Metrologia teoretyczna. Teoretyczne podstawy metrologii. Podstawowe pojęcia i terminy związane z przedmiotami i przyrządami pomiarowymi. Strukturalne i funkcjonalne elementy zasobów intelektualnych: analiza porównawcza podejść teoretycznych

Jak wspomniano powyżej, metrologia teoretyczna jest główną gałęzią metrologii. Jego strukturę przedstawiono w postaci schematu na ryc. 1.1.

Podstawowe pojęcia metrologii. Jak w każdej nauce, tak i w metrologii konieczne jest sformułowanie podstawowych pojęć, terminów i postulatów, opracowanie doktryny jednostek fizycznych oraz metodologii. Sekcja ta jest szczególnie istotna ze względu na fakt, że poszczególne obszary pomiarowe opierają się na konkretnych pomysłach i z teoretycznego punktu widzenia obszary te rozwijają się w izolacji. W tych warunkach niedostateczny rozwój podstawowych pojęć zmusza nas do rozwiązywania podobnych problemów, które w istocie są ogólne, od nowa w każdym obszarze.

Podstawowe pojęcia i terminy. W tym podrozdziale dokonano uogólnienia i wyjaśnienia pojęć, które rozwinęły się w poszczególnych obszarach pomiaru, z uwzględnieniem specyfiki metrologii. Głównym zadaniem jest stworzenie jednolitego systemu podstawowych pojęć metrologii, który powinien stanowić podstawę jej rozwoju. O znaczeniu systemu pojęć decyduje znaczenie samej teorii pomiaru oraz fakt, że system ten stymuluje przenikanie się metod i wyników wypracowanych w poszczególnych obszarach pomiaru.

Postulaty metrologiczne. W tym podrozdziale rozwijana jest aksjomatyczna konstrukcja teoretycznych podstaw metrologii, identyfikująca postulaty, na podstawie których można zbudować sensowną i kompletną teorię oraz wyciągnąć ważne konsekwencje praktyczne.

Doktryna wielkości fizycznych. Głównym zadaniem podrozdziału jest budowa jednolitego systemu PV, tj. dobór wielkości podstawowych układu i równań sprzężenia do wyznaczania wielkości pochodnych. System PV stanowi podstawę do zbudowania systemu jednostek PV, którego racjonalny dobór jest istotny dla pomyślnego rozwoju teorii i praktyki wsparcia metrologicznego.

Metodologia pomiaru. W podrozdziale omówiono naukową organizację procesów pomiarowych. Zagadnienia metodologii metrologicznej są bardzo istotne, gdyż łączy ona obszary pomiarowe różniące się charakterem fizycznym mierzonych wielkości i metodami pomiarowymi. Stwarza to pewne trudności w usystematyzowaniu i łączeniu koncepcji, metod i doświadczeń zgromadzonych w różnych obszarach pomiaru. Do głównych obszarów prac nad metodologią należą:

1) przemyślenie na nowo podstaw techniki pomiarowej i metrologii w kontekście istotnej aktualizacji arsenału metod i przyrządów pomiarowych oraz powszechnego wprowadzenia technologii mikroprocesorowej;

2) analiza strukturalna procesów pomiarowych z perspektywy systemowej;

3) rozwój zasadniczo nowych podejść do organizacji procedury pomiarowej.

Teoria jednorodności pomiarów. (Teoria odtwarzania jednostek wielkości fizycznych i przenoszenia ich rozmiarów). Ta część tradycyjnie zajmuje centralne miejsce w metrologii teoretycznej. Obejmuje ona: teorię jednostek PV, teorię wstępnych przyrządów pomiarowych (wzorców) oraz teorię przenoszenia wielkości jednostek PV.

Teoria jednostek wielkości fizycznych. Głównym celem podrozdziału jest doskonalenie jednostek PV w ramach istniejącego systemu wartości, co polega na doprecyzowaniu i przedefiniowaniu jednostek. Kolejnym zadaniem jest rozwój i udoskonalanie systemu jednostek PV, tj. zmiana składu i definicji jednostek podstawowych. Prace w tym kierunku są stale prowadzone w oparciu o wykorzystanie nowych zjawisk i procesów fizycznych.

Teoria oryginalnych przyrządów pomiarowych (wzorców). W niniejszym podrozdziale omówiono zagadnienia tworzenia racjonalnego systemu standardów jednostek PV zapewniających wymagany poziom jednolitości pomiarów. Obiecującym kierunkiem doskonalenia standardów jest przejście do standardów opartych na stabilnych, naturalnych procesach fizycznych. W przypadku standardów jednostek podstawowych zasadnicze znaczenie ma osiągnięcie możliwie najwyższego poziomu wszystkich charakterystyk metrologicznych.

Ryc.1.1. Struktura metrologii teoretycznej

Teoria przenoszenia rozmiarów jednostek wielkości fizycznych. Tematem podrozdziału są algorytmy przenoszenia wielkości jednostek PV podczas ich scentralizowanej i zdecentralizowanej reprodukcji. Algorytmy te powinny opierać się zarówno na wskaźnikach metrologicznych, jak i techniczno-ekonomicznych.

Teoria budowy przyrządów pomiarowych. W rozdziale podsumowano doświadczenia nauk szczegółowych w dziedzinie budownictwa przyrządy i metody pomiarowe. W ostatnich latach wiedza zgromadzona przy opracowywaniu elektronicznych SI wielkości elektrycznych, a zwłaszcza nieelektrycznych, nabiera coraz większego znaczenia. Wynika to z szybkiego rozwoju technologii mikroprocesorowej i komputerowej oraz jej aktywnego wykorzystania w konstrukcji SI, co otwiera nowe możliwości przetwarzania wyników. Ważnym zadaniem jest opracowywanie nowych i udoskonalanie znanych przetworników pomiarowych.

