История развития метрологии в России. 2

Содержание.

1. Введение

Проблема обеспечения единства измерений имеет возраст, сопоставимый с возрастом человечества. Как только человек стал обменивать, или продавать результаты своего труда, возник вопрос - как велик эквивалент этого труда и как велик продукт, представленный на обмен или продажу.

Для характеристики этих величин использовались различные свойства продукта - размеры,- как линейные, так и объемные,- масса или вес, позднее цвет, вкус, состав и т. д. Естественно, что в давние времена еще не существовало развитого математического счета, не было четко сформулированных физических законов, позволяющих охарактеризовать качество и стоимость товара. Проблема справедливой торговли была актуальна всегда. От этого зависело благосостояние общества, от этого же возникали войны.

Что бы измерять различные вещи, взвешивать продукты, отсчитывать время понадобилось создать целую систему различных  измерений, необходимую для вычисления объема, веса, длины, времени и т. п. Данные подобных измерений помогают освоить количественную характеристику окружающего мира. Крайне важна роль подобных измерений при развитии цивилизации. Сегодня никакая отрасль народного хозяйства не могла бы правильно и продуктивно функционировать без применения своей системы измерений с помощью, которой происходит формирование и управление различными технологическими процессами.

Систематизация и изучение единиц измерений происходит в рамках науки об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности  называемой метрологией.

2. Характеристика метрологии

Метрология — это наука об измерениях, методах и средствах  обеспечения их единства и способах достижения точности, соизмеримой с точностью воспроизведения и хранения физических величин мерами или стандартными образцами состава и свойств веществ и материалов.

Наука метрология – особый вид  человеческой познавательной деятельности, направленный на выработку объективных, системно организованных и обоснованных знаний о физических объектах, процессах, явлениях, эффектах и свойствах окружающего нас (мега-, макро-, микро- и нано-) мира.

Метрология состоит из 3 составных  частей: фундаментальная (общетеоретическая и прикладная) метрология, законодательная (государственная и общегосударственная) метрология и практическая (отраслевая и производственная) метрология.

Фундаментальная метрология – та составная часть науки об измерениях, предметом которой является разработка фундаментальных (общетеоретических) основ этой науки и развитие на ее базе прикладных теорий и научных направлений.

• Общетеоретическая метрология – это та часть фундаментальной метрологии, предметом которой является разработка систем общих и частных законов, аксиом, постулатов, категорий, принципов, методов, математических и структурных моделей, определений, положений, условий и т.д., характеризующих стратегии прямых (т.е. необходимых) и избыточных (необходимых и достаточных) измерений величин разной физической природы, пути и методы достижения качества, метрологической эффективности и надежности измерений.

• Прикладная метрология – это та часть фундаментальной метрологии, предметом которой является разработка прикладных теорий и дисциплин, описывающих и характеризующих особенности измерений величин той или иной физической природы методами прямых или избыточных измерений, конкретные пути и методы достижения качества измерений, метрологической эффективности и надежности. Она направлена на получение конкретного научного результата, который актуально или потенциально может быть использован для удовлетворения частных или общественных потребностей.

Законодательная метрология – это та составная часть науки об измерениях, предметом которой является установление обязательных технических и юридических требований по применению единиц физических величин, мер, эталонов, стандартных образцов состава и свойств веществ и материалов, методов и средств измерений, направленная на обеспечение единства измерений, необходимого качества и единообразия средств измерений в интересах общества.

Законодательная метрология рассматривает  всю совокупность взаимосвязанных  и взаимообусловленных общих правил, требований и норм, а также другие вопросы, нуждающиеся в регламентации и контроле со стороны государства.

Практическая метрология – это та составная часть науки об измерениях, предметом которой является изучение и освещение вопросов практического применения разработок фундаментальной метрологии, результатов ее теоретических исследований, положений, требований и норм законодательной метрологии, вопросов эффективности и метрологического обеспечения производства, ведения метрологической документации, осуществления всех видов поверочных работ, аккредитации метрологических служб, государственного метрологического контроля и надзора в масштабах страны, отрасли, предприятий и организаций и т.д.

Цели и задачи метрологии:

• создание общей теории измерений;
• образование единиц физических величин и систем единиц;
• разработка и стандартизация методов и средств измерений, методов определения точности измерений, основ обеспечения единства измерений и единообразия средств измерений (так называемая «законодательная метрология»);
• создание эталонов и образцовых средств измерений, поверка мер и средств измерений. Приоритетной подзадачей данного направления является выработка системы эталонов на основе физических констант.

Также метрология изучает развитие системы мер, денежных единиц и счёта  в исторической перспективе.

