Чем занимается фундаментальная метрология

Фундаментальная метрология

Раздел метрологии, отвечающий за создание и разработку фундаментальных основ метрологии (систем единиц измерения, физических постоянных, новых методов измерений). Например, общая теория измерений и теория погрешностей, теория единиц физических величин и их систем, теория шкал и поверочных схем и др. Фундаментальная (практическая) метрология появилась еще в древние времена. Раньше наименования единиц и их размеры соответствовали возможности осуществления измерений «подручными» способами, не прибегая к специальным устройствам. С развитием науки и техники требовались новые измерения и новые единицы измерения, что стимулировало развитие фундаментальной и прикладной метрологии. Дальнейшее развитие фундаментальной метрологии подтверждают определения единиц физических величин (ФВ), принятых в Международной системе единиц (системе СИ), дающих представление о природном, естественном происхождении принятых единиц ФВ.

Прикладная метрология.

Практическая (прикладная) метрология, которая решает вопросы практического применения разработок теоретической метрологии и положений законодательной метрологии, в частности, вопросы поверки и калибровки средств измерений. Практическая метрология – раздел метрологии, предметом которого являются вопросы практического применения разработок теоретической метрологии и положений законодательной метрологии.

Измерения. Основной закон измерения.

Источник

Метрология

Метрология – наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности. Данное определеление дают все российские нормативно-правовые акты начиная от ГОСТ 16263-70 и до, принятых недавно, рекомендаций РМГ 29-2013.

В международном словаре по метрологии (VIM3) дается более широкое определение термину «метрология», как науке об измерениях и их применении, которая включает все теоретические и практические аспекты измерений, независимо от их неопределенности и области использования.

Справка. ГОСТ 16263-70 «ГСИ. Метрология. Основные термины и определения» действовал с 01.01.1971 года, заменен с 01.01.2001 на РМГ 29-99 с аналогичным названием.
РМГ 29-2013 «ГСИ. Метрология. Основные термины и определения» – Рекомендации по межгосударственной стандартизации (введены с 01.01.2015 вместо РМГ 29-99). Они актуализированы и гармонизированы со словарем VIM3-2008 (3 редакция). Полное его название – Международный словарь по метрологии: Основные и общие понятия и соответствующие термины.

Если говорить простым языком, метрология занимается вопросами измерения физических величин, характеризующих всевозможные материальные объекты, процессы или явления. В сферу ее интересов входит разработка и практическое применение измерительных технологий, инструмента и оборудования, а также средств и методов обработки полученной информации. Помимо этого, метрология обеспечивает нормативно-правовое регулирование действий официальных структур и отдельных лиц, так или иначе связанных с выполнением измерений в своей деятельности, изучает и систематизирует исторический опыт.

Само слово «метрология» происходит от греческих слов «метрон» – мера и «логос» – учение. Первое время учение так и развивалось, как наука о мерах и соотношениях между различными величинами мер (применяемых в разных странах), и являлась описательной (эмпирической).

Измерения новых современных величин, расширение диапазонов измерений, повышение их точности, все это способствует созданию новейших технологий, эталонов и средств измерений (СИ), совершенствованию путей постижения природы человеком, познание количественных характеристик окружающего мира.

Установлено, что в настоящее время имеется потребность в измерении более двух тысяч параметров и физических величин, но пока, на основе имеющихся средств и методов производятся измерения около 800 величин. Освоение новых видов измерений остается актуальной проблемой и в наши дни. Метрология впитывает в себя самые последние научные достижения и занимает особое место среди технических наук, ведь для научно-технического прогресса и их совершенствования метрология должна опережать другие области науки и техники.

Цели и задачи метрологии

Цели метрологии, как науки – обеспечение единства измерений (ОЕИ); извлечение количественной информации о свойствах объекта, окружающем мире, о процессах с заданной точностью и достоверностью.