Teoria dokładności pomiaru. W tej części metrologii podsumowano metody opracowane w określonych obszarach pomiarów. Składa się z trzech podrozdziałów: teorii błędów, teorii dokładności przyrządów pomiarowych i teorii procedur pomiarowych.

Teoria błędów. Podrozdział ten jest jednym z głównych w metrologii, ponieważ wyniki pomiarów są obiektywne tylko wtedy, gdy ich błędy zostaną prawidłowo ocenione. Przedmiotem teorii błędów jest klasyfikacja błędów pomiarowych, badanie i opis ich właściwości. Historyczny podział błędów na przypadkowe i systematyczne, choć budzi słuszną krytykę, jest jednak nadal aktywnie stosowany w metrologii. Jako znaną alternatywę dla takiego podziału błędów można uznać opracowany niedawno opis błędów oparty na teorii niestacjonarnych procesów losowych. Ważną częścią podrozdziału jest teoria sumowania błędów.

Teoria dokładności przyrządów pomiarowych. Podrozdział obejmuje: teorię błędów przyrządów pomiarowych, zasady i metody wyznaczania i normalizacji charakterystyk metrologicznych przyrządów pomiarowych, metody analizy ich niezawodności metrologicznej.

Teoria błędów przyrządów pomiarowych najbardziej rozwinięta w metrologii. Zgromadzono także znaczną wiedzę w konkretnych obszarach pomiarów; na jej podstawie opracowano ogólne metody obliczania błędów SI. Obecnie, w związku ze wzrostem złożoności przyrządów pomiarowych i rozwojem mikroprocesorowych urządzeń pomiarowych, pilne stało się zadanie obliczania błędów cyfrowych przyrządów pomiarowych w ogóle, a w szczególności systemów pomiarowych i kompleksów pomiarowo-obliczeniowych.

Zasady i metody wyznaczania i normalizacji właściwości metrologicznych przyrządów pomiarowych całkiem dobrze rozwinięty. Wymagają jednak modyfikacji uwzględniającej specyfikę metrologii, a przede wszystkim ścisły związek pomiędzy wyznaczaniem charakterystyk metrologicznych przyrządów pomiarowych a ich standaryzacją. Do nie do końca rozwiązanych problemów należy zaliczyć wyznaczanie charakterystyk dynamicznych przyrządów pomiarowych oraz charakterystyk kalibracyjnych pierwotnych przetworników pomiarowych. W miarę doskonalenia się sposobów przetwarzania elektrycznych sygnałów pomiarowych, najważniejsze problemy metrologiczne skupiają się wokół wyboru przetwornika pierwotnego. Ze względu na różnorodność zasad działania i rodzajów przyrządów pomiarowych, a także wzrost wymaganej dokładności pomiaru, pojawia się problem doboru znormalizowanych charakterystyk metrologicznych przyrządów pomiarowych.

Teoria niezawodności metrologicznej przyrządów pomiarowych w swojej orientacji docelowej jest powiązany z ogólną teorią niezawodności. Jednakże specyfika uszkodzeń metrologicznych, a przede wszystkim zmienność ich natężenia w czasie, uniemożliwia automatyczne przeniesienie metod klasycznej teorii niezawodności do teorii niezawodności metrologicznej. Konieczne jest opracowanie specjalnych metod analizy niezawodności metrologicznej przyrządów pomiarowych.

Teoria procedur pomiarowych. Rosnąca złożoność zadań pomiarowych, stały wzrost wymagań dotyczących dokładności pomiarów, komplikacja metod i przyrządów pomiarowych determinują prowadzenie badań mających na celu zapewnienie racjonalnej organizacji i efektywnej realizacji pomiarów. W tym przypadku główną rolę odgrywa analiza pomiarów jako zestawu powiązanych ze sobą etapów, tj. jak procedury. Podrozdział obejmuje teorię metod pomiarowych; metody przetwarzania informacji pomiarowych; teoria planowania pomiarów; analiza ograniczeń możliwości pomiarowych.

Teoria metod pomiaru- podrozdział poświęcony opracowywaniu nowych metod pomiarowych i modyfikacji istniejących, co wiąże się ze wzrostem wymagań dotyczących dokładności pomiaru, zasięgów, prędkości i warunków pomiaru. Przy pomocy nowoczesnych przyrządów pomiarowych realizowane są złożone zestawy klasycznych metod. Dlatego też tradycyjne zadanie doskonalenia istniejących metod i badania ich potencjału z uwzględnieniem warunków wdrożenia pozostaje aktualne.

Metody przetwarzania informacji pomiarowych, stosowane w metrologii opierają się na metodach zapożyczonych z matematyki, fizyki i innych dyscyplin. W związku z tym istotny jest problem walidacji wyboru i zastosowania tej lub innej metody przetwarzania informacji pomiarowych i dopasowania wymaganych danych początkowych metody teoretycznej do tych, którymi faktycznie dysponuje eksperymentator.

Teoria planowania pomiarów to dziedzina metrologii, która bardzo aktywnie się rozwija. Do jego głównych zadań należy wyjaśnianie treści metrologicznej problemów planowania pomiarów oraz uzasadnianie zapożyczeń metod matematycznych z ogólnej teorii planowania eksperymentów.

Analiza granic pomiarowych na tym poziomie rozwoju nauki i technologii pozwala nam rozwiązać tak główny problem, jak badanie maksymalnej dokładności pomiarów przy użyciu określonych typów lub przypadków przyrządów pomiarowych.