Аксиомы метрологии

• Любое измерение есть сравнение.
• Любое измерение без априорной информации невозможно.
• Результат любого измерения без округления значения является случайной величиной.

3. Предпосылки к развитию  науки метрологии

Предпосылки к становлению метрологии возникали еще в древности, когда  человек впервые пришел к необходимости измерений объектов и расстояний между ними. Для самых первых единиц измерения понятие «точность» было малоприменимо, поскольку измеряли тем, что было под рукой. Так, расстояние измерялось футами (foot – ступня), локтями, пядями, а большие расстояния – милями (1 миля равнялась 2000 шагов), полетом стрелы, обеганием территории и т.д. Однако такие измерения существенно отличались друг от друга в виду различия самих эталонов (шагов, пядей и пр.).

Попытки измерить расстояние столь разными единицами порой приводили к спорам, дракам, использованию людей с длинными ногами и руками. Чем больше развивалась торговля и другие отрасли, тем более совершенные единицы измерения требовались для спокойного ведения дел. Естественным итогом этого стало то, что с течением времени в разных странах для измерения одной и той же физической величины использовались разные единицы. Различные меры и единицы применялись не только в разных государствах, но и внутри каждого отдельного государства. Французским феодалам королевским указом было разрешено пользоваться своими собственными мерами. Мили в англоязычных странах тоже были разными по размеру.

Все это к началу XVII века привело  к невообразимому хаосу мер и  единиц. Срочно требовалось сократить число единиц физических величин и привести их в систему единую для всех стран.

Первая система мер – «á tous les temps, pour tous les peuples» – «на все времена, для всех народов», появилась во Франции, в период Великой французской революции. Ее назвали метрической, так как главной единицей в ней был метр, а все остальные единицы определялись уже с помощью метра. Так, за единицу площади приняли квадратный метр, за единицу объема – кубический метр. Даже единицу массы – килограмм – определяли через метр: как массу кубического дециметра чистой воды при температуре 4°С.

Метр – происходил от греческого слова μέτρον, что значит МЕРА. Сама система с самого начала была задумана как международная. Поэтому чтобы  никого не обидеть, ее единицы не совпадали  ни с какими национальными единицами, и, кроме того наименования использовавшихся десятичных приставок (милли, нано, пико, тера, гига) были придуманы от слов «мертвых» языков.

Метр определили как одну десятимиллионную часть земного меридиана, проходящего  через Париж. Затем в 1795 г. был изготовлен первый эталон метра, сначала из латуни, а в 1799 г. –  уже из платины. Одновременно был изготовлен и эталон килограмма – гиря, тоже из платины. В 1889 г. был изготовлен эталон метра из платино-иридиевого сплава.

В 1875 г. после подписания Метрической конвенции между 17 странами мира (в их числе была и Россия), метрическая система получила международное признание, хотя многие страны все еще продолжали пользоваться национальными мерами и единицами.

Так продолжалось до второй половины XIX века, пока не появилась необходимость точных измерений электрических и магнитных величин.

Каждый экспериментатор выбирал при электрических измерениях свои единицы и эталоны. Из-за этого возникало много споров среди ученых-физиков того времени в процессе сравнения и проверки результатов независимых экспериментов.

Немецкий математик и физик  Фридрих Гаусс (1777-1855), обрабатывая  результаты магнитных измерений, пришел к новой методике. Он предложил свести единицы измерения всех физических величин к абсолютным мерам длины, массы и времени. В качестве таких Гаусс предложил миллиметр, миллиграмм и секунду. Так появилась абсолютная система единиц. Слово «абсолютная» имело буквальный смысл: Гаусс утверждал, что единицы абсолютно всех физических величин могут быть выражены через массу, длину и время. Началось введение этих мер в электродинамику. И уже начиная с 1871 г. абсолютная система была принята всем научным миром.

В последующие годы (начиная с 1881 г.) возник целый ряд частных систем. Они охватывали лишь отдельные направления и поэтому предназначались для отдельных областей науки и техники. Вот некоторые из них: СГС (сантиметр, грамм, секунда), МТС (метр, тонна, секунда), МКГСС (метр, килограмм-сила, секунда, ампер), МКСМ (метр, килограмм, секунда, магн (единица магнитной проницаемости)), МКСА (метр, килограмм, секунда, ампер).

Все эти системы были производными от метрической. Поэтому можно сказать, что в этот период система мер  стала превращаться в систему  единиц измерений.

К середине XX века всем стала ясна необходимость сведения всего этого многообразия систем к одной единственной, международной системе, охватывающей все области измерений. Это осуществила XI Генеральная конференция по мерам и весам в 1960 г. Новая система получила название Международной системы единиц физических величин, или по-французски Systeme International d’Unites, или SI (СИ) – от первых букв слов «Международная система».

