Исторические основы развития метрологии

Вся практическая и научная деятельность человека связана с процессом измерения. Всё сделанное без предварительных измерений – пустая работа, зачастую вредная и опасная, граничащая с преступлением в рамках любого сообщества.

Измерения дают количественную характеристику окружающего нас мира. Они позволяют раскрывать действующие в природе закономерности.

«Измеряй всё доступное измерению и делай доступным всё недоступное ему», – говорил о важности измерений Галилей.

Как никогда актуально высказывание академика А.Н. Крылова: «Мера и число должны лежать в основе всякого дела».

Можно без преувеличения сказать, что все физические законы, известные в науке, были сформулированы благодаря измерениям. Каждое новое открытие в науке, каждая новая закономерность приводят к разработке новых методов и средств измерений, что в свою очередь ведёт к новым открытиям, новым научным и техническим достижениям.

Велико значение измерений в современном обществе. Измерения служат не только основой научных и технических знаний, но и имеют важное значение для учёта материальных ресурсов, для планирования и прогнозирования производственной деятельности, для обеспечения качества производимой продукции, для обеспечения безопасных условий труда и других видов человеческой деятельности.

Современное электротехническое оборудование, используемое на железнодорожном транспорте, представляет сложный комплекс линий электропередачи, контактной сети, устройств электросилового и электротягового оборудования, линий связи и сигнализации, средств автоматики, обеспечивающих безопасность движения поездов. Оценка работоспособности всех этих устройств может быть проведена только по результатам измерений их параметров. Правильное применение измерительной техники, методов измерений позволяет обеспечить безаварийную работу и повысить безопасность движения поездов.

Поэтому умение организовать процесс измерения – это элемент технической грамотности современного инженера, научного работника и организатора производства.

Измерения, вообще, имеют весьма давнее происхождение, уходящее к истокам материальной культуры человечества. Вплоть до конца средних веков производились лишь измерения массы, геометрических размеров, времени. С развитием техники стали, например, измерять такие свойства объектов, как температура, давление, влажность и т.д. В результате измерений человек опытным путём с помощью специальных технических средств получал знания об объектах в виде значений физических величин.

С развитием электротехники, в связи с расширением производства, передачи и использования электрической энергии стали развиваться электрические измерения электрических величин. В настоящее время электрические измерения применяются и в целях получения измерительной информации о протекании различных процессов в неэлектрических объектах.

Причём, из всех видов измерений электрические измерения имеют особое значение в силу ряда достоинств:

– универсальность, заключающаяся в возможности измерения не только электрических, но и неэлектрических величин после их преобразования в электрические величины;

– дистанционность, определяющаяся возможностью передачи электрических сигналов практически на любые расстояния;

– автоматизация измерительных процессов, обусловленная электрическим принципом действия вычислительных и управляющих устройств;

– пригодность к измерению быстроизменяющихся величин благодаря наличию малоинерционных электроизмерительных средств;

– возможность обеспечения высокой чувствительности и точности средств измерений, обусловленная использованием усиления электрических сигналов и гибкостью структур средств измерения.

Потребность в измерениях возникла в незапамятные времена, и в первую очередь для измерений использовались подручные средства измерений. Так, например, до нас дошла единица измерения веса драгоценных камней – карат, что в переводе означает «горошина», единица аптекарского веса – гран, что в переводе означает «зерно» и т.д.

Многообразие средств измерений, видов и методов их реализации постоянно возрастало и вело к нарушению единства измерений, под которым понимаетсявыражение результата измерения в узаконенных единицах с указанием значений характеристик погрешностей. И исторически возникло понятие – метрологическое обеспечение,под которым понимают установление и применение организационных основ, технических средств, правил и норм, необходимых для достижения единства и требуемой точности измерений.

Научной основой метрологического обеспечения является метрология.

В развитии отечественной метрологии можно выделить три этапа. Первый этап – этап стихийной метрологической деятельности – продолжался от её зарождения до 1892 года. Достижения метрологии на этом этапе не были результатом продуманной научно-технической политики, но необходимость обеспечения единства измерений всегда была в поле практической деятельности человека. «Неодинаковые весы, неодинаковая мера, то и другое – мерзость перед Господом», – тысячелетия назад было записано в Библии в книге притчей Соломоновых. Имеются сведения о применении на Руси образцовых мер и их хранении. Так, «золотой пояс» великого князя Святослава Ярославича (1070-е годы) служил образцовой мерой длины. Это устав новгородского князя Всеволода (1136 г.) «О церковных судах и о людях и о мерилах торговли» и Двинская грамота Ивана Грозного (1550 г.), в которой описаны правила хранения и передачи размера новой меры сыпучих веществ – «осьмины».

Московские указы, касавшиеся введения единых мер в стране, отсылались на места вместе с образцами казенных мер. Работы по надзору над мерами и их проверку проводили два столичных учреждения: Померная изба и Большая таможня.

В 1736 году по решению Сената Российской империи была организованна Комиссия весов и мер. Комиссия изготовила и ввела в качестве исходных ряд мер для измерения длины, объёма, веса. Комиссия рассматривала, но не смогла осуществить прогрессивный для того времени проект создания системы мер, основанных на физических постоянных.

В 1842 году на территории Петропавловской крепости в Петербурге открывается первое централизованное метрологическое и поверочное учреждение России – Депо образцовых мер и весов. В Депо хранились эталоны и их копии, изготавливались образцовые меры для местных органов, проводилась поверка и сличение образцовых мер с иностранными.

В 1892 году управляющим Депо образцовых мер и весов был назначен Д.И. Менделеев. Период с 1892 года по 1918 год называют менделеевским этапом развития метрологии. Этот этап научного становления метрологии, этап осознания народнохозяйственной значимости метрологии. В 1893 году Д.И. Менделеев преобразует Депо образцовых мер и весов в Главную палату мер и весов – одно из первых в мире научно-исследовательских учреждений метрологического профиля. Подобные учреждения в Англии и США возникли лишь в 1900–1901 годах. В это время в России была создана русская система эталонов. Начала формироваться государственная метрологическая служба, реализовываться программа научных исследований в области метрологии.

Собственные научные труды Д.И. Менделеева по метрологии не утратили своей значимости по сей день. Его научное кредо –«Наука начинается с тех пор, как начинают измерять, точная наука не мыслимабез меры» – и сейчас определяет роль и место метрологии в системе естественных наук, а его научно-практические работы определили путь развития отечественной метрологии.

В 1918 году Советом Народных Комиссаров РСФСР был принят декрет «О введении Международной метрической системы мер и весов». Это было начало третьего – нормативного этапа в развитии отечественной метрологии. С этого времени установления в области метрологии вводятся нормативными актами. Декретом узаконивалась государственная значимость метрологических проблем, а метрологическое обеспечение приобретало государственный характер.

Недостатки в метрологическом обеспечении хозяйства страны вызывают нарушение требуемой точности, единства измерений, учёта и контроля качества продукции. Это приводит к ошибочным решениям и отрицательным результатам при проведении научных работ, к возникновению брака в производстве, авариям, отказам аппаратуры и систем управления, крупным техническим и экономическим просчётам, возникновению огромных экономических потерь.