Pytania kontrolne

1. Uzasadnić znaczenie metrologii teoretycznej.

2. Czym zajmuje się metrologia teoretyczna?

3. Jakie miejsce zajmuje metrologia wśród innych nauk?

4. Co to jest pomiar? Podaj przykłady pomiarów, które stale spotyka się w życiu codziennym.

5. Jakie znaczenie ma metrologia?

6. Wymień główne działy metrologii teoretycznej. Jakie problemy rozwiązują?

7. Formułować główne etapy rozwoju metrologii.

8. Jakie są główne instytucje metrologiczne w naszym kraju? Jaki jest obszar ich działania?

Metrologia to nauka o pomiarach, sposobach osiągania ich jedności i wymaganej dokładności. Słowo „metrologia” powstało z połączenia dwóch greckich słów: „metron” – miara i „logos” – doktryna. Dosłowne tłumaczenie słowa „metrologia” oznacza naukę o miarach. Przez długi czas metrologia pozostawała głównie nauką opisową o różnych miarach i związkach między nimi. Pomiar– proces poznawczy polegający na porównaniu danej wartości ze znaną wartością przyjmowaną jako jednostka.

Przedmiotem metrologii jest przetwarzanie informacji ilościowych o właściwościach obiektów i procesów z zadaną niezawodnością.

Miary w języku ruskim: długość - arszyn, sążń (3 arszyn), wiorst; waga – pud (16,4 kg); ciała płynne – beczki, wiadra, kubki, butelki.

W XV–XVIII w. W związku z szybkim rozwojem nauki pojawiła się potrzeba pomiarów (barometry, areometry, manometry (ciśnienie wody), silniki parowe (moc mierzy się w koniach mechanicznych)).

W XIX–XX w. Dokonują się nowe odkrycia fizyczne i istnieje potrzeba pomiarów w fizyce atomowej i molekularnej. W 1827 r. w Rosji utworzono komisję wzorcowych miar i wag. DI. Mendelejew odegrał dużą rolę w rozwoju służby metrologicznej, kierując nią od 1892 do 1907 r. W 1970 r. Powstał Standard Państwowy ZSRR, w 1993 r. Standard Państwowy został przekształcony w Rosyjski Standard Państwowy.

W nowoczesnym rozumieniu metrologia jest nauką o pomiarach, metodach i środkach zapewnienia ich jedności oraz sposobach osiągania wymaganej dokładności. Do głównych dziedzin metrologii zalicza się:

• ogólna teoria pomiaru;
• jednostki wielkości fizycznych i ich układy;
• metody i środki pomiaru; metody określania dokładności pomiaru;
• podstawy zapewnienia jednolitości pomiarów i jednorodności przyrządów pomiarowych;
• normy i przykładowe przyrządy pomiarowe; metody przenoszenia wielkości jednostek ze wzorców i referencyjnych przyrządów pomiarowych na robocze przyrządy pomiarowe.

Głównym dokumentem legislacyjnym w metrologii jest ustawa „O zapewnieniu jednolitości pomiarów”, przyjęta w 1992 r., której celem jest ochrona praw i interesów obywateli oraz gospodarki kraju przed negatywnymi konsekwencjami nierzetelnych wyników pomiarów.

Metrologię dzielimy na teoretyczną, stosowaną i legislacyjną.

Metrologia teoretyczna zajmuje się zagadnieniami badań podstawowych, tworzeniem układu jednostek miar, stałych fizycznych oraz opracowywaniem nowych metod pomiarowych.

Metrologia stosowana (praktyczna). zajmuje się zagadnieniami praktycznego zastosowania w różnych dziedzinach działalności wyników badań teoretycznych w ramach metrologii.

Metrologia prawna zawiera zbiór współzależnych zasad i norm mających na celu zapewnienie jednolitości pomiarów, które podnoszone są do rangi przepisów prawnych (przez uprawnione organy rządowe), obowiązują i podlegają kontroli państwa. Jej głównym zadaniem jest tworzenie i doskonalenie systemu norm państwowych ustalających zasady, wymagania i normy określające organizację i metodykę pracy w celu zapewnienia jednolitości i dokładności pomiarów, a także organizację i funkcjonowanie odpowiednich

Jak wspomniano powyżej, metrologia teoretyczna jest główną gałęzią metrologii. Podstawowe pojęcia metrologii. Jak w każdej nauce, tak i w metrologii konieczne jest sformułowanie podstawowych pojęć, terminów i postulatów, opracowanie doktryny jednostek fizycznych oraz metodologii. Sekcja ta jest szczególnie istotna ze względu na fakt, że poszczególne obszary pomiarowe opierają się na konkretnych pomysłach i z perspektywy teoretycznej obszary te rozwijają się w izolacji. W tych warunkach niedostateczny rozwój podstawowych pojęć zmusza nas do rozwiązywania podobnych problemów, które w istocie są ogólne, od nowa w każdym obszarze.

„Podstawowe pojęcia i terminy”. W tym podrozdziale dokonano uogólnienia i wyjaśnienia pojęć, które rozwinęły się w poszczególnych obszarach pomiaru, z uwzględnieniem specyfiki metrologii. Głównym zadaniem jest stworzenie jednolitego systemu podstawowych pojęć metrologii, który powinien stanowić podstawę jej rozwoju. O znaczeniu systemu pojęć decyduje znaczenie samej teorii pomiaru oraz fakt, że system ten stymuluje przenikanie się metod i wyników wypracowanych w poszczególnych obszarach pomiaru.

„Postulaty metrologii”. W tym podrozdziale rozwijana jest aksjomatyczna konstrukcja teoretycznych podstaw metrologii, identyfikująca postulaty, na podstawie których można zbudować sensowną i kompletną teorię oraz wyciągnąć ważne konsekwencje praktyczne.

