Історія розвитку і проблематика метрології

Вступ

1. Проблематика метрології

2. Терміни і визначення метрології

3. Класифікація вимірювань

4. Історія розвитку метрології

5. Метрологічна система мір

6. Історично важливі етапи в розвитку метрології

Висновок

Вступ

"Знання історії речей необхідне для правильного руху вперед"

Д.І. Менделєєв.

Одна з характерних прогресивних рис нашого часу - загальний інтерес до історії нашої Батьківщини.

Історія метрології (метрології Київської Русі, Великого князівства Литовського, дореволюційної Росії, ЗУНР, УНР, СРСР, України) - це частина історії розвитку продуктивних сил, державності і торгівлі.

Аналізуючи процес появи і розвитку заходів і систем одиниць, можна судити не тільки про рівень розвитку суспільства, але і про розвиток архітектури, кораблебудування, про побут, раціоні живлення і т.д.

Слово метрологія в перекладі з грецького означає вчення про міри. Під мірою прийнято розуміти речове відтворення одиниці вимірювання. Проте до мір вимірювання відносили також і одиниці вимірювання площі, хоча вони і не мали речовинного оформлення, не мали такого втілення і міри довжини - верста, стадій, миля.

Історична метрологія встановлює номенклатуру стародавніх заходів, їх значення і походження. Початковими даними для цього є заходи, що збереглися, і різні матеріальні пам'ятники минулого (монети, гирі, міри довжини, споруди з "стандартними", кратними розмірами), а також літературні пам'ятники, що містять відомості про які-небудь заходи, про співвідношення між ними, про їх використання.

Історична метрологія встановлює, чи залишалися ті або інші заходи постійними впродовж століть або змінювалися, як розвивалося застосування заходів в торговельно-промисловій практиці і в побуті, як створювалися і розвивалися системи заходів, як здійснювалася єдність заходів і т.д.

До одних з найбільш серйозних досліджень походження російських мір відноситься робота Н.Т. Беляєва "Про стародавні і нинішні російські заходи протягу і ваги" (Прага, 1927 р.). В результаті порівняльних досліджень він дійшов висновку, що в основі староруської системи мір довжини, об'єму і ваги лежить староєгипетська система заходів в тому вигляді, в якому вона склалася приблизно в III столітті до нашої ери. (Єгипет - Греція - Візантія).

Насправді сприйняття і засвоєння східної метрології відбувалося поступово, протягом низки століть.

Метрологія (від греч. мЕфспн -- міра, вимірювальний інструмент) - наука про вимірювання, методи, та засоби забезпечення єдності та способах досягнення потрібної точності. Предметом метрології виділення кількісної інформації про ознаки об'єктів з заданою точністю та достовірністю. Засобом метрології є сукупність вимірів та метрологічних стандартів які забезпечують потребуєму точність.

1. Проблематика метрології

До основних проблем метрології відносяться:

· створення загальної теорії вимірювань;

· утворення одиниць фізичних величин і систем одиниць;

· розробка і стандартизація методів і засобів вимірювань, методів визначення точності вимірювань, основ забезпечення єдності вимірювань і одноманітності засобів вимірювань (так звана «законодавча метрологія»);

· створення еталонів і зразкових засобів вимірювань, перевірка заходів і засобів вимірювань. Приорітетною підзадачею даного напряму є вироблення системи еталонів на основі фізичних констант.

Також метрологія вивчає розвиток системи заходів, грошових одиниць і рахунку в історичній перспективі.

2. Терміни і визначення метрології

Єдність вимірювань - стан вимірювань, що характеризується тим, що їх результат виражається в узаконених одиницях, розміри яких у встановлених межах рівні розмірам одиниць, відтворним первинними еталонами, а погрішності результатів вимірювань відомі і із заданою вірогідністю не виходять за встановлені межі.

Фізична величина - одна з властивостей фізичного об'єкту, загальне в якісному відношенні для багатьох фізичних об'єктів, але в кількісному відношенні індивідуальне для кожного з них.

