Розвиток та роль метрології
Метрологія (від грецьк. «метро» - маара, «логос» - вчення) – вчення про виміри, методи та засоби забезпечення їх єдності до необхідної точності. Сучасна метрологія проникає в усі науки та дисципліни, що мають справу з вимірами, і є для них єдиною наукою.
Вимірювання є одним із найдавніших областей людської діяльності. Потреба у вимірах виникла в незапам'ятні часи, вже в первісної людини, коли треба було кроїти шкури для одягу, будувати хатини, виготовляти знаряддя полювання та праці. Широке поширення виміру набули з розвитком торгівлі, ремісництва та будівництва.
Колись у різних країнах і навіть у одній країні були різні одиниці та заходи однієї величини. Людей задовольняли такі непостійні і не відтворювані з достатньою точністю, наприклад, одиниці довжини та заходи, як п'ядь мала (відстань між розставленими великим та вказівним пальцями руки), лікоть (відстань від ліктьового згину руки до кінця стисненого кулака) тощо. Тобто, як кажуть, «усяк міряв на свій аршин» (відстань від плеча до кінчика середнього пальця руки). Були такі одиниці довжини, як дюйм (довжина трьох прикладених друг до друга ячмінних зерен) та інших. Ці одиниці величин служили одночасно і заходами, тобто. різновидом засобів вимірів. Таким чином, єдності вимірів та одноманітності заходів не було, не було єдиних зразків, еталонів. Згодом у різних країнах було встановлено єдині стандартні одиниці величин, та був і єдині міжнародні одиниці величин.
Так, в Україні, вже в 996 році, князь Володимир наказав дотримуватися встановлених єдиних одиниць довжини і ваги по всій державі. В 1550 царем Іваном Грозним були встановлені єдині мідні заходи довжини з державним тавром, копії яких були розіслані поповітів.
Однак такі одиниці величин, що не задовольняли основну наукову вимогу до одиниці виміру, яка полягає в тому, що одиниця виміру величені повинна бути функцією стійкого фізичного явища, яке може бути багаторазово відтворено за допомогою наявних технічних засобів з достатньою точністю. Тому в 1795 році у Франції за основну одиницю довжини, а потім і за основну вихідну одиницю метричної системи одиниць було прийнято 1м, що відповідав 1/40 мільйонної частини довжини дуги Паризького меридіана Землі. Тоді ця величина вважалася стійким фізичним явищем, що відповідає сучасним даним. У 1875 році 1 метр був прийнятий як міжнародна одиниця довжини в метричній системі одиниць. Міжнародним еталоном метра служили спочатку платинова кінцева міра, потім платиново-іридієвий брусХ -подібного перерізу зі штрихами, нанесеними на відстані 1 м між ними. Ці заходи зберігалися в Парижі, а потім для інших країн було виготовлено 34 копії, зокрема й для України. Ці копії використовувалися в Укаїни як національних стандартів одиниці довжини до 1960 року (вони і тепер зберігаються у ВНИИМ ім. Д.І. Менделєєва у Петербурзі, але застосовуються як робочі зразки). З 1983 року метр виражають довжиною шляху, що проходить світлом у вакуумі за 1/299792458 частку секунди, тобто. через швидкість світла, яка прийнята за фундаментальну фізичну константу.
У наш час точність вимірів частоти значно перевищує точність вимірів будь-якої іншої фізичної величини. Тому будь-які фізичні величини, які можливо, прагнуть перетворити на частоту і особливо точні виміри зводити до виміру частоти. Для цього використовують довжину хвилі ультрастабілізованого лазера, забезпечуючи зв'язок одиницьдовжини, часу та частоти.
Засоби вимірювань дозволяють виявляти та оцінювати те, що недоступне нашим органам почуттів. Наприклад, око людини може побачити 0,001 мм, а засіб виміру дозволяє побачити, т.к. показує цю величину з більшим збільшенням. Сучасні засоби вимірювань дозволяють вимірювати, наприклад, лінійні розміри в кілька тисяч разів менші за товщину людського волосся, яка становить 30-60 мкм. Сучасні засоби дозволяють вимірювати, наприклад, довжину з точністю до 10 -14 м, тобто до сотої пікометра і точніше.
У сучасних умовах розширюється застосування засобів вимірювань у процесі виготовлення продукції, зокрема автоматичне управління точністю виготовлення продукції, тобто. виготовлення та вимірювання ведуть одночасно.
