2020-05-25
704
Тема «Общие сведения о метрологии. Метрология как наука об измерениях»
История возникновения и развития метрологии.
Метрология – это наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности. Слово «метрология» образовано из двух греческих слов: «метрон» – мера и «логос» – речь, слово, учение. Дословный перевод слова «метрология» – учение о мерах.
Метрология как наука и область практической деятельности имеет древние корни. С давних пор люди сталкивались с необходимостью определять расстояния, длины предметов, время, площади, объемы и т. д.
Итак, первая система мер, как тогда утверждали ее создатели «á touslestemps, pourtouslespeuples» – «на все времена, для всех народов», появилась во Франции, в 1791 году, десятичная система измерений.
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!
В метрической системе преобразование сводится к умножению или делению на степень числа 10, то есть к простой перестановке запятой в десятичной дроби.
Познакомимся с историей возникновения и развития метрологии
1832 г. — создание Карлом Гауссом абсолютных систем единиц.
В 1841г. в соответствии с принятым Указом «О системе Российских мер и весов», узаконившим ряд мер длины, объема и веса, при Петербургском монетном дворе было организовано Депо образцовых мер и весов – первое государственное поверочное учреждение.
Важным этапом в развитии русской метрологии явилось подписание Россией метрической конвенции 20 мая 1875г. (17 стран). В этом же году была создана Международная организация мер и весов (МОМВ).
В 1893г. На базе Депо была образована Главная палата мер и весов, которую до 1907 г. Возглавлял великий русский ученый Д.И. Менделеев.
В годы советской власти метрология получила дальнейшее развитие. В 1918 г. был принят декрет правительства Российской Федерации «О введении международной метрической системы мер и весов».
В 1930 г. 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 1954 г. был образован Комитет стандартов, мер и измерительных приборов при Совете Министров СССР.
1970 г. Комитет стандартов, мер и измерительных приборов при Совете Министров СССР преобразован в Государственный комитет стандартов Совета Министров СССР (в дальнейшем Госстандарт СССР)
1991 г. После распада СССР управление метрологической службой России осуществляет Государственный комитет РФ по стандартизации, метрологии и сертификации (Госстандарт России).
2004 г. Указом Президента Российской Федерации от 9 марта № 314 на базе Госстандарта России была создана Федеральная служба по техническому регулированию и метрологии, которая позже была преобразована в Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии (Ростехрегулирование)
На протяжении развития человеческого общества измерения были основой взаимоотношений людей между собой, с окружающими предметами, природой.
Значение измерений возрастало по мере развития общества и, в частности, по мере развития науки. А чтобы измерять, необходимо было придумать единицы различных физических величин. Измерить какую-нибудь величину - это значит сравнить ее с однородной величиной, принятой за единицу этой величины.
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. и т.
Старинные меры длины, площади, объёма, веса на Руси.
Как появились меры? Как изменялись? Что несли народам и как влияли на их жизнь? Это интересно и сегодня. На предыдущем занятии вам было видано домашнее задание на тему «Старинные русские меры»
Меры длины
Система древнерусских мер длины включала в себя следующие основные меры: версту, сажень, локоть, пядь, аршин и вершок.
Верста – старорусская путевая мера. По мнению многих исследователей, это слово происходит от глагола «верстать», означающего «распределять», «уравнивать», «уравнивать путем сравнения», откуда появились такие слова и выражения как «сверстник» (однолеток), «тяглом верстаться», «он не верста тебе» и т.п.
Из уточненного Б.А. Рыбаковым значения сажени - 1,52 м. следует, что 1 верста = 1,52 
750 = 1140 метров.
Сажень – одна из наиболее распространенных на Руси мер длины. Из исторических источников следует, что саженей было более десяти, они имели каждая своё название и не были кратны одна другой. К примеру, такие сажени: «городовая» - 285см; «великая» - 244см; «греческая» - 230см; «царская» - 197см; а так же – дворовая, церковная; мостовая, и др.
Локоть. Это наименование объясняется тем, что по происхождению данная мера представляла длину локтя - расстояние по прямой от локтевого сгиба до конца вытянутого среднего пальца руки.