Одиниця фізичної величини - фізична величина фіксованого розміру, якій умовно привласнено числове значення, рівне 1, і вживана для кількісного виразу однорідних з нею фізичних величин.

Вимірювання - сукупність операцій по вживанню технічного засобу, що береже одиницю фізичної величини, забезпечуючих знаходження співвідношення вимірюваної величини з її одиницею і отримання значення цієї величини.

Засіб вимірювань - технічний засіб, призначений для вимірювань і має нормовані метрологічні характеристики.

Погрішність вимірювання - відхилення результату вимірювання від істинного значення вимірюваної величини.

Погрішність засобу вимірювання - різниця між свідченням засобу вимірювань і істинним значенням вимірюваної фізичної величини.

Точність засобу вимірювань - характеристика якості засобу вимірювань, що відображає близькість його погрішності до нуля.

3. Класифікація вимірювань

1. За способом отримання вимірювання:

· Прямі - коли фізична величина безпосередньо зв'язується з її мірою;

· Непрямі - коли шукане значення вимірюваної величини встановлено за наслідками прямих вимірювань величин, які пов'язані з шуканою величиною відомою залежністю;

· Сукупні - коли використовуються системи рівнянь, що складаються за наслідками вимірювання декількох однорідних величин;

· Сумісні - проводяться з метою встановлення залежності між величинами. При цих вимірюваннях визначається відразу декілька показників.

2. По характеру зміни вимірюваної величини:

· Статичні - пов'язані з визначенням характеристик випадкових процесів - необхідна кількість вимірювань визначається статичними способами;

· Динамічні - пов'язані з такими величинами, які в процесі вимірювань міняються (t навколишнього середовища).

3. Вимірювання можуть мінятися по кількості інформації:

· Однократні;

· Багатократні.

4. По відношенню до основних одиниць вимірювання:

· Абсолютні (використовують пряме вимірювання однієї основної величини і фізичної константи);

· Відносні - базуються на встановленні відношення вимірюваної величини, вживаної як одиниця. Така вимірювана величина залежить від одиниці вимірювання, що використовується

4. Історія розвитку метрології

Перша відома згадка про точність засобів вимірювань і достовірності вимірювань зустрічається в Біблії - Старому Заповіті (12 ст. до н.е.): “Не робіть неправди в суді, в мірі, у вазі і у вимірюванні”. Але є і наукові, незаперечні свідоцтва про якнайдавніше зародження метрологічної діяльності людини. Так, зокрема, археологи довели, що стародавні шумери, що жили більше 5000 років тому, не тільки застосовували міри довжини, площі, об'єму, ваги, часу і оцінок, але і вперше зв'язали ці заходи в певну систему.

Для наших днів можна сказати, що метрологія - це наука про вимірювання, забезпечення єдності вимірів, методів і засобів досягнення необхідної точності.

Вимірювати почали з давніх пір. І з кожним роком роль і значення вимірювань підвищувалися.

У всіх народів використовувалися частини людського тіла як міри довжини, про що свідчать вже самі назви: фут - ступня, дюйм - палець.

Як початкові міри довжини спрадавна застосовували також ширину зерна (особливо ячмінного), товщину волосини верблюда або мула. У арабів в VIII- IХ ст. ячмінне зерно прирівнювалося 6 верблюжим волосинам. Актом англійського короля Едуарда I дюйм визначався як “три сухі круглі ячмінні зерна”. Вагу зерна - ячменю або пшениці (іноді плодів дерев) використовували як початкова міра ваги, про що свідчить, наприклад, найменування міри “гран” - зерно.

Русь епохи Київського Великого князівства належала до числа передових країн свого часу. Практика ремесел, торгівлі, будівництва в стародавній Русі привела до створення системи заходів, яка задовольняла потреби того часу і виявилася достатньо стійкої впродовж ряду сторіч.

Система староруських мір довжини включала декілька основних заходів. Такі як верста, сажень, лікоть і п'ядь. Міри площі: квадратних метрів не було, були “будинок”, “рало”, “соха”, “обжа”. Міри об'єму: 1 кадь=2 половникам=4 четвертям=8 осьмим. Міри ваги: берковець, пуд, гривна, гривня, золотник, нирка, пиріг.

