МЕТРОЛО́ГИЯ
-
Рубрика: Физика
-
Скопировать библиографическую ссылку:
МЕТРОЛО́ГИЯ (от греч. μέτρον – мера, размер и ...логия), наука об измерениях, методах и средствах достижения их единства и требуемой точности. Применение М. позволяет получать измерительную информацию не только о количественных, но и о качественных измеряемых свойствах объектов во всех сферах человеческой деятельности. Развитие теорий и их практич. применение немыслимо без первичной измерит. информации, полученной путём измерений в процессе познания. Эффективность любых банков данных, информационных и др. технологий, корректность торговых операций напрямую зависят от качества первичной, исходной измерит. информации. Последующие обработка, хранение и передача измерит. информации не могут устранить дефекты или недостаточность этой информации. На достижения, средства и методы М. опираются в своём развитии как фундаментальные, так и прикладные науч. направления. Развитие М. – непременное условие прогресса науки и техники. М. подразделяют на теоретич., прикладную и, в силу её обществ. значимости, законодательную.
Теоретическая метрология
опирается на собственную, детально разработанную систему понятий, терминов и нормативных документов. Хотя в общей теории измерений используются теория множеств, математич. статистика, теория вероятности и др. математич. дисциплины, исходными метрологич. понятиями являются: измеряемое свойство, измеряемая величина, шкала измерений и единица измерения. Поскольку существуют шкалы измерений без единиц, но нет единиц измерений, существующих вне соответствующих шкал, понятие «шкала измерений» является первичным и более общим по сравнению с понятием «единица измерения». Под шкалой измерений понимают принятый по соглашению способ определения и обозначения (кодирования) всевозможных проявлений (значений) конкретного измеряемого свойства. Прикладные положения теории измерений основаны на понятиях: система единиц измерений, эталон, средства измерений, неопределённость измерений, погрешность измерений, единство измерений и др.
Прикладная метрология
связана с воспроизведением шкал измерений, калибровкой средств измерений, поверкой средств измерений. Реализация размеров единиц измерений, шкал измерений, методов измерений осуществляется с использованием достижений естественных наук (прежде всего физики и химии) и приборостроения. Развитие М. направлено на повышение точности измерений, поэтому большие разделы М. посвящены методам и методикам измерений, вероятностным, статистич. и эксперим. методам оценок неопределённостей измерений, погрешностей результатов и средств измерений. Обычно измерения выполняются с помощью спец. устройств – средств измерений. При этом для достижения единства измерений осуществляется градуировка, калибровка или поверка средств измерений с помощью эталонов, воспроизводящих шкалы измерений или размеры единиц измерений. Некоторые измерения осуществляются по экспертным шкалам без явного применения средств измерений (напр., оценки учебных и спортивных достижений, экономич. показателей).
Законодательная метрология
Сопоставимость и признание результатов измерений в стране и на междунар. уровне, взаимозаменяемость деталей и устройств, выпускаемых на разных предприятиях, функционирование сетей связи и т. п. невозможно без унификации единиц и шкал измерений, порядка их использования. Эти вопросы решаются на междунар. и гос. уровне законодат. частью М., предметом которой является установление обязательных технич. и юридич. требований по применению единиц измерений, эталонов, методов и средств измерений. Эти требования направлены на обеспечение единства измерений с точностью, необходимой для защиты прав и интересов отд. лиц, общества и государства. В законодат. М. решают задачи междунар. и гос. регламентации и надзора в области обеспечения единства измерений (ОЕИ). Такой деятельностью занимаются междунар. метрологич. организации, в т. ч. Международное бюро мер и весов (МБМВ), нац. метрологич. ин-ты (НМИ), метрологич. службы гос. органов управления и юридич. лиц. Междунар. комитет мер и весов (МКМВ), МБМВ и Междунар. орг-ция законодат. метрологии (МОЗМ, учреждена в 1956 с участием СССР) работают в контакте с Междунар. орг-цией по стандартизации, Междунар. электротехнич. комиссией и др., что способствует междунар. достижению единства измерений. Цель деятельности МОЗМ, объединяющей более 80 государств, – разработка общих вопросов законодат. М.: создание модельного для государств закона о М.; установление классов точности средств измерений, единообразия требований и рекомендаций по испытаниям, поверке и калибровке средств измерений; гармонизация поверочной аппаратуры, методов сличения, поверки и калибровки эталонных и рабочих средств измерений; выработка оптимальных форм организации метрологич. служб и обеспечение единства гос. предписаний по их ведению; оказание научно-технич. содействия развивающимся странам в создании метрологич. служб и организации их работы; установление единых принципов подготовки кадров в области М. Принятые МОЗМ решения носят рекомендат. характер, морально обязывающий страны-участницы внедрять их по возможности.
