Метрология

Метрология

1.1.  Понятие и сущность метрологии

1.1.1.  Метрологическая деятельность в России и за рубежом

Метрология – наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и требуемой точности. Название этой науки произошло от греческих слов «метро» - мера и «логос» - учение.

Метрология, как область практической деятельности, зародилась в древности. На всем пути развития человеческого общества измерения были основой отношений людей между собой, с окружающими предметами, природой. При этом вырабатывались единые представления о размерах, формах, свойствах предметов и явлений, а также правила и способы их сопоставлений. Наименования единиц измерения были придуманы человеком достаточно давно. В качестве названий использовались самые простейшие понятия, которые были понятны всем (в России – пядь – расстояние между концами большого и указательного пальцев, локоть – расстояние от локтя до кулака, сажень – равная трем локтям). Для поддержания установленных мер еще в древние времена создавались образцовые меры – эталоны. К ним относились бережно, храня их в церквях и храмах, как наиболее надежных местах для сохранения ценных предметов.

По мере унификации средств измерений во многих государствах вводились законодательные нормы, которые защищали покупателей от недобросовестных производителей и распространителей товаров и услуг. В 17 веке усилился надзор за мерами. Им занимались таможни, «кружечные дворы». В Москве действовали Померная изба, производившая периодическую поверку мер, и Большая таможня. За найденные у торговцев воровские меры грозила конфискация товаров и ссылка с семьей. Указом Петра І русские меры были согласованы с английскими, и это по существу является первой ступенью гармонизации российской метрологии с европейской.

Долгое время метрология была в основном описательной наукой о различных мерах и соотношениях между ними. Но в процессе развития общества роль измерений возрастала, и в конце 19 века, благодаря прогрессу физики, метрология поднялась на качественно новый уровень.

Метрическая система мер была введена во Франции в 1840 году. Значимость метрической системы глубоко оценил , назвав ее средством содействия «будущего желанного сближения народов». По инициативе Менделеева Петербургская академия наук предложила учредить международную организацию, которая обеспечивала бы единообразие средств измерений в международном масштабе. Это предложение получило одобрение, и в 1875 году. 17 странами (в том числе и Россией) была подписана Метрическая конвенция. Ee цель – унификация национальных систем единиц измерений и установление единых фактических эталонов длины и массы (метра и килограмма). На основе этой Конвенции была создана межправительственная Международная организация мер и весов. Официальный язык организации – французский. Среди инициаторов создания организации была Петербургская Академия наук. Метрическая конвенция действует и сегодня. Членами ее являются 50 государств мира.

В соответствии с Конвенцией было создано Международное бюро мер и весов (МБМВ) – первая международная научно-исследовательская лаборатория, которая хранит и поддерживает международные эталоны: прототипы метра и килограмма, единицы ионизирующих излучений, электрического сопротивления и др. МБМВ расположено во Франции (г. Севр), его деятельностью руководит Международный комитет мер и весов (МКМВ). Главная практическая задача МБМВ – сличение национальных эталонов с международными эталонами различных единиц измерений. Фактически МБМВ координирует деятельность метрологических организаций более 100 государств. Научное направление работы этой организации – совершенствование метрической системы измерений. МБМВ постоянно совершенствует международные эталоны, разрабатывает и применяет новые и новейшие методы и средства точных измерений, создает новые и заменяет устаревшие концепции основных единиц измерений, координирует метрологические исследования в странах.

Программы научной и практической деятельности МБМВ утверждает Генеральная конференция по мерам и весам – высший международный орган по вопросам установления единиц, их определений и методов воспроизведения. В ее работе участвуют все страны, присоединившиеся к Конвенции. Генеральная конференция собирается не реже одного раза в четыре года, первая состоялась в 1898 году. В промежутках между конференциями работой МОМВ руководит избираемый на конференции Международный комитет мер и весов. В состав комитета входят крупнейшие физики и метрологи мира, всего 18 членов. В свое время в составе комитета представлял Менделеев.