Для підтримки єдності фактичних значень встановлених заходів в Київській Русі служили зразкові заходи, які знаходилися звичайно у розпорядженні князів і представлялися ними для одноразового користування в торгівлі або будівництві.

З появою зразкових заходів з'явилася необхідність їх дбайливого зберігання. У стародавніх народів еталони лінійних заходів і ваги береглися дуже дбайливо в храмах і освячувалися релігією. Єгиптяни мали в колегії своїх жерців посадовців, на обов'язку яких лежало знати всі заходи вимірювання і берегти їх первинні зразки. У римлян еталон законних заходів виміру був поміщений в храмі Юпітера.

Стародавня Русь не становила винятку з цього правила. Церковні храми були свого роду суспільними центрами, тому там і береглися суспільні зразкові заходи вимірювань.

Перші відомості про наявність нагляду за заходами і терезами, що дійшли до нас, відносяться до кінця Х ст. В церковному статуті князя Володимира мовиться: “…еже искони установлено ест и поручено ест епископам городской, торговый весы и всякие мерила, от Бога искони тако установлено ест епископу блюсти без пакости, ни умножити, ни умалити, за все то дати ему ответ в день великого суда, яко и о душах человеческих”.

На духівництво був покладений нагляд за заходами і терезами. Безпосередній нагляд за заходами і терезами, а також за правильним виконанням вимірювань в крупній торгівлі лежало на нижчих чинах церковного кліра і на виборних представників купецтва. Для додання заходам законності на них виставлялися імена князів або назва міста.

З метою запобігання неправильним вимірюванням і різним обманам, зв'язаним з використанням заходів і терезів, були встановлені строгі покарання для безпосередніх винуватців псування засобів вимірювань, особливо зловмисною (“казнити близко смерти”, іноді також з конфіскацією майна).

У період монголо-татарского ярма духівництво і церковне майно було звільнено від всяких податків і від контролю з боку татарів, і в храмах можна було спокійно берегти як документи, так і матеріальні цінності.

Таким чином, монастирі і церкви з'явилися не тільки першими хранителями державних заходів і терезів, але і представниками нагляду за правильністю торгових операцій і вірністю заходів і терезів.

Зразкові заходи, санкціоновані державною владою, часто передавалися князям в постійне або тимчасове користування при виконанні певних торгових операцій або будівельних робіт.

Питання нагляду за відсутністю зловживань відображалися в міжнародних договорах того часу. Ці договори містили правила, яких повинні було дотримуватися вагарі. Вагарі повинні були цілувати хрест, іноді і повторно, в тому, що вони зважуватимуть товари правильно, без обману на користь тієї або іншої сторони; при зважуванні вагарі зобов'язані, поклавши товар і гирі на терези, відняти руки і відступити від терезів.

У XV столітті у зв'язку з утворенням Московської держави значно збільшився оборот за рахунок торгівлі приєднаних міст. Великий прибуток від митних зборів і різного роду торгових зборів і податків викликав необхідність зосередження всіх справ по заходах і терезах в органах державної влади. У зв'язку з цим нагляд за правильністю заходів і терезів від церков і духівництва поступово переходить до цивільної влади - до наказів, і, головним чином, до наказу великого приходу або великої скарбниці, і робляться перші спроби встановити одноманітність заходів і терезів на території всієї держави.

Таблиия 1. Давньоруські міри довжини

У Московській державі з 1550 року запроваджені "печатні мідні міри" (осьмини) для сипучих речовин, а з 1558 року, за часів Івана Грозного, були введені "государеві" (казенні) ваги. У законодавстві Петра І також згадуються укази про запровадження єдиних мір і ваг, виконання цих указів покладалося на воєвод. Одиницями виміру часу на Русі були рік, місяць, тиждень, доба, година. Причому відлік нового року починався і з березня, і з вересня. Указом Петра І введено початок нового року з першого січня. Заснування у 1725 році Російської Академії сприяло розвитку наукової думки, вдосконаленню мір та упорядкуванню їх точності. Розширювалися межі впровадження одноманітних російських мір. У 1736 році за рішенням сенату була створена Комісія мір і ваг, яку очолив головний директор монетного двору граф М.Г. Головін. Для організації повірочної роботи було утворено спеціальний комітет, який у 1747 році розробив еталонний російський фунт (400 г) і визначив за норму довжини аршин (0,7112 м). Фунт і аршин у нашій державі використовувалися до впровадження метричної системи.