Значение древнерусского локтя 10,25- 10,5 вершков (в среднем приблизительно 46-47 см).
Пядь (пядница). У наших предков слово «пядь» означало кисть руки. Первоначально под пядью понималась мера длины, равная максимальному расстоянию по прямой между концами вытянутых большого и указательного пальцев.
Аршин – одна из старинных древнерусских мер длины. Это новая мера, заимствованная с Востока, упоминается в литературных источниках с середины XVI в. Происхождение наименования точно не установлено. Обычно его производят от наименования турецкой меры длины «аршин» (27,9 дюйма = 70,9 см), или от персидского «арши» - мера длины; на аршин обычно наносили деления в вершках
Пядь заменила четверть аршина.
Вершок – старорусская мера длины, равнявшаяся ширине указательного и среднего пальцев. Наименование происходит от слова «верх» («верх перста», т.е. пальца). Вершок упоминается в «Торговой книге» как 
аршина, а в метрической системе – 4,44 см. В литературе XVII в. встречаются и доли вершка «полвершки» и «четвертьвершки».
Итак, все меры длины, употреблявшиеся в XVII веке, можно представить в виде таблицы
| Мера | Значение | |
| В русских мерах | В метрических мерах | |
| Верста | 100 саженей | 2,16 км |
| Пол версты | 50 саженей | 1,08 км |
| Сажень | 3 аршина | 2,16 м |
| Аршин | 4 четверти | 71 см |
| Локоть | 10,25- 10,5 вершков | 47 см |
| Четверть аршина («малая пядь») | 4 вершка | 18 см |
| Вершок | 1/16 аршина | 4,44 см |
Новые меры длины (введены с XVIII века):
1 дюйм = 10 линий = 2,54 см
Название происходит от голландского – «большой палец». Равен ширине большого пальца или длине трех сухих зерен ячменя, взятых из средней части колоса.1 линия = 10 точек = 1/10 дюйма = 2,54 миллиметра (пример: «трёхлинейка» Мосина - d = 7,62 мм.)
Линия - ширина пшеничного зерна, примерно 2,54 мм.
1 сотая сажени = 2,134 см
1 точка = 0,254 миллиметра
1 географическая миля (1/15 градуса земного экватора) = 7 верст = 7,42 км (от латинского слова «милия» - тысяча (шагов)
1 морская миля (1 минута дуги земного меридиана) = 1,852 км
1 английская миля = 1,609 км 1 ярд = 91,44 см
Меры площади
Основной мерой измерения площадей стала десятина. Непосредственные результаты измерений обычно выражали в долях десятины: полдесятины, четверть (четь) десятины и т.д. Землемеры применяли преимущественно казенную трехаршинную сажень, равную 2,16 м., таким образом десятина равнялась приблизительно 1,12 га. Первоначально применяли «круглую» десятину» - квадрат со стороной, равной десятой доле версты (50 сажен), откуда и происходит название «десятина». С середины XV века десятину стали употреблять для пахотных земель, а не только для сенокосных угодий. С этого момента можно говорить об использовании в землемерной практике действительно мер в метрологическом смысле слова.
| в метрической мере | |
| десятина | 1,12 га |
| четверть | 0,56 га |
| четверик малый | 0,07 га |
| четверик | 87,5 м2 |
Система мер земельных площадей, действующая в XV - XVII веках была следующей:
| Соха | 500 - 1200 четвертей |
| Выть | 12-16 четвертей десятина |
| Четверть | 2 четверти 2 осьмины |
| полчетверти (осьмина) | 2 полосьмины |
| пол - полчетверти (полосьмина) | 2 четверика |
| пол-пол-полчетверти (четверик) | 2 полчетверика |
| полчетверик | 2 пол-полчетверика |
| пол - полчетверика | 2 малых четверика |
| пол-пол-полчетверика (малый четверик) полмалый четверик | 2 полмалых четверика |
«Соха» и «выть» - крупные меры земельных площадей, которые употребляли землемеры при составлении «сошного» письма для нужд финансовых и военно-учетных органов. Основной особенностью сохи и выти являлось выражение их через различные числа четвертей, так как учитывали качество земель и социальное положение земледельцев, т.е. сами эти меры имели переменное значение.