К созданию этой системы подошли  серьезно – она должна была отвечать следующим требованиям:

1) охватить все области науки  и техники;

2) включать единицы таких величин,  воспроизведение которых возможно  с помощью эталонов с наибольшей точностью;

3) принять удобные для практики  размеры основных единиц, уже  получивших широкое распространение на практике;

4) создать основу образования производных единиц для различных физических величин.

За основу системы  приняли несколько так называемых основных единиц физических величин, которые выбрали по следующим признакам: они должны быть независимы друг от друга, наиболее важными и воспроизводимыми на практике с наибольшей точностью. Вот эти 7 основных физических величин и их единицы:

Физическая величина «количество  вещества» и ее единица – моль – была добавлена в систему SI позже – в 1971 г.

Также эта система содержит более  ста производных единиц – таких, которые образуются из основных на основе фундаментальных физических законов с помощью простейших математических выражений.

Система SI также включает в себя две дополнительные единицы для измерения плоского и телесного углов. Это – радиан и стерадиан.

 Также Генеральная  конференция по мерам и весам  разработала определения основных единиц, которые нередко меняются благодаря новым достижениям науки и техники.

Так как некоторые известные единицы физических величин уже «старые», или являются сугубо национальными они не вошли в систему SI. Все эти единицы называются внесистемными. Их все можно разделить на 4 вида

1) допускаемые к применению совместно  с единицами SI. Например, тонна, градус, минута, секунда, гектар, литр;

2) допускаемые к применению в  специальных областях. Например, диоптрия  – единица оптической силы; электрон-вольт – единица энергии в физике; световой год и парсек  – единицы длины в астрономии.

3) временно допускаемые и подлежащие изъятию из употребления. Например, морская миля – в морской навигации, карат – единица массы в ювелирном деле;

4) изъятые из употребления. Например, миллиметр ртутного столба –  единица давления, лошадиная сила – единица мощности. 

4. История развития метрологии в России

4.1. История развития науки метрологии  с древнейших времен до XXв

В России в качестве единиц длины  были пядь, локоть. Первоначально под  пядью понимали максимальное расстояние между концами вытянутых большого и указательного пальцев взрослого человека. В XVIв. мерную пядь прировняли к четверти аршина, а в дальнейшем пядь как мера длины постепенно вышла из употребления.

Локоть как мера длины применялась в древние времена во многих государствах (на Руси, в Вавилоне, Египте и др.странах). Естественно, размер локтя был различным.

Одной из основных мер длины в  России долгое время была сажень (упоминается  в летописях начала Хв.). Размер ее также был не постоянен. Применялись: простая сажень, косая сажень, казенная сажень и др. При Петре 1 по его Указу русские меры длины были согласованы с английскими мерами. Так одна сажень должна была равняться семи английским футам. В 1835 г. Николай 1 своим "Указом правительствующему Сенату" утвердил сажень в качестве основной меры длины в России. В соответствии с этим Указом за основную единицу массы был принят образцовый фунт, как кубический дюйм воды при температуре 13,3 градуса Реомюра в безвоздушном пространстве (фунт равнялся 409,51241 грамм). Кроме перечисленных мер длины в России использовались и другие меры длины: аршин (0,7112 м), верста (в разные времена размер версты был различным).

Для поддержания единства установленных  мер еще в древние времена  применялись эталонные (образцовые) меры, которые хранились в Церквях, т.к. Церкви являлись наиболее надежными местами для хранения ценных предметов. В принятом в 1134-1135г. уставе говорилось, что переданные на хранение епископу меры надлежало "блюсти без пакости, ни умаливати, ни умноживати и на всякий год взвешивати". Таким образом, уже в те времена производилась операция, которая позже стала называться поверкой.

За умышленно неправильное измерения, обман, связанные с применением  мер, предусматривались строгие наказания («казнити близко смерти»).

По мере развития промышленного  производства повышались требования к  применению и хранению мер, стремление к унификации размеров единиц. Так, в 1736 г. российский Сенат образовал комиссию мер и весов. Комиссии предписывалось разработать эталонные меры, определить отношения различных мер между собой, выработать проект Указа по организации поверочного дела в России. Архивные материалы свидетельствуют о перспективности замыслов, которые предполагала реализовать комиссия. Однако из-за отсутствия средств, эти замыслы в то время не были реализованы.

