История развития измерительной техники

Измерительная техника существуют с глубокой древности. За несколько тысячелетий до н. э. развитие товарообмена привело к измерениям веса и появлению весов; примитивная измерительная техника требовалась также при разделе земельных участков (измерение площадей); при установлении распорядка дня и суток, выработке календаря (измерение времени); в астрономических наблюдениях и кораблевождении (измерение углов и расстояний); в строительстве (измерение размеров). В античную эпоху в процессе научных исследований были выполнены некоторые тонкие измерения, на пример, были измерены углы преломления света, определена дуга земного меридиана. Примерно до 15 в. измерительная техника не отделялась от математики, о чём говорят такие названия, как «геометрия» (измерение Земли), «тригонометрия» (измерение треугольников), «пространство трех измерений» и т. д. Средневековые математические трактаты часто содержали простое перечисление правил измерения площадей и объёмов. Математическая идеализация реального процесса измерения сохранилась в ряде важных математических понятий (от иррационального числа до интеграла).

Среди великих открытий и изобретений феодальных времён стали очки и компас. Место и время изготовления первых очков точно неизвестно. Впервые оптические очки появились в Европе, в Венеции, в XIII в. Потребность в очках вызвала развитие стекольного дела, и в частности шлифовки стекол. В XIV—XV вв. стекольно-шлифовальное дело начинает быстро развиваться преимущественно в Голландии. Изготовление и применение очков подготовили изобретение подзорной трубы, микроскопа и привели к созданию теоретических основ оптики.

Возникновение оптики дало не только огромный материал наблюдений, но и совершенно иные, чем раньше, средства для науки, позволило сконструировать новые приборы для исследований.

Использование явления магнетизма и создание компаса позволили человеку значительно расширить масштабы путешествий как по суше, так и по морю. Точные данные о времени и месте применения магнетизма и изобретения компаса неизвестны. По-видимому, магнетизм впервые был обнаружен в виде естественной намагниченности некоторых железных руд. Наиболее древнее практическое применение магнетизма известно в Китае, где в летописи III в. до н. э. имеются записи о применении компаса, первоначально употреблявшегося при сухопутных путешествиях. До наших дней сохранилась медная с делениями пластинка от компаса, стрелкой которого служил природный магнитный железняк, отшлифованный в виде ложечки. Своей выгнутой поверхностью стрелка прикасалась к дощечке.

Первое упоминание о компасе в Европе относится к XII—XIII вв. Вначале компас представлял собой магнитную стрелку, укрепленную на пробке, которая плавала в сосуде с водой. В начале XIV в. компас был усовершенствован: к стрелке прикрепили небольшой круг, получивший название «картушка». Круг разделялся на 16 делений, румбов. Вращающаяся стрелка с картушкой помещалась в круглой коробке. В XVI в. картушка делилась на 32 румба, по 11,4°. В России поморы в XVI в. называли компас «маткой». Главное применение компас нашел в морском деле, став основным прибором для судовождения. Компас, подзорная труба, а также выросшая техника морского дела» позволили в конце XV и в XVI в. осуществить великие географические открытия.

Совершенствование измерительная техника шло вместе с бурным развитием физики, которая, основываясь в то время только на эксперименте, полностью опиралась на измерительную технику. К этому периоду относятся усовершенствование часов, изобретение микроскопа, барометра, термометра, первых электроизмерительных приборов и др. измерительных устройств, использовавшихся главным образом в научных исследованиях.

В конце 18 и первой половине 19 вв. в связи с распространением паровых двигателей и развитием машиностроения резко повысились требования к точности обработки деталей машин, что обусловило быстрое развитие промышленной измерительной техник. В это время совершенствуются приборы для определения размеров, появляются измерительные машины, вводятся калибры и т. д. В 19 в. были созданы основы теории измерительной техники и метрологии; получила распространение метрическая система мер, обеспечившая единство измерений в науке и производстве. Огромное значение для И. т. имели труды К. Гаусса, разработавшего метод наименьших квадратов, теорию случайных погрешностей, абсолютную систему единиц (CGSE) и заложившего вместе с В. Вебером основы магнитных измерений. Благодаря развитию теплоэнергетики, внедрению электрических средств связи, а затем и первых электроэнергетических установок в промышленности начали использоваться методы и средства измерения, которые до этого применялись лишь при научных исследованиях, — появились теплотехнические и электроизмерительные приборы. В России в 1893 была образована Главная палата мер и весов, которую возглавил Д. И. Менделеев.

Начало 20 в. знаменует новый этап в развитии измерительной техники — электрические, а позднее и электронные средства начинают применяться для измерения механических, тепловых, оптических величин, для химического анализа, геологической разведки и т. д., т. е. для измерений любых величин. Появляются такие новые отрасли, как радиоизмерения, спектрометрия и др. Возникает приборостроительная промышленность. Качественный скачок в развитии измерительной техники произошёл после 2-й мировой войны 1939—1945, когда измерительная техника выступила как отрасль кибернетики, занимающаяся получением и преобразованием информации (измерительной), наряду с такими отраслями, как автоматика и вычислительная техника.

↑Научные основы приборостроения

Измерения — важнейший этап деятельности исследователей и экспериментаторов во всех отраслях науки и техники. Современная измерительная аппаратура предназначается не только для воздействия на органы чувств человека, как, например, в случае сигнализации или отсчёта результатов измерения наблюдателем, но всё чаще для автоматической регистрации и математической обработки результатов измерения и передачи их на расстояние или для автоматического управления какими-либо процессами. В приборах и системах на разных участках измерительных каналов используются механические, электрические, пневматические, гидравлические, оптические, акустические сигналы, амплитудная, частотная и фазовая модуляции; чрезвычайно широко применяются импульсные и цифровые устройства, следящие системы. Процесс измерения современными измерительными устройствами состоит в целенаправленном преобразовании измеряемой величины в форму, наиболее удобную для конкретного использования (восприятия) человеком или машиной. Например, смысл действия всех электроизмерительных приборов (амперметров, вольтметров, гальванометров и др.) заключается в том, что с их помощью измеряемая электрическая величина, изменения которой непосредственно органами чувств человека не могут быть оценены количественно, преобразуется в определённое механическое перемещение указателя (стрелки или светового луча). Таково же назначение и многих механических измерительных приборов и измерительных преобразователей, с помощью которых разнообразные физические величины преобразуются в механическое перемещение (штангенциркуль, микрометр, пружинные весы, ртутный термометр, пружинный манометр или барометр, волосяной гигрометр и т. п.).

Для начала 21 в. характерно осознание того факта, что измерительная техника, является не столько «искусством» измерения, сколько особой научной дисциплиной со своей собственной системой понятий и своими методами анализа.