Меры объема
Меры объема имели две области применения для сыпучих тел и для жидкостей.
Для мер жидкости чаще всего употреблялись бочка, ведро, корчага.
Бочка, как мера жидкостей, применялась в основном в процессе торговли с иностранцами, которым запрещалось вести розничную торговлю вином на малые меры. Равнялась 40 ведрам (492 л). Материал для изготовления бочки выбирали в зависимости от её назначения: дуб — для пива и растительных масел, ель — под воду, липа — для молока и мёда.
Ведро — железная, деревянная или кожаная посуда, преимущественно цилиндрической формы, с ушками или дужкой для ношения.
В таблице представлены меры жидких тел
| Меры жидких тел («винные меры») | Метрологические меры |
| бочка | 491,976 л |
| корчага | около 12 л |
| ведро | 12,29941 л |
| четверть (ведра) | 3,0748 л |
| гарнец | 12 стаканам |
| ушат | 22-25 л |
| штоф (кружка) | 1,2285 л |
| стопа | 1,5 л, |
| винная бутылка | 0,768 л. |
| водочная (пивная) бутылка | 0,60 л |
| бутылка | 0,6 л |
| косушка | 0,307475 л |
| стакан | 245,98 мл |
| чарка | 0,123 л |
| ковш | 0,4-0,5 л |
| шкалик | 61,5 мл |
Древнейшая «международная» мера объёма — горсть (ладонь с пальцами, сложенные лодочкой). Большая (добрая, хорошая) горсть сложена так, что вмещает больший объём. Пригоршня — две ладони, соединённые вместе.
В следующей таблице представлены меры сыпучих тел
| Меры сыпучих тел («хлебные меры») | |
| цебр | 26-30 четвертям |
| кадка (кадь, оков) | 32 кг |
| куль | 100,33 кг |
| полокова, половник | 41114,66 кг |
| четверть, четь | 209,912 л |
| осьмина | 28,665 кг |
| полосьмины | 52,48 л |
| четверик | 26,2387 л |
| получетверик | 13,12 л |
| четвёрка | 6,56 л |
| гарнец, малый четверик | 3,2798 л |
| полугарнец (пол-малый четверик) | 1,64 л |
| пол-пол-малый четверик | 0,82 л |
| пол-пол-пол-малый четверик | 0,41 л |
Меры веса
В конце Хв. в Киевской Руси развитие торговли разнообразными товарами требовало использования различных мер веса.
В литературных источниках XI - XV вв. упоминаются следующие меры веса: берковец,пуд, фунт, лот, гривна, золотник, доля с XIII в. еще почка и пирог. Соотношения между ними показаны на слайде:
1 берковец = 10 пудов = 163,8кг
1 пуд = 40 фунтов = 16,3 кг
1 фунт (гривна) = 96 золотников = 0,41 кг
1 лот = 3 золотника = 12,8 г
1 доля = 0,044 г
Берковец - эта наибольшая мера веса, употреблялась в оптовой торговле преимущественно для взвешивания воска, меда и т.д. Берковцем на Руси называлась мера в 10 пудов, как раз стандартная бочка с воском, которую один человек мог закатить на купеческую ладью. Берковец примерно равнялся 163,8 кг.
Пуд - (от латинского pondus - вес, тяжесть) равнялся 40 фунтам, в современном исчислении 16,38 кг - это не только мера веса, но и весоизмерительное устройство.
В Московском государстве система мер развивалась и пополнялась новыми мерами:
| Меры веса | Значение в золотниках | Значение в граммах |
| Берковец | 38400 | 163800 |
| Конгарь | 9600 | 40950 |
| Пуд | 3840 | 16380 |
| Полпуда | 1920 | 8190 |
| Безмен | 240 | 1022 |
| Полубезмен | 120 | 511 |
| Ансырь | 128 | 546 |
| Гривенка | 96 | 409,5 |
| Литра | 72 | 307,1 |
| Гривенка малая | 48 | 204,8 |
| Полугривенка | 24 | 102,4 |
| Лот | 3 | 12,8 |
| Золотник | 1 | 4,266 |
| Доля | 1/96 | 0,044 |
Для взвешивания бриллиантов, жемчуга и драгоценных камней был легализован метрический карат (200 мг.).