В составе Международного комитета мер и весов работают 8 Консультативных комитетов, которые подготавливают материалы и решения для Генеральных конференций. Названия комитетов отражают диапазон деятельности МОМВ: комитеты по электричеству, по термометрии, определению метра, определению секунды, по единицам, по массе, фотометрии и эталонам для ионизирующих излучений. Государства – члены МОМВ представлены в комитетах своими крупнейшими научными институтами, Россия - Всероссийским научно-исследовательским институтом метрологии и Всероссийским научно-исследовательским институтом физико-технических и радиотехнических измерений.

Научные разработки МОМВ имеют большое практическое значение. Достаточно назвать принятие Международной Системы Единиц (1960 г.), нового определения секунды (1967 г.) и создание новейших стандартов частоты. Последнее позволило повысить точность национальных эталонов времени и частоты в раз, а это в свою очередь положительно отразилось на обеспечении точности космических полетов, кроме того, было использовано в некоторых фундаментальных научных исследованиях.

Россия, как участница МОМВ, пользуется регулярным сличением шкалы времени с международной шкалой атомного времени TAI, в установлении которой используются национальные эталоны США, ФРГ, Канады, специальные спутники связи, рабочие эталоны и промышленные атомные стандарты частоты западноевропейских государств. России это дает возможность поддерживать заданную точность государственного первичного эталона времени и частоты и систему их передачи с наименьшими затратами.

Другой пример – переход на новое определение метра в 1983 году. Этому предшествовала длительная работа специалистов.

Важным следствием участия в работе МОМВ является синхронный переход стран на новые единицы измерений или новые эталоны основных единиц. Это создает основу для взаимного признания результатов измерений и испытаний, позволяет устранить технические затруднения в международной торговле (особенно машинами, оборудованием, приборами и т. п.), обмене научно-технической информацией, технологией и др. Исследования по сличению лазеров пяти стран (в том числе России) показали возможность перехода в недалеком будущем на новое определение метра.

Международная организация законодательной метрологии (МОЗМ) учреждена на основе межправительственной Конвенции, подписанной в 1956 г. Россия участвует в МОЗМ как правопреемница Советского Союза. Организация объединяет более 80 государств. Цель МОЗМ – разработка общих вопросов законодательной метрологии, в том числе:

·  установление классов точности, средств измерений;

·  обеспечение единообразия определения типов, образцов и систем измерительных приборов;

·  рекомендации по испытаниям для унификации метрологических характеристик;

·  порядок поверки и калибровки средств измерений;

·  гармонизация поверочной аппаратуры, методов сличения, поверок и аттестации эталонных, образцовых и рабочих измерительных приборов;

·  выработка оптимальных форм организации метрологических служб и обеспечение единства государственных предписаний по их ведению;

·  оказание научно-технического содействия развивающимся странам в создании и организации работ метрологических служб и их оснащение надлежащим оборудованием;

·  установление единых принципов подготовки кадров в области метрологии с учетом различных уровней квалификации.

На 4-ой Международной конференции МОЗМ в 1972 году ее цели были дополнены более обобщенной формулировкой, отражающей суть основных задач международного сотрудничества: ]

·  установление взаимного доверия к результатам измерений технических характеристик сырья, полуфабрикатов и промышленной продукции, проводимых в каждой из стран-участниц Конвенции, определение общих принципов законодательной метрологии;

·  установление необходимых и достаточных характеристик и требований, которым должны отвечать средства измерений, чтобы их применение по согласованию с государствами-членами могло быть рекомендовано в международном плане.

Высший руководящий орган МОЗМ – международная конференция законодательной метрологии, которая созывается с интервалом в четыре года. В работе конференции обычно участвуют не только страны-члены, но и те, которые не планируют стать членами. Решения, принятые МОЗМ носят рекомендательный характер и лишь морально обязуют страны-члены организации внедрить их по возможности. Решения принимаются на сессиях Международного комитета законодательной метрологии – исполнительного органа МОЗМ. Работу Комитета и Конференции координирует Международное бюро законодательной метрологии (МБЗМ). Бюро издает информационные материалы, ведет фонд документации, занимается пропагандой достижений в области метрологии путем экспозиции в своих демонстрационных залах. Бюро проводит постоянный информационный обмен с участниками МОЗМ, ежеквартально выпускает «Бюллетень МОЗМ».