Цели практической метрологии – метрологическое обеспечение производства, т.е. установление и применение научных и организационных основ, технических средств, правил и норм, необходимых для ОЕИ и требуемой точности проводимых измерений.

Справка. Ранее задачи метрологии были сформулированы в ГОСТ 16263-70.

В соответствии с поставленными задачами, метрология подразделяется на теоретическую, прикладную, законодательную и историческую метрологию.

Теоретическая или фундаментальная метрология занимается разработкой теории, проблем измерений величин, их единиц, методов измерений. Теоретическая метрология работает над общими проблемами, возникающими при выполнении измерений в той или иной области техники, гуманитарных наук, а то и на стыке многих, иногда самых разноплановых областей знаний. Метрологи- теоретики могут заниматься, к примеру, вопросами измерения линейных размеров, объема и гравитации в n- мерном пространстве, разрабатывать методики инструментальной оценки интенсивности излучения космических тел применительно к условиям межпланетных полетов, либо создавать совершенно новые технологи, позволяющие повысить интенсивность процесса, уровень точности и другие его параметры, усовершенствовать технические средства, задействованные в нем и т.д. Так или иначе, практически любое начинание в какой- либо деятельности начинается с теории и лишь после такой проработки переходит в сферу конкретного применения.

Прикладная или практическая метрология занимается вопросами метрологического обеспечения, использования на практике разработок теоретической метрологии, внедрения положений законодательной метрологии. Её задача состоит в адаптации общих положений и теоретических выкладок предыдущего раздела к четко обозначенной, узкоспециальной производственной или научной проблеме. Так, если требуется провести оценку прочности вала двигателя, калибровку большого количества подшипниковых роликов, либо обеспечить, к примеру, комплексный метрологический контроль в процессе лабораторных исследований, специалисты- практики выберут соответствующую технологию из большого количества уже известных, переработают, а возможно и дополнят её применительно к данным условиям, определят необходимое оборудование и инструментарий, количество и квалификацию персонала, а также разберут и многие другие технические аспекты конкретного процесса.

Законодательная метрология устанавливает обязательные юридические и технические требования по применению эталонов, единиц величин, методов и средств измерений, направленных на обеспечение единства измерений (ОЕИ) и их требуемой точности. Данная наука родилась на стыке технического и общественного знания и призвана обеспечить единый подход к измерениям, выполняемых во всех без исключения областях. Законодательная метрология непосредственно граничит также со стандартизацией, обеспечивающей совместимость технологий, средств измерения и прочих атрибутов метрологического обеспечения как на внутреннем, так и на международном уровне. Область интересов законодательной метрологии включает и работу с эталонами величин измерения, и вопросы поверки мерительного инструмента и оборудования, и подготовку специалистов, а также многие другие вопросы. Основным правовым документом, регулирующим деятельность в этой сфере, является Закон Российской Федерации N 102-ФЗ «Об обеспечении единства измерений» от 26 июня 2008 года. Нормативно-правовая база также включает в себя ряд подзаконных актов, положений и технических регламентов, конкретизирующих законодательные требования по отдельным направлениям и видам деятельности юристов-метрологов.

Историческая метрология призвана изучать и систематизировать единицы и системы измерения, употреблявшиеся в прошлом, технологическое и инструментальное обеспечение контроля параметров физических объектов и процессов, исторические организационно- правовые аспекты, статистику и многое другое. В этом разделе исследуется также история и эволюция денежных единиц, отслеживается взаимосвязь между их системами, сформировавшимися в условиях различных обществ и культур. Историческая метрология параллельно с нумизматикой изучает денежные единицы уже потому, что в период зарождения измерений как таковых элементарные основы методов оценки стоимости и других, совершенно не относящихся к денежным расчетам параметров во многом повторяли друг друга.