В 1841 году в соответствии с принятым Указом "О системе Российских мер и весов", узаконившим ряд мер длины, объема и веса, было организовано при Петербургском монетном дворе Депо образцовых мер и весов - первое государственное поверочное учреждение. Основными задачами Депо являлись: хранение эталонов, составление таблиц русских и иностранных мер, изготовление менее точных по сравнению с эталонами образцовых мер и рассылка последних в регионы страны. Поверка мер и весов на местах была вменена в обязанность городским думам, управам и казенным палатам. Были организованы "ревизионные группы", включающие представителей местных властей и купечества, имеющие право изымать неверные или неклейменные меры, а владельцев таких мер привлекать к ответственности. Таким образом, в России были заложены основы единой государственной метрологической службы.

В начале ХVIIIв. появились книги, в  которых содержалось описание действующей  русской метрологической системы: Л.Ф.Магницкого "Арифметика" (1703г.), "Роспись полевой книги" (1709г.). Позже, в 1849г. была издана первая научно-учебная книга Ф.И. Петрушевского "Общая метрология" (в двух частях), по которой учились первые поколения русских метрологов.

Важным этапом в развитии русской метрологии явилось подписание Россией метрической конвенции 20 мая 1875г. В этом же году была создана Международная организация мер и весов (МОМВ). Место пребывания этой организации- Франция (Севр). Ученые России принимали и принимают активное участие в работе МОМВ. В 1889г. в Депо образцовых мер и весов поступили эталоны килограмма и метра. В 1893 г. в Петербурге на базе Депо была образована Главная палата мер и весов, которую возглавлял до 1907г. великий русский ученый Д.И.Менделеев. В это время начали проводиться серьезные метрологические исследования. Д.И.Менделеев вложил много сил в развитие и совершенствование поверочного дела; была образована сеть поверочных палаток, осуществляющих поверку, клеймение и ремонт мер и весов, контроль за их правильным применением. В 1900 г. при Московском окружном пробирном управлении состоялось открытие Поверочной палатки торговых мер и весов. Так было положено начало организации метрологического института в Москве (в настоящее время - Всероссийский научно-исследовательский институт метрологической службы - ВИНИМС).

В годы советской власти метрология получила дальнейшее развитие. В 1918г. был  принят декрет правительства Российской Федерации "О введении международной  метрической системы мер и весов".

В 1930г. произошло объединение метрологии и стандартизации. Была проведена  большая работа по изучению состояния  метрологической деятельности. Опыт, полученный в эти годы, оказался полезным во время Великой Отечественной  войны, когда потребовалось быстрое восстановление измерительного хозяйства на эвакуированных предприятиях и приспособление его к задачам военного производства. После окончания войны сеть поверочных и метрологических организаций начала быстро восстанавливаться. Были созданы новые метрологические институты.

В 1954г. был образован Комитет  стандартов, мер и измерительных  приборов при СМ СССР (в дальнейшем Госстандарт СССР). После распада  СССР управление метрологической службой  России осуществляет Государственный  комитет РФ по стандартизации и  метрологии (Госстандарт России).

В отличие от зарубежных стран управление метрологической службой в РФ осуществляется в рамках единой сферы управления, включающей и стандартизацию. Однако между этими видами деятельности существуют различия, которые углубляются по мере развития рыночных отношений. Если руководство метрологией и государственный метрологический надзор сохраняется в качестве важнейшей функции государственного управления, то стандартизация, в основу которой, судя по опыту стран с рыночной экономикой, положен диктат производителя, может претерпеть существенные изменения.

После развала в 1991 г. Советского Союза, в течение нескольких лет произошел  значительный спад работ в области метрологии в странах СНГ, в том числе и в Российской Федерации. На многих предприятиях были значительно сокращены, а иногда и ликвидированы службы метрологии. Однако вскоре произошло осознание того факта, что без метрологического обеспечения невозможен выпуск качественной продукции. Поэтому службам метрологии в настоящее время уделяется все большее внимание на абсолютном большинстве предприятий.

В настоящее время развитие метрологии в Российской Федерации осуществляется в соответствии с законом "Об обеспечении единства измерений", принятым в 1993 г.