МОЗМ издает два вида документов: международные документы (МД) и международные рекомендации (МР). МД носят директивный характер и предназначены для рабочих органов МОЗМ, МР – рекомендательный характер и предназначены для стран-членов МОЗМ. МОЗМ сотрудничает с такими международными организациями, как ИСО/МЭК, МЭК, ЮНИДО, МОМВ, ИМЕКО и др.

ИМЕКО – международная конференция по измерительной технике и приборостроению – создана в 1958 году и является научно-технической консультативной организацией. Форма ее работы – проведение международных конгрессов и семинаров по актуальным проблемам развития измерительной и диагностической техники.

ЮНИДО – организация системы ООН по промышленному развитию, главная цель которой – содействие индустриализации развивающихся стран.

Россию в МОЗМ представляет Госстандарт России, а также 12 министерств и ведомств. Участие в МОЗМ дает возможность активно влиять на содержание принимаемых документов, добиваясь их соответствия с российскими метрологическими стандартами. Это снижает затраты на пересмотр стандартов и переоборудование метрологических лабораторий.

Участие России в МОЗМ в целом обеспечивает:

·  в научно-техническом плане – получение большого объема информации о результатах работ в крупнейших зарубежных метрологических центрах и организациях. Это дает возможность существенно сократить объем затрат на научно-исследовательские и опытно конструкторские работы и производство измерений, особенно высшей степени точности.;

·  в области экономики и международной торговли – сокращение затрат на повторные измерения технических параметров импортируемых сырьевых товаров и готовых изделий, усиление степени доверия к документам о качестве и оценке соответствия экспортируемой продукции; защиту экономических интересов России путем внедрения в международную политику нормативов, принятых в отечественных стандартов;

·  в политическом плане – содействие повышению общего авторитета России и развитию взаимовыгодного сотрудничества.

В области метрологии работают и другие международные организации:

МККР – Международный консультативный комитет по радиосвязи;

МККТТ – Международный консультативный комитет по телефонии и телеграфии;

ИКАО – Международная организация гражданской авиации;

МАГАТЭ – Международное агентство по атомной энергии;

КОСПАР – Комитет по исследованию космического пространства.

1.1.2.  Сущность метрологии и ее функции

С 1 января 2001 г. на территории России и стран СНГ взамен ГОСТ были введены рекомендации РМГ 29-99, содержащие основные термины и определения в области метрологии, согласованные с международными стандартами ИСО 31(0-13) и ИСО 1000, регламентирующими использование дольных, кратных и других единиц при измерениях.

В соответствии с этими документами метрология – это наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности.

В зависимости от целей различают три раздела метрологии:

·  законодательную метрологию;

·  теоретическую метрологию;

·  практическую (прикладную) метрологию.

Законодательная метрология устанавливает обязательные технические и юридические требования по применению единиц физических величин, эталонов, методов и средств измерений, направленных на обеспечение единства и необходимой точности измерений МИ «ГСИ. Метрология. Основные термины и определения».

Законодательная метрология служит средством государственного регулирования метрологической деятельности посредством законов и законодательных положений, которые вводятся в практику через Государственную метрологическую службу и метрологические службы государственных органов управления и юридических лиц. К области законодательной метрологии относятся:

·  испытания и утверждения типа средств измерений, их поверка и калибровка,

·  сертификация средств измерений,

·  государственный метрологический контроль и надзор за средствами измерений.

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

Прикладная (практическая) метрология включает совокупность взаимообусловленных правил и норм, направленных на обеспечение единства измерений, которые вводятся в ранг правовых положений, имеют обязательную силу и находятся под контролем государства.

К основным понятиям теоретической и практической метрологии относятся: физическая величина, измерение, погрешность, достоверность измерений, единство измерений.

Базовым понятием в метрологии является единство измерений (ЕИ).

Единство измерений – это такое состояние измерений, при котором результаты выражены в узаконенных единицах физических величин, а погрешности известны с заданными вероятностями.

В 1993г. был принят и введен в действие, а в 2003 вышел в новой редакции Закон РФ «Об обеспечении единства измерений», в котором рассмотрены основные виды метрологической деятельности; конкретные вопросы изложены в стандартах ГСИ (государственной системы обеспечения единства измерений), правилах по метрологии, методических указаниях и рекомендациях.

Ключевыми понятиями являются:

·  физическая величина (ФВ);

·  погрешность (П);

·  измерение;

·  эталон.