это составляет один год, а для водомеров — четыре года.
  3. Если пользователю или предприятию-пользователю понадобилось провести поверку до наступления периодической поверки, он может сдать средство измерения на внеочередную поверку.
  4. Поверки, осуществляющиеся государственным надзором, называются инспекционными.
  5. В случаях несогласия с результатами предыдущей поверки, возможно применение экспертной поверки.

Эталоны и мера являются неотъемлемой частью для проведения поверок. Рабочие эталоны имеют погрешность в три раза меньше, чем поверяемые средства измерительной техники. Они, как и прочие СИ, проходят поверку, и им выдаются свидетельства, которое дает право использовать их в поверке других технических средств. Мера от эталона отличаются тем, что мера, помимо воспроизведения определенной величины, показывает дольные значения оной. Также существуют такие меры, которые используют, например, для поверки биохимических анализаторов, а именно стандартные образцы в виде жидкости. Эти жидкости имеют параметры, состав и свойства, которые прибор во время поверки должен показать верно. Эталоны распределены по типам — первичные и вторичные — и бывают как международными, так и государственными. Первичные эталоны — наиболее точные эталоны. Если для получения требуемой величины используется косвенный метод измерения (для получения требуемого значения используют зависимость величин, значение которых было найдено прямым методом измерения — непосредственного сравнения значения величины с мерой (например, длина или сила тока). Например, чтобы найти значение сопротивления, используют закон Ома и показания амперметра и вольтметра.), то в помощь идут специальные эталоны. Эти два типа эталонов утверждаются государством и имеют статус национальные. Хранение и использование данных эталонах является обязанностью хранителей эталонов, должностных лиц метрологических институтов и центров.

Для практического применения в основном используют вторичные эталоны, которые распределяются по видам по их использованию. Рабочие эталоны используют для сохранения единицы и передачи ее значения образцовым СИ, а также поверяемым приборам, имеющую наивысшую точность. Задача эталонов-копий заключается в хранении единицы первичных эталонов (однако физической копией они могут и не быть) и передачи оной рабочим эталонам. Эталоном сравнения называют тот эталон, который используют для сравнения эталонов в случае, если по каким-либо причинам сравнение между оными невозможно. В некоторых случаях используют эталон-свидетель. Он предназначен для замены первичного эталона (порча, потеря) и для проведения поверки национального. Данный тип имеет наибольшую точность.

Преобразователи, приборы, установки, системы

Измерительные преобразователи — это устройства, которые преобразуют входящий сигнал в сигнал, который в дальнейшем может быть преобразовываться или передаваться дальше, до его сохранения или отображения. Сигнал с преобразователя невозможно непосредственно считать наблюдателю. Например, данные, чтобы передать в память компьютера, могут проходить через преобразователь. В данном случае поступающая в преобразователь величина будет называться «входной», а то, что «вышло» с него — «выходная величина». Основной метрологической характеристикой для данного вида СИ будет функция преобразования — соотношение входной и выходной величин.

Отличие прибора от преобразователя, заключается, конечно, в возможности считать данные непосредственно с самого прибора. Приборы очень различны по сфере применения — начиная от домашнего пользования, заканчивая приборами на нефтяных предприятиях. По назначению приборы могут различны. Есть универсальны приборы, которые являются помощниками в различных лабораториях и небольших цехов, есть специальные, которые используют для измерения параметров однотипных деталей, а так же контрольные — калибровочные, статистические и, при изготовлении каких-либо деталей, активные. Приборы разделяются по их конструктивных качествах. Например, микрометр относится к механическим приборам, микроскоп — к оптическим, длиннометры относятся к приборам пневматического типа, а амперметр — к электрическим. Так же приборы могут быть ручного управления, механизированного, а также менее затратные на ресурсы человека — полуавтоматы и автоматы.

Измерительной установкой является совокупность приборов, преобразователей, мер, а также устройств вспомогательного типа, которые объединены для определенных задач. Установка выдает в удобной форме требуемые для пользователя показатели и информационные величины, сама же она не предназначена для переноски, т.е. она статично стоит в определенном для нее месте. Система очень схожа с установкой, но отличительная ее черта — соединение участков системы кабелями.