С другой стороны, историческая метрология не является чисто общественным разделом науки, ибо зачастую с ее помощью восстанавливаются утраченные, но, тем не менее, актуальные на сегодняшний день измерительные технологии, отслеживаются на прошлом опыте пути развития и прогнозируются перспективные изменения в данной области, вырабатываются новые инженерные решения. Нередко прогрессивные методы оценки каких- либо параметров представляют собой развитие уже известных, переработанных с учетом новых возможностей современной науки и техники. Изучение истории необходимо для работы с измерительными стандартами в отношении их развития и совершенствования, обеспечения совместимости традиционных и перспективных методов, а также систематизации практических наработок с целью их использования в дальнейшем.

Выдержки из истории развития метрологии

Для преведения всевозможных измерений, отсчета времени и т.п. человечеству потребовалось создать систему различных измерений, позволяющих определить объем, вес, длину, время и т.п. Поэтому метрология, как область практической деятельности зародилась еще в древности.

История метрологии – это часть истории развития разума, производительных сил, государственности и торговли, она созревала и совершенствовалась вместе с ними. Так уже при великом князе Святославе Ярославовиче на Руси стала применяться «образцовая мера» – «золотой пояс» князя. Образцы хранились в церквях и монастырях. При новгородском князе Всеволоде предписывалось ежегодно сверять меры, за неисполнение применялось наказание – вплоть до смертной казни.

«Двинская грамота» 1560 г. Ивана Грозного регламентировала правила хранения и передачи размера сыпучих веществ – осьмины. Первые копии находились в приказах Московского государства, храмах и церквях. Работы по надзору за мерами и их поверку выполняли в то время под надзором Померной избы и Большой таможни.

Петр I допустил к обращению в России английские меры (футы и дюймы). Были разработаны таблицы мер и соотношений между русскими и иностранными мерами. Контролировалось употребление мер в торговле, на горных рудниках и заводах, на монетных дворах. Адмиралтейств-коллегия заботилась о правильном использовании мер угломерных приборов, компасов.

В 1736 году была образована Комиссия весов и мер. Исходной мерой длины являлись медный аршин и деревянная сажень. Фунтовая бронзовая золоченая гиря – первый узаконенный государственный эталон. Аршины железные были изготовлены по указу царицы Елизаветы Петровны в 1858 г.

8 мая 1790 года во Франции принят в качестве единицы длины метр – одна сорокамилионная часть земного меридиана. (Он официально введен во Франции декретом от 10 декабря 1799 г.)

В России в 1835 г. утверждены эталоны массы и длины – платиновый фунт и платиновая сажень (7 английских футов). 1841 г. – год открытия в России Депо образцовых мер и весов.

20 мая 1875 г. подписана Метрическая конвенция 17 государствами, включая Россию. Созданы международные и национальные прототипы килограмма и метра. (Именно 20 мая отмечается День метролога).

С 1892 Депо образцовых мер и весов возглавлял знаменитый русский ученый Д.И. Менделеев. Эпохой Менделеева в метрологии принято называть отрезок с 1892 по 1918 годы.

В 1893 на базе Депо была учреждена Главная палата мер и весов – метрологический институт, где проводились испытания и поверка различных измерительных приборов. (Менделеев возглавлял Палату до 1907 г.). В настоящее время это – Всероссийский научно-исследовательский институт метрологии имени Д.И.Менделеева.

На базе Положения о мерах и весах от 1899 года в разных городах России были открыты еще 10 поверочных палаток.

XX век с его открытиями в математике и физике превратил М в науку об измерениях. В наши дни состояние и формирование метрологического обеспечения в значительной степени определяет уровень промышленности, торговли, науки, медицины, обороны и развития государства в целом.

Метрическая система мер и весов введена декретом Совнаркома РСФСР от 14.09.1918 года (с него начался «нормативный этап» в российской метрологии). Присоединение к Международной метрической конвенции произошло в 1924 году, также как и создание в России комитета по стандартизации.

1960 г. – создана «Международной системы единиц». В СССР она начала применяться с 1981 г. (ГОСТ 8.417-81). 1973 г. – утверждена в СССР Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ).