4.2. Основные даты развития науки метрологии в России

С течением веков менялись, совершенствуясь, эталоны измерений, но неизменным оставалось стремление человека к точности и упорядоченности. И в истории Государства Российского есть страница, отразившая эту борьбу порядка с хаосом:

966 - Устав Князя Владимира обязывает  епископа «блюсти городския и  торговыя всяческая мерила и спуды и завесы и ставила»

1135 - Новгородский Князь Всеволод  в Грамоте, данной городу Новгороду,  поручает епископу «печаловаться о том управлении (надзоре за мерами), якоже о душах человеческих»

1681 - Наказ Царя Федора Алексеевича  Большой Московской таможне о  сборе пошлин наделяет таможенного голову властью за найденные у торговцев «воровские весы определять конфискацию товаров и ссылку с семьей»

1722 - инструкция Царя Петра I московской Полицмейстерской канцелярии предписывает «наблюдать, чтобы меры и весы были верные и требовать сведения из магистрата о мерах и весах, а за нахождение наклейменых или фальшивых мер и весов штрафовать»

1745 - Указ Сенатский повелевает «разослать из Камер-Коллегии во все города заклейменных медных мер для хлеба и взыскивать штрафу того, у кого окажутся неуказные меры»

1797 - Указ Павла I «Об учреждении  повсеместно верных весов, питейных  и хлебных мер» 

1823 - Положение о доходах и расходах Московской столицы обязывает: «Меры и весы клеймить ежегодно навсегда, пока находятся в употреблении, а негодных и поврежденных не иметь. Полиции, рядским и рыночным старостам наблюдать, чтобы у торговцев весы и меры были клеменые. За употребление неклемейных взимать штраф, а меры и весы отбирать»

1829 - Высочайше утвержденная Записка  Министра финансов учреждает  при С.-Петербургском Монетном  дворе Собрание образцовых мер  и весов главнейших иностранных  государств

1836 - Начинает работу первая Правительственная комиссия по мерам и весам

1839 - Высочайше утвержденный Сельский  судебный устав для государственных  крестьян обязывает отбирать и ломать незаконные аршины, весы или меры и взимать штраф, а за обмер и обвес подвергать наказанию, как за воровство-мошенничество

1842 - Основано первое государственное  метрологическое и поверочное  учреждение - Депо образцовых мер и весов во главе с Ученым-хранителем академиком А.Я. Купфером

1845 - Уложение о наказаниях уголовных  и исправительных вводит наказание за употребление весов и мер, не имеющих установленных клейм или неверных, а также за обмер и обвес

1875 - 20 мая Россия в числе первых 17 стран подписывает Метрическую  конвенцию. Цель конвенции - обеспечение  единства длины и массы, а  также дальнейшее совершенствование метрической системы

1892 - Депо образцовых мер и  весов возглавляет Д.И. Менделеев 

1899 - Высочайше утверждается одобренное  Общим собранием Государственного  Совета под председательством  Великого Князя Михайла Николаевича  Романова подготовленное Д.И. Менделеевым «Положение о мерах и весах». Принимается закон о мерах и весах. Наряду с аршином и фунтом россиянам дозволяется использовать метр и килограмм

В сентябре 1900 года была открыта первая в России Санкт-Петербургская поверочная палата. На сегодняшний день это - ФГУ "Тест С.-Петербург".

В октябре того же года открывается  Московская поверочная Палата мер и  весов (сегодня - ФГУП "ВНИИМС" и  ФГУ "Ростест-Москва").

Московская поверочная Палата была создана в соответствии с разработанной Д.И. Менделеевым Программой переустройства (реформой) государственной службы мер и весов.

Наряду с поверочными палатами в Петербурге, Варшаве и Павлове  она стала одной из первых четырех "опорных точек" разворачиваемой в Российской империи сети территориальных поверочных учреждений нового типа. Московская Плата поначалу была учреждена при Московском Окружном Пробирном Управлении. Это свидетельствовало о том, что в Москве работам по поверке и клеймению торговых мер и весов придается такое же значение, как клеймению драгоценных металлов, которое во все времена и во всех странах являлось одной из важнейших прерогатив государства.

Московская Палата сразу заняла лидирующие позиции в поверочном деле, многое сделала для введения метрической системы, что в немалой  степени способствовало превращению Москвы в крупнейший торговый и промышленный центр России.

Год от года осваивались новые виды измерений:

1923 - максимальные медицинские термометры, ареометры и пурки 

1924 - манометры и вакуумметры 

1927 - электросчетчики, амперметры, вольтметры, ваттметры и наборы пробных очковых стекол

1928 - концевые меры длины, калибры  и измерительный инструмент 

1929 - водомеры 

К началу 70-х годов прошлого века бывшая поверочная Палата превращается в крупнейший научно-исследовательский центр - ВНИИ метрологической службы (ВНИИМС).

В эти годы общество, государство  все больше осознают необходимость  всерьез заниматься качеством. И тогда на базе поверочных и надзорных подразделений ВНИИМС в 1973 году создается Московский центр метрологии и стандартизации (с 1992 года - Ростест-Москва).

5. Заключение

Выводы:

1) Современная метрология продолжает  развиваться, ориентируясь на  открытия науки и техники.