„Doktryna wielkości fizycznych”. Głównym zadaniem podrozdziału jest budowa jednolitego systemu PV, tj. dobór wielkości podstawowych układu i równań sprzężenia do wyznaczania wielkości pochodnych. System PV stanowi podstawę do zbudowania systemu jednostek PV, którego racjonalny dobór jest istotny dla pomyślnego rozwoju teorii i praktyki wsparcia metrologicznego.

„Metodologia pomiaru”. W podrozdziale omówiono naukową organizację procesów pomiarowych. Zagadnienia metodologii metrologicznej są bardzo istotne, gdyż łączy ona obszary pomiarowe różniące się charakterem fizycznym mierzonych wielkości i metodami pomiarowymi. Stwarza to pewne trudności w usystematyzowaniu i łączeniu koncepcji, metod i doświadczeń zgromadzonych w różnych obszarach pomiaru. Do głównych obszarów prac nad metodologią należą:

• 1) przemyślenie na nowo podstaw techniki pomiarowej i metrologii w kontekście istotnej aktualizacji arsenału metod i przyrządów pomiarowych oraz powszechnego wprowadzenia technologii mikroprocesorowej;
• 2) analiza strukturalna procesów pomiarowych z perspektywy systemowej;
• 3) rozwój zasadniczo nowych podejść do organizacji procedury pomiarowej.

Teoria jednorodności pomiarów. (Teoria odtwarzania jednostek wielkości fizycznych i przenoszenia ich rozmiarów). Ta część tradycyjnie zajmuje centralne miejsce w metrologii teoretycznej. Obejmuje ona: teorię jednostek PV, teorię wstępnych przyrządów pomiarowych (wzorców) oraz teorię przenoszenia wielkości jednostek PV.

„Teoria jednostek wielkości fizycznych”. Głównym celem podrozdziału jest doskonalenie jednostek PV w ramach istniejącego systemu wartości, co polega na doprecyzowaniu i przedefiniowaniu jednostek. Kolejnym zadaniem jest rozwój i udoskonalanie systemu jednostek PV, tj. pomiar składu i definicje jednostek podstawowych. Prace w tym kierunku są stale prowadzone w oparciu o wykorzystanie nowych zjawisk i procesów fizycznych.

„Teoria oryginalnych przyrządów pomiarowych (wzorców).” W niniejszym podrozdziale omówiono zagadnienia tworzenia racjonalnego systemu standardów jednostek PV zapewniających wymagany poziom jednolitości pomiarów. Obiecującym kierunkiem doskonalenia standardów jest przejście do standardów opartych na stabilnych, naturalnych procesach fizycznych. W przypadku standardów jednostek podstawowych zasadnicze znaczenie ma osiągnięcie możliwie najwyższego poziomu wszystkich charakterystyk metrologicznych.

„Teoria przenoszenia wielkości jednostek wielkości fizycznych.” Tematem podrozdziału są algorytmy przenoszenia wielkości jednostek PV podczas ich scentralizowanej i zdecentralizowanej reprodukcji. Algorytmy te powinny opierać się zarówno na wskaźnikach metrologicznych, jak i techniczno-ekonomicznych.

Teoria budowy przyrządów pomiarowych. W rozdziale podsumowano doświadczenia nauk szczegółowych w zakresie konstruowania narzędzi i metod pomiarowych. W ostatnich latach wiedza zgromadzona przy opracowywaniu elektronicznych SI wielkości elektrycznych, a zwłaszcza nieelektrycznych, nabiera coraz większego znaczenia. Wynika to z szybkiego rozwoju technologii mikroprocesorowej i komputerowej oraz jej aktywnego wykorzystania w konstrukcji SI, co otwiera nowe możliwości przetwarzania wyników. Ważnym zadaniem jest opracowywanie nowych i udoskonalanie znanych przetworników pomiarowych.

Teoria dokładności pomiaru. W tej części metrologii podsumowano metody opracowane w określonych obszarach pomiarów. Składa się z trzech podrozdziałów: teorii błędów, teorii dokładności przyrządów pomiarowych i teorii procedur pomiarowych.

„Teoria błędów”. Podrozdział ten jest jednym z głównych w metrologii, ponieważ wyniki pomiarów są obiektywne tylko wtedy, gdy ich błędy zostaną prawidłowo ocenione. Przedmiotem teorii błędów jest klasyfikacja błędów pomiarowych, badanie i opis ich właściwości. Historycznie ustalony podział błędów na przypadkowe i systematyczne, choć budzi słuszną krytykę, jest jednak nadal aktywnie stosowany w metrologii. Jako znaną alternatywę dla takiego podziału błędów można uznać opracowany niedawno opis błędów oparty na teorii niestacjonarnych procesów losowych. Ważną częścią podrozdziału jest teoria sumowania błędów.

„Teoria dokładności przyrządów pomiarowych.” Podrozdział obejmuje: teorię błędów przyrządów pomiarowych, zasady i metody wyznaczania i normalizacji charakterystyk metrologicznych przyrządów pomiarowych, metody analizy ich niezawodności metrologicznej.

Teoria błędów przyrządów pomiarowych jest najgłębiej rozwinięta w metrologii. Zgromadzono także znaczną wiedzę w konkretnych obszarach pomiarów; na jej podstawie opracowano ogólne metody obliczania błędów SI. Obecnie, w związku ze wzrostem złożoności przyrządów pomiarowych i rozwojem mikroprocesorowych urządzeń pomiarowych, pilne stało się zadanie obliczania błędów cyfrowych przyrządów pomiarowych w ogóle, a w szczególności systemów pomiarowych i kompleksów pomiarowo-obliczeniowych.