Закон «Об обеспечении единства измерений», цели закона.
9 июня 2010 г Постановлением Правительства Российской Федерации от. № 408 краткое наименование Федерального агентства «Ростехрегулирование» заменено на «Росстандарт».
Главным нормативным актом по обеспечению единства измерений является Закон РФ «Об обеспечении единства измерений», который был принят в 1993 году. Новая его редакция принята 2 декабря 2013года.
Этот закон направлен на защиту прав и законных интересов граждан, экономики страны от отрицательных последствий недостоверных результатов измерений, а также определяет положения от терминологии до лицензирования метрологической деятельности в стране.
Статья 4 закона установила «государственное управление деятельностью по обеспечению единства измерений». Таким образом, обеспечение единства измерений отнесено к государственным функциям и организована соответствующая система государственного управления.
Цели закона:
1) установление правовых основ обеспечения единства измерений в Российской Федерации;
2) защита прав и законных интересов граждан, общества и государства от отрицательных последствий недостоверных результатов измерений;
3) обеспечение потребности граждан, общества и государства в получении объективных, достоверных и сопоставимых результатов измерений, используемых в целях защиты жизни и здоровья граждан, охраны окружающей среды, животного и растительного мира, обеспечения обороны и безопасности государства, в том числе экономической безопасности;
4) содействие развитию экономики Российской Федерации и научно-техническому прогрессу.
Международная система единиц (СИ).
В 1960 г. на XI Генеральной конференции по мерам и весам была утверждена Международной системы единиц (СИ). В основе Международной системы единиц лежат семь единиц, охватывающих следующие области науки: механику, электричество, теплоту, оптику, молекулярную физику, термодинамику и химию:
1) единица длины (механика) – метр -длина пути, которую проходит свет в вакууме за 1/299792458 долю секунды;
2) единица массы (механика) – килограмм -масса, равная массе международного прототипа килограмма;
3) единица времени (механика) – секунда - продолжительность 9 192 631770 периодов излучения, которое соответствует переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133 при отсутствии возмущения со стороны внешних полей;
4) единица силы электрического тока (электричество) – ампер - сила неизменяющегося тока, который при прохождении по двум параллельным проводникам бесконечной длины и ничтожно малого кругового сечения, расположенным на расстоянии 1 м один от другого в вакууме, создал бы между этими проводниками силу, равную 2 10-7 Ньютона на каждый метр длины;
5) единица термодинамической температуры (теплота) – кельвин - 1/273,16 часть термодинамической температуры тройной точки воды. Допускается также применение шкалы Цельсия (до 1967 г. единица именовалась градус Кельвина);
6) единица силы света (оптика) – кандела -сила света в заданном направлении источника, испускающего монохроматическое излучение частотой 540 12 Гц, энергетическая сила которого в этом направлении составляет 1/683 Вт/ср (Ватт на стерадиан — единица (производная) энергетической силы света. Стерадиан (ср) — единица измерения телесного (пространственного угла)).
7) единица количества вещества (молекулярная физика, термодинамика и химия) – моль - количество вещества системы, содержащей столько же структурных элементов, сколько атомов содержится в нуклиде углерода-12 массой 0,012 кг.
В Международной системе единиц есть дополнительные единицы:
1) единица измерения плоского угла – радиан;
2) единица измерения телесного угла – стерадиан.
Таким образом, посредством принятия Международной системы единиц были упорядочены и приведены к одному виду единицы измерения физических величин во всех областях науки и техники, так как все остальные единицы выражаются через семь основных и две дополнительных единицы СИ. Эта система единиц оказывается значительно более удобной, если в ней всего лишь несколько единиц выбраны в качестве основных, а остальные определяются через основные. Например, по закону Фарадея количество электричества рассчитывается по формуле:Q = I*t, где Q - количество электричества (Кл), I - сила тока (А), t - время электролиза (с), т. е. количество электричества выражается через секунды и амперы. 1 кулон = 1 ампер х 1 секунду.