1993 г. приняты: первый закон РФ «Об обеспечении единства измерений», законы РФ «О стандартизации» и «О сертификации продукции и услуг». Установлена ответственность за нарушение правовых норм и обязательных требований стандартов в области единства измерений и метрологического обеспечения.

Источник

Что такое метрология? Задачи метрологии, определение, цели и история

Какой бы сложной наукой не была метрология, задачи метрологии были определены еще в XVIII веке. Это привело к созданию в 1795 году десятичной метрической системы, установившей набор стандартов для других типов измерений. Несколько других стран приняли данную систему между 1795 и 1875 годами.

Для создания единых мировых стандартов в соответствии с Метрической конвенцией было учреждено Международное бюро по борьбе с отклонениями от системы (BIPM). Это вылилось в создание Международной системы единиц в результате резолюции, принятой в 1960 году. Таким образом, основные задачи метрологии стали еще более глобальными. Теперь это одна из наук, от которых едва ли не зависит судьба человечества, ведь она определяет нормы, принятые во всем мире.

Вам будет интересно: Апофема правильной треугольной пирамиды: формула и пример задачи

Задачи метрологии, стандартизации, сертификации

Подполя

Подполями являются научная или фундаментальная метрологии, которые связаны с установлением единиц измерения, прикладная, техническая или промышленная, занимающаяся применением их к производственным и другим процессам в обществе, а также законодательная, которая охватывает регулирование и нормативные акты, требования к средствам и методам. Задачи с решением метрологии/стандартизации используются для обучения специалистов в каждой из этих областей.

Законодательный аспект

В каждой стране существует национальная система измерений (NMS) в виде сети лабораторий, калибровочных центров и органов по аккредитации, которые внедряют и поддерживают метрологическую инфраструктуру. NMS влияет на то, как измерения проводятся в стране, а также на их признание международным сообществом, что имеет огромное значение для всего общества, включая экономику, энергетику, окружающую среду, здравоохранение, производство, промышленность и доверие потребителей. Для обучения начинающих специалистов в этой области используются задачи по метрологии, с решением которых у студентов обычно не возникает проблем.

Вам будет интересно: Понятие о призме. Формулы объема призм разного типа: правильной, прямой и наклонной. Решение задачи

Влияние этой науки на торговлю и экономику является одним из наиболее легко наблюдаемых социальных последствий ее повсеместного внедрения. Для обеспечения справедливой торговли должна существовать согласованная система измерения, которую и обеспечивает эта наука.

История

Стандартизация имеет решающее значение для значимости измерений. Первая запись постоянного стандарта была осуществлена в 2900 г. до н. э., когда королевский египетский локоть был вырезан из черного гранита в качестве метрического эталона. Локоть был определен как длина предплечья фараона плюс ширина его руки, и этот стандарт был дан всем строителям в Египте. На успех стандартизированной длины для строительства пирамид указывают длины их оснований, различающиеся не более чем на 0,05 %.

Другие цивилизации вводили общепринятые стандарты мер, равняясь на римскую и греческую архитектуру. Распад империи и последовавшее за ним наступление темных веков спровоцировало утрату знаний о мерах и стандартизации. Хотя локальные системы были распространены, сопоставимость была сложной, поскольку многие из них были несовместимы. В 1196 году в Англии были созданы эталоны для подсчета длины, а Великая хартия вольностей 1215 года включала даже отдельный раздел для измерения единиц вина и пива.

Новое время

Современная метрология ведет свое начало из Французской революции. Революционеры создали единую палату мер и весов для унификации всего, что только можно было измерить. Для обучения этой науке были составлены специальные задачи по метрологии, с решением которых даже у начинающих ученых поначалу могли возникать трудности.

В марте 1791 года был определен стандартный метр. Это привело к созданию в 1795 году десятичной метрической системы, устанавливающей стандарты для других типов измерений. Несколько других стран приняли метрическую систему между 1795 и 1875 годами.