Метрология в древности

Не всегда люди использовали привычные нам единицы средств измерений — метр, килограмм, секунда и т.д. У каждого народа и государства были свои величины, которые к тому же были весьма неточными и зачастую необъективными. Однако, несмотря даже на эти изъяны люди прошлого стремились к своеобразной унификации при взвешивании продуктов, измерения расстояния — будь то для путешествий или шитья одежды.

Первое упоминание о важности правдивых измерений можно найти еще в третьей книге Моисея Пятикнижия Ветхого Завета. В девятнадцатой главе книги звучит такое высказывание: «Не делайте неправды в суде, мере, в весе и в измерении», т.е. наравне со лжесвидетельством в судебных разбирательствах осуждалось и умышленное враньё в измерении, на тот момент, жизненно необходимых вещах.

В древности люди, вместо привычных для нас сантиметров, использовали ширину зерна, зачастую ячменного, как наиболее обширного в быту. Но не только зернышки использовали люди, также в качестве меры были применены и волосы таких животных, как мул и верблюд. Очевидно, что «правдивости» в таких измерениях было не особо много, однако арабы решили хоть немного ввести ясности, и с восьмого по девятый век это население равняло шесть верблюжьих волос к одному зерну.

Первые законодательные акты

Величина «дюйм» появилась в Англии во втором тысячелетии нашей эры. Внес в акт и утвердил точные значения (на то время) оного король Эдуард I. По акту дюйм составлял три сухих ячменных зерен. И даже сейчас в быту подданные английской короны часто используют словосочетание «ячменное зерно» в качестве употребления понятия одна третья от дюйма. На данный момент дюйм все же является единой величиной – 2,54 сантиметра.

Долгое время на Руси использовали тело человека для измерения длин. Например, аршин было расстоянием от конца пальцев до плеча, локоть — от конца пальцев до локтя, в расстояние которой входило три ладони — тоже измерительная величина жителей Древней Руси (расстояние от мизинца до указательного пальца). Когда человек расставлял руки, то получалась величина маховая сажень, а расстояние, при котором человек поднимает одну руку по диагонали, а ногу ставит на ширине плеч, называли косой саженью. Постепенно аршин начал вытеснять локоть. Очевидно, что из-за отсутствия законодательства и уникальную анатомию каждого человека, у каждого были свои аршины, чем порой пользовались умельцы. Однако, царь Алексей Михайлович, который захотел хоть немного исправить ситуацию, ввел унифицированные железные аршины с клеймами. Их можно было приобрести за 60 копеек, что очень не понравилось торговцам и купцам.

В Российской Империи первый император Пётр I приложил много усилий для создания надзора за правильностью показаний весов. Уже через пару десятилетий после его смерти его дочь, императрица Елизавета Петровна, а именно в 1758 году, ввела реформу, исходя из которой, аршины следовало изготовить из крепкого железа и зафиксировать клеймами так, чтобы не было возможности менять их длину на уменьшение. При императоре Павле I был впервые выпущен законодательный документ, регламентирующий точность измерений. Это произошло в 1797 году, а закон имел название «Об учреждении повсеместно верных весов, питейных и хлебных мер».

Путь к современным единицам

Различные единицы измерения, будучи то фут, ярд или дюйм не могут похвастаться ни точностью, ни международного применения. Но все изменилось, когда общество начало переходить на метрическую систему.

Метр составляет одну десятимиллионную доли половины меридианы. Так как это установили ученые из Парижской Академии наук, то «использовали» Парижский меридиан. Это произошло в 1791 году и французы назвали данную величину «метр подлинный и окончательный». Через несколько лет, в 1795 году, Национальный Конвент Франции принял закон о введении метрической системы в государстве и в этом же году был изготовлен первый эталон метра. В метрическую систему вошел и килограмм. Французские ученые посчитали его как вес воды при температуре тающего люда в кубе 10 см3.

Ученый Дмитрий Менделеев, который занимался химией и физикой, так же был и метрологом. Заинтересованность Дмитрия Ивановича метрологией была весьма логична — для ученого было важно получить точные результаты в исследованиях. Так же он является создателем различных приборов: определителя плотности жидкости — пикнометра, двухъярусных весов, барометра и многих других. Менделеев в 1892 году получил должность ученого-хранителя в Депо образцовых мер и весов, которая через год, благодаря ученому, была переименована в Главную палату мер и весов. С этого момента до своей смерти он был управляющим этой организации. Она занималась разработкой методикой контроля за точностью приборов и являлась метрологическим центром Российской империи.