Zasady i metody określania i normalizacji właściwości metrologicznych przyrządów pomiarowych są dość dobrze rozwinięte. Wymagają jednak modyfikacji uwzględniającej specyfikę metrologii, a przede wszystkim ścisły związek pomiędzy wyznaczaniem charakterystyk metrologicznych przyrządów pomiarowych a ich standaryzacją. Do nie do końca rozwiązanych problemów należy zaliczyć wyznaczanie charakterystyk dynamicznych przyrządów pomiarowych oraz charakterystyk kalibracyjnych pierwotnych przetworników pomiarowych. W miarę doskonalenia się sposobów przetwarzania elektrycznych sygnałów pomiarowych, najważniejsze problemy metrologiczne skupiają się wokół wyboru przetwornika pierwotnego. Ze względu na różnorodność zasad działania i rodzajów przyrządów pomiarowych, a także wzrost wymaganej dokładności pomiaru, pojawia się problem doboru znormalizowanych charakterystyk metrologicznych przyrządów pomiarowych.

Teoria niezawodności metrologicznej przyrządów pomiarowych w ich orientacji docelowej jest powiązana z ogólną teorią niezawodności. Jednakże specyfika uszkodzeń metrologicznych, a przede wszystkim zmienność ich natężenia w czasie, uniemożliwia automatyczne przeniesienie metod klasycznej teorii niezawodności do teorii niezawodności metrologicznej. Konieczne jest opracowanie specjalnych metod analizy niezawodności metrologicznej przyrządów pomiarowych.

„Teoria procedur pomiarowych”. Rosnąca złożoność zadań pomiarowych, stały wzrost wymagań dotyczących dokładności pomiarów, komplikacja metod i przyrządów pomiarowych determinują prowadzenie badań mających na celu zapewnienie racjonalnej organizacji i efektywnej realizacji pomiarów. W tym przypadku główną rolę odgrywa analiza pomiarów jako zestawu powiązanych ze sobą etapów, tj. jak procedury. Podrozdział obejmuje teorię metod pomiarowych; metody przetwarzania informacji pomiarowych; teoria planowania pomiarów; analiza ograniczeń możliwości pomiarowych.

Teoria metod pomiarowych jest podrozdziałem poświęconym opracowywaniu nowych metod pomiarowych i modyfikacji istniejących, co wiąże się ze wzrostem wymagań dotyczących dokładności pomiaru, zasięgów, prędkości i warunków pomiaru. Przy pomocy nowoczesnych przyrządów pomiarowych realizowane są złożone zestawy klasycznych metod. Dlatego też tradycyjne zadanie doskonalenia istniejących metod i badania ich potencjału z uwzględnieniem warunków wdrożenia pozostaje aktualne.

Metody przetwarzania informacji pomiarowych stosowane w metrologii opierają się na metodach zapożyczonych z matematyki, fizyki i innych dyscyplin. W związku z tym istotne jest zadanie sprawdzenia wyboru i zastosowania tej lub innej metody przetwarzania informacji pomiarowych i dopasowania wymaganych danych początkowych metody teoretycznej do tych, które faktycznie posiada eksperymentator.

Teoria planowania pomiarów jest dziedziną metrologii, która bardzo aktywnie się rozwija. Do jego głównych zadań należy wyjaśnianie treści metrologicznej problemów planowania pomiarów oraz uzasadnianie zapożyczeń metod matematycznych z ogólnej teorii planowania eksperymentów.

Analiza maksymalnych możliwości pomiarowych na danym poziomie rozwoju nauki i techniki pozwala rozwiązać tak zasadniczy problem, jak badanie maksymalnej dokładności pomiarów przy użyciu określonych typów lub egzemplarzy przyrządów pomiarowych.

metrologiczne badania poznawcze legislacyjne

Metrologia to nauka o pomiarach, sposobach osiągania ich jedności i wymaganej dokładności. Słowo „metrologia” powstało z połączenia dwóch greckich słów: „metron” – miara i „logos” – doktryna. Dosłowne tłumaczenie słowa „metrologia” oznacza naukę o miarach. Przez długi czas metrologia pozostawała głównie nauką opisową o różnych miarach i związkach między nimi. Pomiar- proces poznawczy polegający na porównaniu danej wartości ze znaną wartością przyjmowaną jako jednostka.

Przedmiotem metrologii jest przetwarzanie informacji ilościowych o właściwościach obiektów i procesów z zadaną niezawodnością.

Miary w języku ruskim: długość - arszyn, sążń (3 arszyn), wiorst; waga – pud (16,4 kg); ciała płynne – beczki, wiadra, kubki, butelki.

W XV–XVIII w. W związku z szybkim rozwojem nauki pojawiła się potrzeba pomiarów (barometry, areometry, manometry (ciśnienie wody), silniki parowe (moc mierzy się w koniach mechanicznych)).

W XIX–XX wieku. Dokonują się nowe odkrycia fizyczne i istnieje potrzeba pomiarów w fizyce atomowej i molekularnej. W 1827 r. w Rosji utworzono komisję wzorcowych miar i wag. DI. Mendelejew odegrał dużą rolę w rozwoju służby metrologicznej, kierując nią od 1892 do 1907 r. W 1970 r. Powstał Standard Państwowy ZSRR, w 1993 r. Standard Państwowy został przekształcony w Rosyjski Standard Państwowy.

W nowoczesnym rozumieniu metrologia jest nauką o pomiarach, metodach i środkach zapewnienia ich jedności oraz sposobach osiągania wymaganej dokładności. Do głównych dziedzin metrologii zalicza się:

– ogólna teoria pomiarów;

– jednostki wielkości fizycznych i ich układy;

– metody i środki pomiaru; metody określania dokładności pomiaru;

– podstawy zapewnienia jednolitości pomiarów i jednorodności przyrządów pomiarowych;

– normy i przykładowe przyrządy pomiarowe; metody przenoszenia wielkości jednostek ze wzorców i referencyjnych przyrządów pomiarowych na robocze przyrządy pomiarowe.

