История развития метрологии

 

Министерство  образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное  бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального  образования

«Ивановский государственный  энергетический университет им. В. И. Ленина»

 

 

 

 

 

 «История  развития метрологии.»

 

Дисциплина: Метрология, стандартизация и сертификация.

 

 

 

 

 

Выполнила:

студентка группы 3-43

Афонина А.

Проверил:

доцент кафедры  систем управления

Давыдов В.В.

 

 

 

 

 

 

Иваново 2012.

Оглавление.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение.

 
Метроло́гия (от греч. μέτρον — мера, измерительный инструмент) — наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности. Предметом метрологии является извлечение количественной информации о свойствах объектов с заданной точностью и достоверностью. Средством метрологии является совокупность измерений и метрологических стандартов, обеспечивающих требуемую точность. 
Ещё в древнем Египте при строительстве пользовались кирпичами постоянного, «стандартного» размера; при этом специальные чиновники занимались контролем размеров кирпичей. Замечательные памятники греческой архитектуры - знаменитые храмы, их колонны, портики собраны из сравнительно небольшого числа «стандартных» деталей. Древние римляне применяли принципы стандартизации при строительстве водопроводов - трубы этих водопроводов были постоянного размера. 
В средние века с развитием ремесел методы стандартизации стали применяться все чаще и чаще. Так, были установлены единые размеры ширины тканей, единое количество нитей в ее основе, даже единые требования к сырью, используемому в ткацком производстве. 
В 1785 году французский инженер Леблан изготовил партию ружейных замков - 50 штук, каждый из которых обладал важным качеством - взаимозаменяемостью, и его можно было использовать в любом из ружей без предварительной подгонки.

 

 

 

 

 

 

 

История развития метрологии за рубежом. 

Во второй половине XIX века работы по стандартизации проводились почти на всех промышленных предприятиях. Благодаря внутризаводской стандартизации изготовляемых изделий стала возможной рационализация процессов производства; основная цель, которую при этом преследовали предприниматели, - получение более высоких прибылей. Стандартизация развивалась, прежде всего, внутри отдельных фирм, отдельных предприятий. Однако в дальнейшем, по мере развития общественного разделения труда, все большее значение начинала приобретать стандартизация национальная и даже международная. В 1891 году в Англии, а затем и в других странах была введена стандартная резьба Витворта (с дюймовыми размерами), впоследствии замененная в большинстве стран резьбой метрической. В 1846 году в Германии были унифицированы ширина железнодорожной колеи и сцепные устройства для вагонов; в 1869 году там же был впервые издан справочник, содержащий размеры стандартных профилей катаного железа. В 1870 году в ряде стран Европы были установлены стандартные размеры кирпичей. Эти первые результаты национальной и международной стандартизации имели огромное практическое значение для развития производительных сил. Однако это были лишь первые шаги. В одной только Германии из-за наличия на её территории большого числа маленьких государств имелось, как отмечал Энгельс, столько типов мер и весов, сколько дней в году. 
Единицы измерения устанавливались случайно: например, «локоть» соответствовал длине скипетра Генриха I; широко распространенная во многих странах единица длины «фут» соответствовала длине ступни Карла Великого. Поиски более обоснованных единиц измерения начались давно. Так, уже в 1790 году во Франции была создана единица длины «метр», равная десятимиллионной части четверти длины земного меридиана. Однако прошло 85 лет, прежде чем первые 17 государств, принявшие участие в Международной метрической конвенции в 1875 году в Париже, согласились принять в качестве единицы измерения длины метр. Метрическая конвенция и создание Международного бюро мер и весов явились важными вехами на пути научно-технического прогресса. 
На исходе XIX века и в начале XX века были достигнуты большие успехи в развитии техники, промышленности и концентрации производства. В связи с этим в наиболее развитых странах появилось стремление к организованной национальной стандартизации, в большинстве случаев завершившееся созданием национальных организаций по стандартизации. Так, в 1901 году в Англии был создан Комитет стандартов, главной задачей которого было содействие усилению экономического могущества Британской империи путем разработки и внедрения стандартов на сырье, промышленные изделия, военную технику. 
Усиленная милитаризация многих стран в начале XX столетия требовала производства большого количества вооружений при обязательном соблюдении принципа взаимозаменяемости; эту задачу можно было решить только с помощью стандартизации. Поэтому не удивительно, что во время первой мировой войны и сразу после нее было основано несколько национальных организаций по стандартизации, например в Голландии (1916 г.), в Германии (1917 г.), во Франции, Швейцарии и США (1918 г.). 
После первой мировой войны стандартизация стала все больше восприниматься как объективная экономическая необходимость. В это время организации по стандартизации были созданы в Бельгии и Канаде (1919 г.), Австрии (1920 г.), Италии, Японии и Венгрии (1921 г.), Австралии, Швеции, Чехословакии (1922 г.), Норвегии (1923 г.), Финляндии и Польше (1924 г.), Дании (1926 г.) и в Румынии (1928 г.). 
С развитием монополистического капитализма стандартизация начала развиваться также и в международном масштабе. Постоянное расширение международного товарообмена и необходимость более тесного сотрудничества в области науки и техники привели к основанию Международной ассоциации по стандартизации (ИСА).  
В 1939 году работа ИСА была прервана второй мировой войной. 
В 1943 году в рамках Организации Объединенных Наций был создан Координационный комитет по вопросам стандартизации с бюро в Лондоне и Нью-Йорке. 
В 1946 году в Лондоне была основана Международная организация по стандартизации (ИСО), в состав которой вошли 33 страны.  
В настоящее время ИСО является одной из самых крупных международных технических организаций (её члены - 91 страна). 
Помимо ИСО работы по стандартизации широко ведутся и во многих других международных и региональных организациях по стандартизации. Например, в рамках Европейского объединения угля и стали была создана в 1953 году Координационная комиссия по стали, которая уполномочена разрабатывать так называемые европейские стандарты для шести стран (ФРГ, Франции. Бельгии, Голландии, Италии, Люксембурга), являющихся членами этого объединения. На совещании в Париже в марте 1961 г. из представителей национальных организаций по стандартизации стран, принадлежащих к Европейскому экономическому сообществу, Европейскому обществу свободной торговли, а также к Комиссии по общему рынку, был создан Комитет европейской координации стандартов. В задачу Комитета входит разработка общих стандартов для стран, входящих в Европейское экономическое сообщество и в Европейское общество свободной торговли. В составе этого Комитета имеется много рабочих групп, главным образом по таким отраслям промышленности,    как    металлургия,    строительство,   текстильная промышленность, судостроение, нефтяная промышленность и др. 