Хотя первоначальной миссией BIPM было создание международных стандартов для единиц мер и приведение их в соответствие с национальными стандартами, сфера компетенции бюро расширилась благодаря научному прогрессу. Теперь она включает электрические, фотометрические единицы и стандарты измерения ионизирующего излучения. Метрическая система была модернизирована в 1960 году с созданием Международной системы единиц в результате принятия резолюции на одной из тематических международных конференций.

Международный уровень

Международное бюро мер и весов (BIPM) определяет метрологию как науку об измерениях. Она устанавливает общее понимание единиц, имеющих решающее значение для человеческой деятельности.

Метрология является обширной областью, но ее можно обобщить с помощью трех основных видов деятельности:

Эти понятия в разной степени применимы к трем основным областям метрологии:

Научная метрология

Научная метрология связана с созданием единиц измерения, разработкой новых методов, реализацией стандартов и контролем их соблюдения во всех инстанциях. Сюда же относится составление задач и решений стандартизации, сертификации, метрологии.

Этот тип метрологии считается высшим уровнем развития этой науки, стремящимся к высшей степени точности. BIPM поддерживает базу данных метрологических калибровочных и измерительных возможностей и институтов по всему миру, деятельность которых рецензируется. В измерениях BIPM определил девять областей метрологии, которые включают акустику, электричество и магнетизм, длину, массу и связанные с ними величины, фотометрию и радиометрию, ионизирующее излучение, время и частоту, термометрию и химию.

Последние события

Учитывая увеличение количества задач метрологии, метрологию было решено дополнять и выводить на международный уровень. Позже было предложено новое определение базовых единиц СИ, которое было официально утверждено в ноябре 2018 года и вступит в силу в мае 2019 года.

Мотивация при смене базовых единиц состоит в том, чтобы сделать всю систему выводимой из физических констант, что требует удаления прототипа килограмма, поскольку это последний артефакт, от которого зависят определения единиц. Научная метрология играет важную роль в этом переопределении единиц, поскольку для их точного определения требуется скрупулезное определение физических констант.

Практическая и промышленная метрология

Прикладная, техническая или промышленная область этой науки касается применения измерений к производственным и другим процессам и их использования в обществе, обеспечения пригодности приборов, их калибровки и контроля качества. Учитывая задачи метрологии, метрология промышленная и прикладная порой некорректно отождествляется со всей этой многогранной наукой в силу того, что из всех ее областей она является самой заметной для обывателя.

Осуществление качественных измерений важно в промышленности, так как оно влияет на стоимость и качество конечного продукта и на 10-15 % на производственные затраты. Хотя акцент в этой области метрологии делается на самих измерениях, отслеживание калибровки устройства необходимо для обеспечения достоверности. Признание метрологической компетенции в промышленности может быть достигнуто посредством соглашений о взаимном признании, аккредитации или экспертной оценке. Промышленная метрология важна для экономического и промышленного развития страны, а ее цели в отдельной стране могут указывать на ее экономический статус.

Законодательная метрология

С учетом всех вышеперечисленных задач метрологии, метрология законодательная играет весьма вспомогательную роль, и вот почему. Дело в том, что она является юридическим подтипом этой науки и касается деятельности, которая вытекает из установленных законом требований по непосредственному измерению, установлению единиц, приборов и методов для его осуществления. Такие законодательные требования могут возникать из-за необходимости защиты здоровья, общественной безопасности, окружающей среды, налогообложения, защиты потребителей и справедливой торговли.

Тематические организации, посвященные этому виду метрологии, создаются по всему миру для оказания помощи в гармонизации правил за пределами национальных границ с целью обеспечения того, чтобы законодательные требования не препятствовали торговле.

Источник

Метрология

Мы можем искусственно различать разные аспекты метрологии, чтобы облегчить ее понимание:

Резюме

Определение

Метрологический словарь

VIM, Международный словарь метрологии, фундаментальных и общих понятий и связанных с ними терминов, состоит из пяти основных разделов (согласно BIPM):

Единица измерения

Это определяет семь основных единиц, которые по соглашению считаются независимыми на уровне измерений. От этих основных единиц отклоняются одним способом и только по одной для каждой из них, все остальные единицы, известные как «производные единицы».