Głównym dokumentem legislacyjnym w metrologii jest ustawa „O zapewnieniu jednolitości pomiarów”, przyjęta w 1992 r., której celem jest ochrona praw i interesów obywateli oraz gospodarki kraju przed negatywnymi konsekwencjami nierzetelnych wyników pomiarów.

Metrologię dzielimy na teoretyczną, stosowaną i legislacyjną.

Metrologia teoretyczna zajmuje się zagadnieniami badań podstawowych, tworzeniem układu jednostek miar, stałych fizycznych oraz opracowywaniem nowych metod pomiarowych.

Metrologia stosowana (praktyczna). zajmuje się zagadnieniami praktycznego zastosowania w różnych dziedzinach działalności wyników badań teoretycznych w ramach metrologii.

Metrologia prawna zawiera zbiór współzależnych zasad i norm mających na celu zapewnienie jednolitości pomiarów, które podnoszone są do rangi przepisów prawnych (przez uprawnione organy rządowe), obowiązują i podlegają kontroli państwa. Jej głównym zadaniem jest tworzenie i doskonalenie systemu standardów państwowych, które ustalają zasady, wymagania i normy określające organizację i metodykę pracy w celu zapewnienia jednolitości i dokładności pomiarów oraz organizacji i funkcjonowania właściwej służby publicznej.

Metrologia- nauka o pomiarach, metody i środki zapewnienia ich jedności oraz sposoby osiągania wymaganej dokładności. Taką definicję podają wszystkie rosyjskie przepisy, od GOST 16263-70 po niedawno przyjęte zalecenia RMG 29-2013.

Międzynarodowy Słownik Metrologii (VIM3) podaje szerszą definicję terminu metrologia jako nauki o pomiarach i jej zastosowaniach, która obejmuje wszystkie teoretyczne i praktyczne aspekty pomiarów, niezależnie od ich niepewności i pola zastosowania.

Odniesienie. GOST 16263-70 „GSI. Metrologia. Podstawowe terminy i definicje” obowiązywała od 01.01.1971, zastąpiona od 01.01.2001 przez RMG 29-99 o tej samej nazwie.
SG 29-2013 „GSI. Metrologia. Podstawowe terminy i definicje” – Zalecenia dotyczące normalizacji międzystanowej (wprowadzone od 01.01.2015 zamiast RMG 29-99). Zostały one zaktualizowane i zharmonizowane ze słownikiem VIM3-2008 (wydanie III). Jego pełna nazwa to Międzynarodowy Słownik Metrologii: Pojęcia podstawowe i ogólne oraz terminy pokrewne.

W uproszczeniu metrologia zajmuje się pomiarem wielkości fizycznych charakteryzujących wszelkiego rodzaju materialne obiekty, procesy czy zjawiska. Jej zainteresowania obejmują rozwój i praktyczne zastosowanie technologii, narzędzi i sprzętu pomiarowego, a także narzędzi i metod przetwarzania otrzymanych informacji. Ponadto metrologia zapewnia prawną regulację działań oficjalnych struktur i osób, w taki czy inny sposób związanych z wykonywaniem pomiarów w ich działalności, bada i systematyzuje doświadczenia historyczne.

Samo słowo „metrologia” pochodzi od greckich słów „metron” – miara i „logos” – doktryna. Początkowo doktryna rozwinęła się jako nauka o miarach i zależnościach pomiędzy różnymi wartościami miar (stosowanymi w różnych krajach) i miała charakter opisowy (empiryczny).

Pomiary nowych współczesnych wielkości, poszerzanie zakresów pomiarowych, zwiększanie ich dokładności, wszystko to przyczynia się do tworzenia najnowocześniejszych technologii, standardów i przyrządów pomiarowych (MI), doskonalenia sposobów ludzkiego pojmowania przyrody, wiedzy o ilościowych cechach otoczenia świat.

Ustalono, że obecnie istnieje potrzeba pomiaru ponad dwóch tysięcy parametrów i wielkości fizycznych, jednak dotychczas w oparciu o dostępne narzędzia i metody zmierzono już około 800 wielkości. Rozwój nowych typów pomiarów pozostaje dziś palącym problemem. Metrologia chłonie najnowsze osiągnięcia nauki i zajmuje szczególne miejsce wśród nauk technicznych, gdyż dla postępu naukowo-technicznego i ich doskonalenia metrologia musi wyprzedzać inne dziedziny nauki i techniki.

Żaden specjalista techniczny nie może obejść się bez znajomości metrologii (na pomiary przeznacza się około 15% społecznych kosztów pracy). Żadna branża nie może funkcjonować bez wykorzystania własnego systemu pomiarowego. To na podstawie pomiarów zarządzane są procesy technologiczne i monitorowana jest jakość wytwarzanych wyrobów. Według ekspertów z rozwiniętych krajów uprzemysłowionych pomiary i związane z nimi operacje szacuje się na 3–9% produktu krajowego brutto.

Cele i zadania metrologii

Celem metrologii jako nauki jest zapewnienie jednolitości pomiarów (UME); wydobywanie informacji ilościowych o właściwościach obiektu, otaczającego go świata i procesów z zadaną dokładnością i niezawodnością.

Celem metrologii praktycznej jest metrologiczne wsparcie produkcji, tj. tworzenie i stosowanie podstaw naukowych i organizacyjnych, środków technicznych, zasad i przepisów niezbędnych do IO oraz wymaganej dokładności pomiarów.