Указом від 1835 року "Про систему російських мір і ваги" було закладено основу російської системи вимірювання, а в Санкт-Петербурзькій фортеці в одному з особливих приміщень зберігалося нове зібрання еталонних мір довжини, місткості рідких і крихких тіл та вагових одиниць. За цими еталонами було виготовлено і розіслано в губернії Росії вивірені копії аршина, відра, четверика, фунта. Практичним застосуванням російських мір і ваги займалося засноване у 1842 р. Депо еталонних мір та ваги. Організація Депо і встановлення правил повірки робочих мір стали тією основою, яка забезпечувала єдність вимірювання у Росії і одноманітність мір. Першим хранителем Депо еталонних мір і ваги був призначений академік А.Я. Купфер, відомий учений і метролог, який очолював Депо з 1842 до 1865 p.

5. Метрологічна система мір

Зміцнення культурних і економічних зв'язків вимагало подальшого упорядкування системи мір з розробленням єдиної прийнятної для держав міжнародної одноманітної системи мір і ваги.

В кінці XVIII ст. у Франції національні збори ухвалили декрет про реформу системи мір і доручили Паризькій академії наук провести підготовчу роботу. Комісія під керівництвом Лагранжа запропонувала десятичну систему з кратними і дольовими частинами, а комісія під керівництвом Лапласа запропонувала одиницю довжини 1/40 000 000 частину довжини паризького меридіана. Цю одиницю назвали метр. За одиницю маси було запропоновано масу 1 кубічного дециметра чистої води при температурі 4°С, яку назвали кілограмом. Таким чином, перша метрична система мір, у якій одиниці довжини, площі, об'єму і маси були чітко пов'язані між собою, була законодавчо прийнята 7 квітня 1795 року Національними зборами Франції.

22 червня 1799 року роботи над метричною системою були завершені, виготовлені із платини прототипи одиниці довжини у вигляді лінійки довжиною 1 метр, товщиною 4 мм і шириною 25 мм, а також одиниці маси -- 1 кілограм у вигляді платинового циліндра висотою і діаметром 39 мм. Платинові прототипи метра і кілограма згодом передали на збереження до Національного Архіву у Франції. У 1870 році за пропозицією Петербурзької академії наук було проведено міжнародну нараду щодо розробки прототипів мір. На ній було утворено комісію з прототипів метричних мір, яка у 1872 році прийняла рішення про виготовлення платино-іридієвих прототипів метричних мір: метра та кілограма. Відповідно до рішення комісії було виготовлено 31 прототип метра у вигляді штрихової міри на бруску довжиною 102 см і поперечним перерізом форми X. Із них прототип № 6 при 0°С був найточнішим прототипом метра Архіву, і в 1889 році на І Генеральній конференції з мір і ваги його прийняли за міжнародний еталон метра.

20 травня 1875 року 17 держав-учасниць підписали міжнародну Метричну конвенцію, що мала важливе значення для міжнародної уніфікації одиниць вимірювання в міжнародному масштабі.

Метрична конвенція -- це перше свідчення міжнародного наукового співробітництва вчених Європи, Азії й Америки.

У 1889 році російська делегація одержала на Першій генеральній конференції з мір та ваги по дві копії нових прототипів метра № 11 і № 28 та кілограма № 12 і № 26, виготовлених із платино-іридієвого сплаву. З 1865 по 1892 pp. керуючий Депо еталонних мір і ваги B.C. Глухов поповнив обладнання Депо удосконаленою вимірювальною апаратурою і розробив проекти відновлення російських еталонів мір довжини і ваги та запровадження метричної системи мір у Росії у факультативному порядку.