Базовые принципы

Краткая история

С первых цивилизаций было необходимо проводить измерения (веса, длины) для обмена между третьими сторонами или, например, налогов. Чтобы избежать споров между заинтересованными сторонами, очень быстро появились «эталонные меры», которые сегодня называются «ориентирами». Так обстоит дело с месопотамскими и египетскими гирями и так называемым царским локтем «майя» древнего Египта.

В каждой стране и даже в каждой провинции есть свои единицы измерения ; Таким образом, словарь Годфруа приводит более восьмидесяти аграрных мер, использовавшихся в средние века. Вес даже меняется в зависимости от взвешиваемого материала: золото и серебро, шелк или другие товары… Это усложняет торговлю и препятствует распространению знаний.

Основы метрологии заложат многочисленные юридические документы. Вот два наиболее важных текста:

В последние десятилетия было наконец предложено рассматривать изменчивость измеренных значений как дисперсию и рассматривать эту метрологическую неопределенность с помощью признанных статистических методов. Для этого он способствовал распространению руководств по VIM и GUM, уже упомянутых в предыдущих разделах. Теперь все заинтересованные стороны должны выполнить эти рекомендации.

Метрологическая организация

«Чтобы измерение имело смысл, а результаты неоспоримы и можно было сравнивать с результатами, полученными в другое время и в других местах, каждое измерение должно быть связано с эталоном непрерывной цепочкой»; это называется « метрологической прослеживаемостью ».

Научно-техническая метрология

На международном уровне

Чтобы обеспечить эту объединяющую миссию, BIPM несет ответственность за:

Научная работа лабораторий BIPM разделена по единицам СИ: масса, время и частота, длина, электричество, фото- и радиометрия, ионизирующее излучение, температура, количество вещества и т. Д.

BIPM находится под надзором только CIPM, находящегося в ведении CGPM.

Во Франции

Создание в 1967 году первой кафедры метрологии во Франции в Национальной консерватории искусств и ремесел (CNAM) в Париже.

На национальном уровне «научная метрология» с января 2005 года находится в ведении Национальной метрологии и испытательной лаборатории (LNE).

LNE отвечает за координацию французской метрологии и представляет ее за рубежом; это также национальная справочная лаборатория для промышленности с точки зрения метрологии.

Таким образом, его миссия заключается в следующем:

На уровне компании

Метрология интегрирована в функцию качества компании.

Законодательная метрология

На международном уровне им руководит Международная организация законодательной метрологии (МОЗМ) совместно с МБМВ.

Законодательная метрология касается всей измерительной деятельности в соответствии с требованиями, установленными нормативными актами. Это, например:

Законодательная метрология включает четыре основных направления деятельности:

Это связано с различными законами, такими как Директива Совета от 20 декабря 1979 г. о сближении законов государств-членов, касающихся единиц измерения, и отменяющая Директиву 71/354 / EEC (80/181 / EEC).

Фундаментальная метрология и новые технологии

Цепочка промышленной калибровки

Компания должна создать систему, способную проверять путем калибровки, что все средства измерения способны выполнять измерения в пределах, соответствующих требованиям. Стандарты компании должны быть связаны с национальными стандартами (сами связаны с международными стандартами) для обеспечения качества системы.

Иерархия калибровки

Для компании это прежде всего вопрос нахождения на национальном уровне. Система, созданная Французским комитетом по аккредитации (Cofrac) для соединения эталонов и средств измерений компании с национальными стандартами, состоит из трех уровней:

Упрощенный пример

Органы, связанные с метрологией

На международном уровне

Мы можем процитировать:

Во Франции

Органы по стандартизации

Стандарты

Некоторые из этих стандартов могут перестать действовать в 2015 году. Мы можем процитировать:

Источник