 

 

 

 

История развития метрологии в России.

 
«Многие меры имели антропометрическое происхождение или были связаны с конкретной трудовой деятельностью человека. Так, в Киевской Руси применялись в обиходе:                                              
        •  вершок – "верх перста" – длина фаланги указательного пальца;  
        • пядь – от "пять", "пятерня" – расстояние между концами вытянутых      

         большого и указательного пальцев             
        •локоть – расстояние от локтя до конца среднего пальца;  
        •сажень – от "сягать", "достигать", т.е. можно достать;  
        • косая сажень – предел того, что можно достать – расстояние от подошвы    

           левой ноги до конца среднего пальца вытянутой вверх правой руки;  
         • верста – от "верти", "поворачивай" плуг обратно, длина борозды.» ¹ 
Ни в древнем мире, ни в средние века не существовало метрологической службы, но имеются сведения о применении образцовых мер и хранении их в церквях и монастырях, а также о ежегодных поверках средств измерений. Так, "золотой пояс" великого князя Святослава Ярославича (1070-е гг.) служил образцовой мерой длины, ав "Уставе новгородского князя Всеволода о церковных судах, людях и мерилах торговых" (примерно ХIII в.) записано, что меры надлежит "на всякий год взвешивати".  

Зарождение метрологии в России.                                                                                                                     

Первые сведения о стандартизации в России относятся  к 1555 году; при Иване Грозном специальным  указом были установлены постоянные размеры пушечных ядер и введены калибры для проверки этих размеров. В ней регламентированы правила хранения и передачи размера новой меры объема сыпучих тел – осьмины. Ее медные экземпляры рассылались по городам на хранение выборным людям – старостам, целовальникам. С этих мер надлежало сделать клейменые деревянные копии для городских померщиков, ас тех, в свою очередь, – деревянные копии для использования в обиходе. Образцовые меры, с которых снимались первые копии, хранились централизованно в приказах Московского государства. Таким образом, можно говорить о начале создания при Иване Грозном государственной системы обеспечения единства измерений и государственной метрологической службы. 
Статьи Соборного уложения 1649 г., Таможенного устава 1653 г., Новоторгового устава 1667 г. и других документов установили соответствие различных "весов" фунту и размер сажени. Московские указы, касавшиеся введения единых мер в стране, отсылались на места вместе с образцами казенных мер. За злоумышленную порчу контрольных мер грозило наказание – вплоть до смертной казни. Работу по надзору за мерами и их поверку проводили два столичных учреждения: Померная изба и Большая таможня. Они же разрешали конфликты, возникавшие при торговых операциях. В провинции надзор был поручен персоналу воеводских и земских изб, а также старостам, целовальникам и другим "верным людям". 