Zadania metrologiczne:

• realizacja polityki publicznej w OIE;
• opracowanie nowych i udoskonalenie obecnych ram regulacyjnych dla działalności OI i metrologicznej;
• tworzenie jednostek wielkości (MU), systemów jednostek, ich unifikacja i uznawanie legalności;
• opracowywanie, doskonalenie, utrzymywanie, porównywanie i stosowanie państwowych podstawowych standardów jednostek wielkości;
• doskonalenie metod (zasad pomiaru) przenoszenia jednostek miar ze wzorca na mierzony obiekt;
• opracowanie metod przenoszenia wielkości jednostek wielkości z pierwotnych i roboczych wzorców miar do roboczego SI;
• prowadzenie Federalnego Funduszu Informacyjnego dla OEI oraz udostępnianie zawartych w nim dokumentów i informacji;
• świadczenie usług publicznych dla OEI zgodnie z zakresem akredytacji;
• ustalanie zasad i przepisów dotyczących testowania przyrządów pomiarowych;
• rozwój, doskonalenie, standaryzacja metod i przyrządów pomiarowych, metody wyznaczania i zwiększania ich dokładności;
• rozwój metod oceny błędów, stanu przyrządów pomiarowych i kontroli;
• doskonalenie ogólnej teorii pomiarów.

Odniesienie. Wcześniej zadania metrologii zostały sformułowane w GOST 16263-70.

Zgodnie z przydzielonymi zadaniami metrologię dzieli się na z metrologii teoretycznej, stosowanej, legislacyjnej i historycznej.

Metrologia teoretyczna lub podstawowa zajmuje się rozwojem teorii, problematyką pomiaru wielkości, ich jednostek i metod pomiaru. Metrologia teoretyczna zajmuje się ogólnymi problemami, które pojawiają się podczas wykonywania pomiarów w tej czy innej dziedzinie techniki, nauk humanistycznych, a nawet na styku wielu, czasem bardzo różnorodnych dziedzin wiedzy. Metrologowie-teoretycy mogą zajmować się np. zagadnieniami pomiaru wymiarów liniowych, objętości i grawitacji w przestrzeni n-wymiarowej, opracowywać metody instrumentalnej oceny natężenia promieniowania ciał kosmicznych w odniesieniu do warunków lotów międzyplanetarnych, czy też tworzyć całkowicie nowe technologie, które umożliwiają zwiększenie intensywności procesu i poziomu dokładności oraz innych jego parametrów, udoskonalenie środków technicznych z nim związanych itp. Tak czy inaczej, niemal każde przedsięwzięcie w jakiejkolwiek działalności zaczyna się od teorii i dopiero po takim opracowaniu przechodzi w sferę konkretnego zastosowania.

Metrologia stosowana lub praktyczna zajmuje się zagadnieniami wsparcia metrologicznego, praktycznym wykorzystaniem osiągnięć metrologii teoretycznej oraz realizacją przepisów metrologii prawnej. Jego zadaniem jest dostosowanie ogólnych postanowień i obliczeń teoretycznych z poprzedniej części do jasno określonego, wysoce specjalistycznego problemu przemysłowego lub naukowego. Jeśli więc zajdzie konieczność oceny wytrzymałości wału silnika, skalibrowania dużej liczby rolek łożyskowych czy zapewnienia np. kompleksowej kontroli metrologicznej w procesie badań laboratoryjnych, praktycy wybiorą odpowiednią technologię spośród dużej liczby już znanych, opracują je i ewentualnie uzupełnią o zastosowanie do tych warunków, określą niezbędny sprzęt i narzędzia, liczebność i kwalifikacje personelu, a także przeanalizują wiele innych aspektów technicznych konkretnego procesu.

Metrologia prawna ustanawia obowiązkowe wymagania prawne i techniczne dotyczące stosowania wzorców, jednostek wielkości, metod i przyrządów pomiarowych, mające na celu zapewnienie jednolitości pomiarów (UMU) i wymaganej dokładności. Nauka ta zrodziła się na styku wiedzy technicznej i społecznej i ma na celu zapewnienie jednolitego podejścia do pomiarów prowadzonych we wszystkich bez wyjątku obszarach. Metrologia prawna graniczy także bezpośrednio ze standaryzacją, która zapewnia kompatybilność technologii, przyrządów pomiarowych i innych atrybutów wsparcia metrologicznego zarówno na poziomie krajowym, jak i międzynarodowym. Obszar zainteresowań metrologii prawnej obejmuje pracę z wzorcami wielkości mierzonych, zagadnienia legalizacji przyrządów i sprzętu pomiarowego oraz szkolenia specjalistów, a także wiele innych zagadnień. Głównym dokumentem prawnym regulującym działalność w tym zakresie jest Ustawa Federacji Rosyjskiej N 102-FZ „O zapewnieniu jednolitości miar” z dnia 26 czerwca 2008 roku. Ramy regulacyjne obejmują również szereg regulaminów, przepisów i przepisów technicznych, które określają wymagania prawne dla niektórych obszarów i rodzajów działalności prawników zajmujących się metrologią.

Metrologia historyczna przeznaczony jest do badania i systematyzacji jednostek i systemów miar stosowanych w przeszłości, wsparcia technologicznego i instrumentalnego monitorowania parametrów obiektów i procesów fizycznych, historycznych aspektów organizacyjno-prawnych, statystyki i wielu innych. W tej części analizowana jest także historia i ewolucja jednostek monetarnych, śledząc powiązania pomiędzy ich systemami, które ukształtowały się w warunkach różnych społeczeństw i kultur. Metrologia historyczna, równolegle z numizmatyką, zajmuje się badaniem jednostek monetarnych, ponieważ w okresie narodzin miar jako takich w dużej mierze powtarzały się podstawowe podstawy metod oceny wartości i innych parametrów zupełnie niezwiązanych z obliczeniami pieniężnymi.