Историческая справка
Развитие М. началось с появления материальных мер. Это подтверждается историч. памятниками. Вавилонская (халдейская) система измерений была системой мер; она опиралась на материализованные меры длины и веса (массы). Такими же были древнеегипетская и все позднейшие системы мер. Первоначально предметом изучения М. было описание многообразия применявшихся во все времена в разных странах мер длины, площади, объёма, массы, времени и др., а также монет и количественных соотношений между ними. Эти сведения остаются необходимыми при изучении истории экономики и права, материальной культуры и контактов между народами. С возникновением и распространением метрической системы мер использование особых нац. мер и единиц измерения постепенно сократилось. Важным этапом в развитии М. стало заключение в 1875 Метрической конвенции, учреждение МБМВ и создание междунар. метрич. эталонных мер (см. Метр, Килограмм). Развитие метрич. концепции привело к принятию в 1960 единой для практич. применения Международной системы единиц (СИ).
В ходе развития М. понятие о конкретной мере постепенно дополнялось абстрактным понятием «единица измерения». Аналогично понятие «система мер» дополнилось абстрагированным от материального воплощения понятием «система единиц измерений». С расширением сфер приложения М., её принципов и практич. приёмов привычное, устоявшееся определение измерения как эксперим. сравнения измеряемой величины с некоторым её значением, принятым за единицу измерения, утратило присущую ему ранее общность. Так, к качественным свойствам и непропорциональным величинам понятие единицы измерения неприменимо, однако измерения таких свойств и величин по стандартизованным шкалам измерений весьма развиты (см., напр., Колориметрия).
Метрологические институты и организации
После учреждения в 1875 МБМВ, вследствие роста гос. значимости М., в странах стали создаваться НМИ, в которых хранятся нац. исходные эталоны и проводятся науч. исследования в области М.: Гл. палата мер и весов в России (1893, её организатором и первым управляющим был Д. И. Менделеев), Физико-технич. ин-т в Германии (1887), Нац. физич. лаборатория в Великобритании (1899), Нац. бюро эталонов в США (1901) и т. д. В СССР существовало 11 НМИ и их филиалов. Появлению НМИ в разл. государствах и поднятию на более высокий уровень междунар. сотрудничества по М. способствовало подписание 14.10.1999 директорами НМИ государств – членов Метрич. конвенции (в т. ч. России) «Соглашения МКМВ о взаимном признании нац. эталонов и сертификатов калибровки и измерений, выдаваемых нац. метрологич. институтами». Для осуществления этого соглашения создан ряд междунар. региональных метрологич. организаций: КООМЕТ (Евро-Азиатское сотрудничество нац. метрологич. ин-тов), ЕВРАМЕТ (Европ. ассоциация нац. метрологич. ин-тов) и др., а также их Объединённый комитет.
В РФ функционируют гос. науч. метрологич. ин-ты (ГНМИ): Всерос. НИИ метрологии им. Д. И. Менделеева (ВНИИМ, быв. Гл. палата мер и весов, С.-Петербург), Всерос. НИИ физико-технич. и радиотехнич. измерений (ВНИИФТРИ, пос. Менделеево Моск. обл., его филиалы: Восточно-Сибирский в Иркутске, Дальневосточный в Хабаровске, Камчатский в Петропавловске-Камчатском), Всерос. НИИ оптико-физич. измерений (ВНИИОФИ, Москва), Всерос. НИИ расходометрии (ВНИИР, Казань), Всерос. НИИ метрологич. службы (ВНИИМС, Москва), Уральский НИИ метрологии (УНИИМ, Екатеринбург), Сибирский гос. НИИ метрологии (СНИИМ, Новосибирск). Осн. направления деятельности ГНМИ: фундам. и прикладные исследования, эксперим. разработки и научно-технич. деятельность в области ОЕИ; разработка, совершенствование, содержание, сличение и применение гос. первичных эталонов; участие в разработке проектов нормативных документов в области ОЕИ; проведение обязат. метрологич. экспертизы содержащихся в проектах нормативных правовых актов РФ требований к измерениям и средствам измерений; участие в междунар. сотрудничестве в области метрологии.
Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ) в РФ
Основы законодательной М. в РФ закреплены ст. 71 Конституции РФ на федеральном уровне и определены Законом РФ «Об обеспечении единства измерений» и в комплексе нормативных документов ГСИ, в которых установлены необходимые правовые, технич., организационные и экономич. положения. Гос. регулирование в области ОЕИ осуществляется в следующих формах: утверждение типа средств измерений (в т. ч. стандартных образцов); поверка средств измерений; метрологич. экспертиза; гос. метрологич. надзор; аттестация методов измерений; аккредитация на выполнение работ в области ОЕИ. ГСИ состоит из правовой, технич. и организационной подсистем. Правовой подсистемой ГСИ является комплекс взаимоувязанных законодат. и подзаконных актов, нормативных документов, устанавливающих согласованные требования ко всем сторонам метрологич. деятельности на основе СИ. Технич. подсистему ГСИ составляют: совокупность первичных, вторичных, рабочих и др. эталонов единиц величин и шкал измерений; совокупность стандартных образцов состава и свойств веществ и материалов; совокупность стандартных справочных данных о физич. константах и свойствах веществ и материалов; средства измерений и испытательное оборудование, необходимые для гос. регулирования в области ОЕИ; совокупность спец. зданий и сооружений для проведения высокоточных измерений в метрологич. целях; совокупность н.-и., эталонных, испытательных, поверочных, калибровочных и измерит. лабораторий и их оборудования. Организац. подсистему ГСИ составляют: метрологич. службы федеральных органов исполнит. власти, осуществляющие нормативно-правовое регулирование в области ОЕИ на федеральном уровне и организующие взаимодействие с органами гос. власти др. государств и междунар. организациями в области ОЕИ, и подведомственные ГНМИ гос. региональные центры метрологии (ГРЦМ), гос. службы времени, частоты и определения параметров вращения Земли (ГСВЧ), стандартных справочных данных о физич. константах и свойствах веществ и материалов (ГСССД), стандартных образцов состава и свойств веществ и материалов (ГССО); метрологич. службы – подразделения федеральных органов исполнит. власти, юридич. лица или структурные подразделения юридич. лиц либо объединений юридич. лиц, организующие и выполняющие работы и услуги по ОЕИ.
Осн. функциями ГРЦМ, которых в России более 80, являются: проведение поверки средств измерений; совершенствование, содержание и применение гос. эталонов, используемых для обеспечения соответствия др. эталонов и средств измерений гос. первичным эталонам. Прообразами ГРЦМ были Поверочные палатки торговых мер и весов, учреждение которых в регионах России началось с 1900. ГСВЧ осуществляет деятельность по воспроизведению нац. шкалы времени и эталонных частот, по определению параметров вращения Земли, а также по обеспечению потребности государства в эталонных сигналах времени и частоты и в информации о параметрах вращения Земли. ГССО осуществляет разработку, испытание и внедрение стандартных образцов состава и свойств веществ и материалов в целях ОЕИ. ГСССД разрабатывает для ОЕИ стандартные справочные данные о физич. константах и свойствах веществ и материалов.
Метрологические журналы
Осн. журналами по М. в России являются: «Измерительная техника» [1940–41, затем с 1955; ему предшествовали журналы «Поверочное дело» (1916–29), «Измерительная техника и поверочное дело» (1930–38), «Метрология и поверочное дело» (1938–39)], «Законодательная и прикладная метрология» (с 1992). Междунар. журналы по М.: «Metrologia» (с 1965); «Bulletin de l’Organisation Internationale de Métrologie Légale» (с 1960).