 

Метрология в период правления Петра 

 
Метрологической реформой Петра I к обращению в России были допущены английские меры, получившие особенно широкое распространение на флоте и в кораблестроении – футы, дюймы.  
Для облегчения вычислений были изданы таблицы мер и соотношений между русскими и иностранными мерами. Начинают выделяться некоторые метрологические центры.  
Коммерц-коллегия занялась вопросами единства мер и метрологического обслуживания в области торговли.  
Адмиралтейств-коллегия заботилась о правильном применении угломерных приборов, компасов и соответствующих мер.  
Берг-коллегия опекала измерительное хозяйство горных заводов, рудников и монетных дворов.  
Основанная в 1725 г. Петербургская академия наук занялась воспроизведением угловых единиц, единиц времени и температуры. Она имела в своем распоряжении образцовые меры и копии эталонов туаза и фунта. Назревала необходимость создания в стране единого руководящего метрологического центра. «В 1736 г. по решению Сената была образована Комиссия весов и мер под председательством главного директора Монетного двора графа М. Г. Головкина. В состав комиссии входил Л. Эйлер.² В качестве исходных мер длины комиссия изготовила медный аршин и деревянную сажень, за меру жидких тел приняла ведро московского Каменномостского питейного двора.»³ Важнейшим шагом, подытожившим работу комиссии, было создание русского эталонного фунта. Работы начались в 1736 г. и завершились в 1747 г. изготовлением бронзовой золоченой гири, узаконенной в качестве первичного образца (государственного эталона) русских мер веса. Этот фунт почти 100 лет оставался единственным эталоном в стране.

 
Развитие отечественной  метрологии в XIX-XX вв.

 
Указом "О системе Российских мер и весов" (1835 г.) были утверждены эталоны длины и массы – платиновая сажень, равная семи английским футам, и платиновый фунт, практически совпадавший по весу с бронзовым золоченым фунтом 1747 г.  
В 1842 г. на территории Петропавловской крепости в специально построенном "несгораемом" здании открывается первое централизованное метрологическое и поверочное учреждение России – Депо образцовых мер и весов, куда и помещаются на хранение созданные эталоны, их копии, а также образцы различных иностранных мер. В настоящее время эти образцы хранятся в музее Д.И. Менделеева в С.-Петербурге. В Депо не только хранились эталоны и их копии, но и изготавливались образцовые меры для местных органов, а также проводилась поверка и сличение образцовых мер с иностранными. Эта деятельность регламентировалась "Положением о мерах и весах" (1842 г.), которая заложила основы государственного подхода к обеспечению единства измерений.  
Как и многие другие науки, метрология в своем развитии не избежала описательного периода. Он завершился в нашей стране капитальным трудом Ф.И. Петрушевcкого "Общая метрология", вышедшим в 1849 г, и удостоенным императорской Академией наук Демидовской премии.  
«В 1892 г. управляющим Депо был назначен Д. И. Менделеев (1834–1907 гг.), который так много сделал для отечественной метрологии.

Менделеев-метролог

Метрология  как наука междисциплинарная, органично  сочетающая научные и технические  знания, была для Д.И. Менделеева предметом  постоянного и пристального внимания. Его плодотворная деятельность в этой сфере – яркий пример того, как может и должна настоящая наука соединяться с практикой жизни в служении своей стране.

Менделеев приобрёл известность в кругах специалистов-метрологов задолго до назначения в Депо образцовых мер и весов. Уже в конце 60-х гг. XIX века российские и иностранные учёные были знакомы с разработанными Д.И. Менделеевым методами и приёмами измерений, которые он использовал при проведении исследований растворов, газов, изучении влияния на свойства различных сред температуры. В 1868 г. Менделеев участвовал в работе I съезда русских естествоиспытателей, где выступил с профессиональным, аргументированным сообщением о пользе введения в России десятичной системы мер.