Z drugiej strony metrologia historyczna nie jest nauką czysto społeczną, gdyż często przy jej pomocy przywracane są utracone, ale mimo to aktualne technologie pomiarowe, śledzone są ścieżki rozwoju w oparciu o przeszłe doświadczenia i prognozowane są obiecujące zmiany w tym obszarze, nowością są opracowane rozwiązania inżynieryjne. Często postępowe metody oceny dowolnych parametrów są rozwinięciem już znanych, poprawionych z uwzględnieniem nowych możliwości współczesnej nauki i technologii. Studiowanie historii jest niezbędne do pracy ze standardami pomiarowymi w zakresie ich rozwoju i doskonalenia, zapewnienia zgodności metod tradycyjnych i obiecujących, a także usystematyzowania praktycznych osiągnięć w celu ich wykorzystania w przyszłości.

Fragmenty historii rozwoju metrologii

Do przeliczania wszelkiego rodzaju pomiarów, zliczania czasu itp. ludzkość potrzebowała stworzyć system różnych pomiarów w celu określenia objętości, wagi, długości, czasu itp. Dlatego metrologia, jako dziedzina działalności praktycznej, powstała w czasach starożytnych.

Historia metrologii jest częścią historii rozwoju rozumu, sił wytwórczych, państwowości i handlu, dojrzewała i doskonaliła się wraz z nimi. Tak więc już za czasów wielkiego księcia Światosława Jarosławowicza na Rusi zaczęto stosować „wzorowy środek” - „złoty pas” księcia. Próbki przechowywano w kościołach i klasztorach. Za nowogrodzkiego księcia Wsiewołoda nakazano coroczną kontrolę środków, a za ich nieprzestrzeganie nałożono karę - aż do kary śmierci włącznie.

„Karta Dwiny” z 1560 r. autorstwa Iwana Groźnego regulowała zasady przechowywania i przenoszenia wielkości substancji sypkich - ośmiornicy. Pierwsze egzemplarze znajdowały się w zamówieniach państwa moskiewskiego, świątyń i kościołów. Prace nad nadzorem środków i ich weryfikacją prowadzono wówczas pod nadzorem Chaty Pomorskiej i Wielkiej Izby Celnej.

Piotr I zezwolił na używanie w Rosji miar angielskich (stopy i cale). Opracowano tabele miar i zależności pomiędzy miarami rosyjskimi i zagranicznymi. Kontrolowano stosowanie środków w handlu, w kopalniach i fabrykach oraz w mennicach. Zarząd Admiralicji dbał o prawidłowe stosowanie miar przyrządów goniometrycznych i kompasów.

W 1736 r. utworzono Komisję Miar i Wag. Pierwotną miarą długości był miedziany arszin i drewniany sąż. Funtowa pozłacana odważnik z brązu jest pierwszym zalegalizowanym standardem państwowym. Żelazne arszyny wykonano na zamówienie carycy Elżbiety Pietrowna w 1858 roku.

8 maja 1790 roku Francja przyjęła metr jako jednostkę długości – jedną czterdziestą milionową południka Ziemi. (Zostało oficjalnie wprowadzone we Francji dekretem z 10 grudnia 1799 r.)

W Rosji w 1835 roku zatwierdzono standardy masy i długości - funt platynowy i sążń platynowy (7 stóp angielskich). Rok 1841 to rok otwarcia w Rosji Składu Wzorowych Miar i Wag.

20 maja 1875 roku Konwencję Metryczną podpisało 17 państw, w tym Rosja. Powstały międzynarodowe i krajowe prototypy kilograma i metra. (Dzień Metrologa obchodzony jest 20 maja).

Od 1892 r. Składnicą Wzorowych Miar i Wag kierował słynny rosyjski naukowiec D.I. Mendelejew. W metrologii epokę Mendelejewa nazywa się zwykle okresem od 1892 do 1918 roku.

W 1893 roku na bazie Składnicy utworzono Główną Izbę Miar i Wag – instytut metrologiczny, w którym przeprowadzano badania i sprawdzanie różnych przyrządów pomiarowych. (Mendelejew stał na czele Izby do 1907 r.). Obecnie jest to Ogólnorosyjski Instytut Metrologii im. D.I. Mendelejewa.

Na podstawie Przepisów o miarach i wagach z 1899 r. Otwarto w różnych miastach Rosji 10 kolejnych namiotów kalibracyjnych.

XX wiek wraz z odkryciami w matematyce i fizyce przekształcił M w naukę o pomiarach. Współcześnie stan i kształtowanie się zaplecza metrologicznego w dużej mierze determinuje poziom przemysłu, handlu, nauki, medycyny, obronności i rozwoju państwa jako całości.

Metryczny system miar i wag został wprowadzony dekretem Rady Komisarzy Ludowych RSFSR z 14 września 1918 r. (rozpoczął to „etap normatywny” w rosyjskiej metrologii). Przystąpienie do Międzynarodowej Konwencji Metrycznej nastąpiło w 1924 r., a także utworzenie komitetu normalizacyjnego w Rosji.

1960 - Powstał Międzynarodowy Układ Jednostek Miar. W ZSRR zaczęto go używać w 1981 r. (GOST 8.417-81). 1973 - W ZSRR zatwierdzono Państwowy System Zapewnienia Jednolitości Pomiarów (GSI).

1993 przyjęto: pierwszą ustawę Federacji Rosyjskiej „O zapewnieniu jednolitości pomiarów”, ustawy Federacji Rosyjskiej „O normalizacji” i „O certyfikacji produktów i usług”. Ustalono odpowiedzialność za naruszenie norm prawnych i obowiązkowych wymagań norm w zakresie jednorodności pomiarów i wsparcia metrologicznego.