Для збереження одноманітності, точності і взаємовідповідності мір і ваги на базі Депо у 1893 році було створено Головну палату мір і ваги, президентом якої став Д.І. Менделєєв. При палаті було організовано ряд лабораторій, обладнаних першокласною вимірювальною технікою. Вона перетворилася на справжню метрологічну установу, яка забезпечувала єдність вимірювань у Росії. Д.І. Менделєєв як президент Головної палати здійснив низку організаційних та наукових робіт з метою забезпечення максимальної точності результатів вимірювань температури, маси тощо.

Розвиток метрології в колишньому СРСР починається з декрету від 14 вересня 1918 р. про введення метричної системи мір і ваги. Він сприяв подальшому розвитку науково-дослідних робіт щодо забезпечення єдності вимірювань і розвитку приладобудування.

6. Історично важливі етапи в розвитку метрології:

· 1799 рік -- встановлення еталона метра (еталон бережеться у Франції, в Музеї Заходів і Терезів);

· 1832 рік -- створення Карлом Гауссом абсолютних систем одиниць;

· 1875 рік -- підписання міжнародної Метричної конвенції;

· 1960 рік -- розробка і встановлення Міжнародної системи одиниць (СІ);

· 20 травня світова громадськість наголошує на Всесвітньому Дні метрології, рішення про святкування якого в міжнародному масштабі було ухвалено в 1999 році XXI Генеральною конференцією по заходах і терезах. Саме 20 травня 1875 року представниками 17 держав, в числі яких була і Росія, на міжнародній дипломатичній конференції була підписана Метрична конвенція.

· У даний час до Конвенції приєдналися більше 70 держав. На основі Міжнародної метричної конвенції встановлено Міжнародне бюро заходів і терезів, організований Міжнародний комітет заходів і терезів, скликаються генеральні конференції по заходах і терезах.

Висновок.

Вживання метричної системи заходів зіграло видатну роль не тільки в становленні єдності вимірювань між країнами, але і сприяло становленню і розвитку національних метрологічних інститутів і метрології в цілому як науки про вимірювання. Відповідно до Конвенції було створено Міжнародне Бюро Заходів і Терезів (МБМВ) і розроблені основи всесвітньої співпраці в області науки про вимірювання. Також були визначені основи її практичного вживання в промисловості, торгівлі і в цілому інтересах суспільства. Первинна мета Метричної Конвенції - забезпечення єдності вимірювань у всьому світі - залишається значущою і сьогодні, в 2006 році, як це було і в 1875 році.

У Посланні до Всесвітнього Дня метрології директора Міжнародного Бюро Заходів і Терезів Ендрю Уолларда мовиться:

“Метрологи покликані служити суспільству через вдосконалення і гармонізацію вимірювань, що проводяться у всьому світі. Це покликання підкреслюється сьогоднішнім гаслом: “Мир метрології на службі у всього світу”, а ми продовжуємо приносити широкомасштабну користь у всіх сферах життя суспільства”.

Русь епохи Київського Великого князівства належала до передових країн свого часу. Б.Д. Греков помічає "В XI столітті Русь не була відсталою країною. Вона йшла попереду багатьох європейських країн, що випередили її тільки пізніше, коли Русь опинилася в особливо важких умовах, прийнявши на себе удар монгольських полчищ і загородивши собою Західну Європу".

Практика ремесел, торгівлі, будівництва в стародавній Русі привела до створення систем заходів, яка задовольняла потреби того часу і виявилася достатньо стійкою впродовж ряду сторіч.

Список літератури:

1. Н.Т. Беляєва. Про стародавні і нинішні російські заходи протягу і ваги.-Прага, 1927 р.

2. Иванов А.Н. История метрологии. Выступление на торжественном собрании, посвященном Всемирному дню метрологии. - 22.05.2006.

3. Каменцева Е. И. Историческая метрология. - М., 1978.

4. Міри // Енциклопедія Українознавства. - Львів, //Молоде життя, 1994- Т.4.

5. Черепнин Л. Русская метрология. - М.,// Наука, 1994.