Другий (менделеєвський) етап розвитку вітчизняної метрології.
У 1892 р. керуючим Депо був призначений Д. І. Менделєєв (1834-1907 гг.), Який так багато зробив для вітчизняної метрології, що період з 1892 по 1917 рр.. називають менделеєвским етапом розвитку метрології. Для нього характерно наступне:
- це етап наукового становлення метрології, переведення її до ряду точних природничонаукових дисциплін, підвищення до рівня "головного знаряддя пізнання" за образним висловом Д.И. Менделєєва;
- Це етап усвідомлення народногосподарського значення метрології, початок глибоко продуманого і планомірного включення метрологічної діяльності в господарський механізм країни.
XX століття - метрологічні дослідження окремих країн координуються Міжнародними метрологічними організаціями.1960 рік - розробка та встановлення Міжнародної системи одиниць (СІ).
У 1989 році були прийняті міжнародна практична температурна шкала, нові константи електричних вимірювань і т.і. Все це свідчить, що метрологія знаходиться в постійному розвитку. Точність і якість одиниць вимірювань сприяє розвитку засобів вимірювальної техніки, без яких не може обійтися наука, техніка та виробництво.
Ну, а тепер звернемося власне до метрології
***************
Метрологія - наука про виміри, методи та засоби забезпечення їх єдності та способи досягнення необхідної точності. Предметом метрології є вилучення кількісної інформації про властивості об'єктів із заданою точністю і вірогідністю. Засобом метрології є сукупність вимірювань і метрологічних стандартів, що забезпечують необхідну точність.
Розвиток методів і засобів метрології йшов разом з розвитком соціально-економічних відносин у суспільстві. Завдання метрології завжди були зумовлені й тісно пов’язані зі станом господарювання, розвитку науки, техніки, мистецтва тощо. За станом метрології та розвитком методів і засобів вимірювань досліджують історію соціально-економічних відносин, побут, право та культуру народів світу. Широкий розвиток і розповсюдження методів і засобів метрології зумовив створення цілих систем державних і міждержавних організацій, які встановлюють, забезпечують і контролюють єдність вимірювань практично в усіх розвинених країнах світу.
Метрологія складається з 3 розділів:
• Теоретична
• Законодавча
• Прикладна
Теоретична метрологія - розділ метрології, предметом якого є розробка фундаментальних основ метрології, теорії вимірювань. Іноді застосовується термін фундаментальна метрологія.
Законодавча метрологія - розділ метрології, предметом якого є встановлення обов'язкових технічних і юридичних вимог по застосуванню фізичних величин, еталонів, методів і засобів вимірювань.
По суті кажучи, законодавча метрологія є засобом державного регулювання метрологічної діяльності за допомогою законів і постанов, що вводяться в практику Державною метрологічною службою та метрологічними службами органів влади, територіальних і галузевих органів. Наприклад, використання нових вимірювальних приладів може бути здійснено тільки після того, як вони будуть занесені в Державний реєстр таких засобів. А це робить тільки Державна метрологічна служба. Порядок і правила випробувань, періодичні перевіряння, калібрування і таке інше, – все це питання законодавчої метрології. Крім того, метрологічні норми і правила мають бути гармонізовані з відповідними рекомендаціями та вимогами стандартів міжнародних організацій з метрології, стандартизації і сертифікації. Тому законодавча метрологія сприяє розвитку міжнародних зв’язків, торгівлі та й самій метрології.
Прикладна метрологія - розділ метрології, предметом якого є питання практичного використання розробок теоретичної метрології та положення Законодавчої. У її веденні знаходяться всі питання метрологічного забезпечення.
Основні терміни
Фізична величина - характеристика одного із властивостей фізичного об'єкта (явища або процесу), спільна в якісному відносин для багатьох фізичних об'єктів, але в кількісному відношенні індивідуальна для кожного об'єкта (тобто значення фізичної величини може бути для одного об'єкта в певне число разів більше або менше, ніж для іншого).
Тобто ФВ – це не сам об’єкт, а якась його властивість, наприклад : довжина – це ФВ, яка характеризує розмір об’єкту, час – це ФВ, що дає уявлення про тривалість якогось процесу і таке інше.
Одиниця фізичної величини – це фізична величина фіксованого розміру, якій умовно присвоєно числове значення дорівнює 1, і застосовується для кількісного вираження однорідних фізичних величин. Наприклад: 1 м - одиниця довжини, 1 с - часу, 1А - сили електричного струму.
Шляхом додавання до основних одиницям встановлених приставок, утворюються кратні (наприклад - кілометр) або дольні (наприклад - мікрометр) одиниці.
Про фізичну величиною ми можемо судити на підставі вимірів.
Вимірювання фізичної величини - сукупність операцій із застосування технічного засобу, зберігає одиницю фізичної величини. В процесі цих операцій відбувається порівняння (в явному або неявно вигляді) вимірюваної величини з її одиницею з метою отримання цієї величини у формі, найбільш зручною для використання.
У метрології використовують поняття істинного і дійсного значення ФВ.
Істинне значення ФВ – значення фізичної величини, що ідеальним образом характеризує в якісному і кількісному відношенні відповідну фізичну величину. Істинне значення ФВ може бути співвіднесене з поняттям абсолютної істини, і може бути отримане тільки в результаті нескінченного процесу вимірювань з нескінченним удосконаленням методів і засобів вимірювань.
Дійсне значення ФВ – значення фізичної величини, отримане експериментальним шляхом і настільки близьке до істинного значення, що в поставленому вимірювальному завданні може бути використане замість нього.
Характеристики фізичних величин:
Розмірність ФВ - формальне відображення якісного розходження вимірюваних величин. Відповідно до міжнародного стандарту ISO розмірність позначається символом dim (від латинського dimension - розмірність).