С самых первых своих шагов на научном поприще Менделеев, как и Ломоносов, придерживался мнения, что наука не может быть только описательной, она должна основываться на “мере и числе”.

В перечне печатных трудов учёного более 50 научных работ, докладных записок и писем, посвящённых методам и методологии различных видов измерений, организационным и техническим проблемам метрологии.

Во многих его  работах, в том числе не имеющих  прямого отношения к проблеме точных измерений, встречаются выводы и обобщения на эту тему, порой  облечённые в форму блестящих афоризмов: “Наука начинается с тех пор, как начинают измерять. Точная наука немыслима без меры”, “В природе мера и вес суть главные орудия познания”, “В мере и числе ум находит твёрдую опору для проверки своих построений и попыток постижения сущности дела” и т.д.

Менделеев столкнулся с проблемой точности, будучи ещё  студентом. Первые исследовательские  работы потребовали от него не только вдумчивости и трудолюбия, но и  немалых усилий по проведению тщательных измерений. Поэтому молодой учёный взял за правило: приступая к решению любой научной проблемы, в первую очередь решать вопросы метрологического обеспечения. Он приобретал самые совершенные приборы, разрабатывал новые методики измерений, использовал наиболее надёжные математические методы оценки результатов, обращался к самым искусным мастерам того времени с просьбой изготовить нужные ему детали измерительной аппаратуры, а то и просто за советом, как измерить точнее.

Часто Дмитрий  Иванович сам проектировал и мастерил измерительные приборы оригинальной конструкции, содержащие элементы новизны. Например, он изготовил два эталона метра, не требовавшие дополнительных вычислений для учёта изменений их размеров при разных температурах. Исследуя явление капиллярности, Менделеев не только выполнил множество тонких измерений и многократных расчётов погрешностей, но и разработал принципиально новый прибор для определения плотности жидкостей, впоследствии названный его именем –пикнометр Менделеева.

Он тщательно  исследует приобретаемые для  экспериментов измерительные приборы. Разновес, изготовленный французским механиком Саллероном, сличает с парижскими образцовыми гирями, дважды сам выполняет его калибровку для того, чтобы быть уверенным “… что от гирь не происходит какой-либо значительной ошибки” [4].

Исследования  свойств сильно разреженных газов, проведённые Менделеевым в 1872–1875 гг., являются настоящей сокровищницей  метрологических идей и образцом их практического воплощения. Специально для этих работ учёный создаёт  ряд оригинальных измерительных приборов: термостатированные трубчатые меры длины; сифонный и дифференциальный барометры, газовый термометр, сложный ртутный манометр для высоких давлений и др. Это дало возможность, по словам самого Менделеева, “…с точностью легко отсчитывать малые величины, какие весьма часто составляют важнейшие данные наблюдений”.

Особое внимание Менделеев уделял точности взвешиваний, т.к. относил этот вид измерений  к наиболее результативным при проведении научных исследований, а весы даже называл “прототипом всех точных приборов”. Более того, он считал, что меры веса и длины являются основой всей метрологической системы. Все же прочие, включая меры ёмкости сыпучих тел и жидкостей, времени, электрические и магнитные меры, представлялись учёному лишь производными, так или иначе связанными с основными. Было это провидением или заблуждением, сказать трудно. Но идея создания системы единиц на единой, общей основе и до сих пор занимает учёных, не находя пока решения. А достижения Д.И. Менделеева в области точных взвешиваний дают полное право считать его, как и Эйлера, основателем данного вида измерений.

Но заслуга Менделеева-метролога  не только в разработке новых методов  измерений и создании новых измерительных  приборов. Он создал свой стиль метролога, заключавшийся в предварительном глубоком осмыслении предполагаемого опыта, исключительной тщательности его постановки, детальном изучении всех причин и источников погрешностей, безукоризненной обработке получаемых результатов, доведении этих результатов до практических дел. В этом духе Менделеев воспитал плеяду русских метрологов и создал русскую метрологическую школу, высокий уровень которой стал залогом успеха при создании государственной службы мер и весов России.

Менделеев – реформатор

Богатый практический опыт проведения измерений очень пригодился Менделееву в Главной палате мер и весов России. Благодаря его деятельности на посту руководителя Палаты, метрология, до этого бывшая в основном наукой описательной, главной задачей которой было создание и хранение эталонов, не только существенно расширила рамки теоретических и экспериментальных исследований, но и стала сочетать в себе организационные, технические и законодательные функции.