Розмірність основних фізичних величин довжини (l), маси (m) та часу (t) позначаються відповідними великими літерами:
dim l = L, dim m = M, dim t = T
Розмірність похідної ФВ виражається через розмірність основних ФВ за допомогою степенного одночлена:
Dim Х = Lα × Mβ × Tγ ...
Тут α, β, γ - показники розмірності (показники ступеня, в яку зведені розмірності основних фізичних величин). Кожен показник може бути позитивним чи негативним, цілим або дробовим, або нулем.
Наприклад, розмірність прискорення dima=L1xT-2
Якщо всі показники розмірності дорівнюють нулю, то така ФВ називається безрозмірному (наприклад, логарифм відносини потужностей або напружень).
Розмір ФВ - кількісна характеристика фіз. величини, властива даному фізичного об'єкту.
Значення ФВ - вираз розміру ФВ у вигляді деякого числа прийнятих для неї одиниць. Один і той самий розмір може бути представлений по-різному. Наприклад, переміщення тіла на 1м може бути представлено як L = 1м = 100 см = 1000 мм. Зазначені 3 варіанти є значеннями ФВ – переміщення
Числове значення ФВ - абстрактне число, яке входить в значення величини. Значення фізичної величини одержують у результаті її вимірювання або обчислення у відповідності з основним рівнянням виміру: Q=X│Q│,
де Q - значення фізичної величини,
X - числове значення вимірюваної величини в прийнятих одиницях │Q │ - обрана для вимірювання одиниця Припустимо вимірюється довжина відрізка прямої в 10 см за допомогою лінійки, що має поділу в сантиметрах і міліметрах. Для даного випадку: Q1 = 10 см при X1 = 10 і │ Q1 │ = 1 см Q2 = 100 мм при X2 = 100 і │ Q2 │ = 1мм
Природно Q1 = Q2, так як 10 см = 100мм.
Застосування різних одиниць (1см і 1 мм) призвело до зміни числового значення результатів вимірювання.
Одиниці фізичних величин. Міжнародна система одиниць ФВ
У 1875 році 17 держав світу підписали міжнародну Конвенцію «для забезпечення міжнародної єдності і удосконалення метричної системи», була створена міжнародна організація мір і ваг зі своїми органами: Генеральною конфе- ренцією по мірах і вагам, Міжнародним комітетом мір і ваг, Міжнародним бюро мір і ваг.
В даний час Метричну конвенцію підписали понад 60 країн світу, у тому числі усі великі держави. Цією міжнародною організацією мір і ваг було вирішене питання міжнародної уніфікації одиниць вимірювань шляхом створення єдиної міжнародної системи одиниць.
У 1954 році Генеральна конференція по мірах і вагам (ГКМВ) визначила 6 основних одиниць ФВ для їх використання в міжнародних відносинах:
метр, кілограм, секунда, ампер, градус Кельвіна і свіча.
У 1960 році ХІ Генеральна конференція по мірах і вагам затвердила міжнародну систему одиниць SI. В цю систему в наступні роки було зроблено
ряд доповнень, в результаті чого стало 7 основних одиниць, додаткові і похідні одиниці ФВ:
1. одиниця довжини (L)– метр- довжина шляху, що проходить світло у вакуумі за 1/299792458 частку секунди
2. одиниця маси (M) –кілограм – маса, що дорівнює масі міжнародного прототипу кілограма
3. одиниця часу (T)– секунда – тривалість 9192631770 періодів випромінювання, що відповідає переходові між двома надтонкими рівнями основного стану атома цезію-133 при відсутності збурювання з боку зовнішніх полів
4.одиниця сили електричного струму (I) –ампер– сила струму, що не змінюється при проходженні по двох рівнобіжних провідниках нескінченої довжини і мізерно малого кругового перетину, розташованими на відстані 1 м один від іншого у вакуумі, створив би між цими провідниками силу, рівну
2.10-7Н на кожному метрі довжини
5. одиниця термодинамічної температури (Q)– Кельвін – 1/273,161 частина термодинамічної температури потрійної точки води
6. одиниця кількості речовини (N, n,v) –моль – кількість речовини системи, що містить стільки ж структурних елементів, скільки атомів утримується в нукліді вуглецю-12 масою 0,012 кг
7. одиниця сили світла (J)– кандела – сила світла в заданому напрямку джерела, що випускає монохроматичне випромінювання частотою 540.1012 Гц, енергетична сила якого в цьому напрямку складає 1/683 Вт/ср
Всі вищенаведені одиниці називаються основними одиницями системи одиниць ФВ.Існують похідні одиниці системи одиниць ФВ.
Похідна одиниця утворюються відповідно до рівняння, що зв’язує її з основними одиницями, або з основними і певними похідними.
Наприклад, 1 м/с – одиниця швидкості, утворена з основних одиниць SI – метра і секунди (LT-1); 1Вт – одиниця потужності, утворена з основних одиниць SI – кілограма, метра і секунди (L2MT-3).
Системна одиниця ФВ - одиниця фізичної величини, що входить у прийняту систему одиниць. Основні, похідні, кратні і дольні одиниці SI є системними. Наприклад, 1м, 1м/с, 1 км, 1мм.
Кратна одиниця ФВ – одиниця ФВ, у ціле число разів більша системної або позасистемної одиниці. Наприклад, одиниця частоти 1 МГц = 1.106 Гц кратна герцу, одиниця потужності 1 кВт= 103 Вт, кратна ватту.
Дольна одиниця ФВ – одиниця ФВ, у ціле число разів менша системної або позасистемної одиниці. Наприклад, одиниця ємності 1 нФ (нанофарада) = 10-9 Ф, дольна від фараду, одиниця довжини 1 мм=10-3м, дольна від метру.