У наш час вимірювання з точністю до часток мікрометра все частіше виконують за допомогою електроніки, оптоелектроніки та лазерної техніки. Велика увага приділяється захисту вимірювань від впливу та компенсації умов довкілля. Для збільшення роздільної здатності очей застосовують фотоелектричні мікроскопи, за допомогою яких можна проводити вимірювання в нанометрах. Електронні вузли виконують на транзисторах, друкованих та інтегральних схемах, що збільшує термін їхньої служби та полегшує обслуговування, заміну. Використання волоконної оптики дозволяє покращити освітленість вимірювального простору, насамперед у важкодоступних місцях, без температурного впливу. Існують прилади для голографічного контролю тривимірних об'єктів. Всі чаші застосовують швидкодіючі, у тому числі автоматичні засоби, що дозволяють одночасно вимірювати кілька параметрів об'єктів без вивіряння їх положення, що дозволяють виключити необхідність відліку результатів вимірювань за шкалами за рахуноквикористання цифрової електронної індикації, що дозволяють виключити розрахунки за рахунок включення у вимірювальний ланцюг комп'ютера та вести автоматичний запис результатів за допомогою самопишучих та друкуючих пристроїв.
Роль метрології неможливо переоцінити, т.к. Виміри є однією з найважливіших умов пізнання людиною природи, явищ і властивостей навколишнього світу. Вимірювання дозволяють отримати найбільш об'єктивну кількісну інформацію у будь-яких сферах людської діяльності. Без вимірів неможливий прогрес людства.
Найбільший вчений Д.І. Менделєєв говорив: "Наука починається з того місця, звідки починають вимірювати". Без вимірів неможливий розвиток техніки та виробництва. Без вимірювань неможливо визначити дійсні значення параметрів продукції, не можна досягти заданого рівня якості продукції, у тому числі її взаємозамінності (виконання норм точності параметрів).
В наш час велике значення має точність вимірювань, у тому числі при виготовленні високоточного технологічного обладнання та інструментів, особливо при виготовленні засобів вимірювання.
При виготовленні виробів великі витрати припадає на виконання різних вимірювань. У таких галузях промисловості, як електронна, радіотехнічна, авіа- та приладобудування, прецизійне верстатобудування ці витрати іноді сягають 50 – 60 % від загальних витрат.
Неправильний вибір методу, способу, схеми, методики та засоби вимірювання (СІ), недотримання норм, правил, вимог, методик вимірювань призводить до прихованого шлюбу, до невиправданих витрат, іноді навіть до втрати здоров'я та загибелі людей.
Для технічного прогресу, для досягнення високого рівня якості продукції необхідновипереджальний розвиток СІ.
1 - Федеральнеагентство з технічного регулювання та метрології входить до системи федеральних органів виконавчої влади України і перебуває у віданні Міністерства промисловості та торгівлі РФ.
Основні поняття про метрологію та метрологічне забезпечення
У сучасному науковому розумінніметрологія– вчення про виміри, методи та засоби забезпечення їх єдності та способи досягнення необхідної точності.
Метрологію включає три складові: законодавчу метрологію, теоретичну (наукову, фундаментальну) та практичну (прикладну).
Теоретична метрологіярозробляє основи метрології:
- веде дослідження можливостей використання фізичних явищ, законів, закономірностей, ефектів для встановлення нових та вдосконалення існуючих одиниць величин та створення засобів їх відтворення, зберігання та передачі;
- встановлює одиниці величин та їх системи;
- створює та вдосконалює системи відтворення, зберігання та передачі розмірів одиниць величин;
- встановлює номенклатуру, методи нормування, оцінки та контролю показників точності результатів вимірів, а також метрологічні показники СІ;
- розробляє принципи, методи, способи та прийоми обробки результатів вимірювань.
Законодавча метрологіявстановлює обов'язкові для виконання технічні та юридичні вимоги галузі метрології, які потребують регламентації та контролю з боку держави або держав (у тому числі щодо застосування одиниць фізичних величин, еталонів, методів та засобів вимірювань, спрямованих на забезпечення єдності вимірів).
Практична метрологія займається питаннями практичного застосування розробок теоретичної метрології та положень законодавчоїметрології у машинобудуванні. В даний час до технічних вимірювань, що розглядаються у взаємному зв'язку з точністю та взаємозамінністю, відносять вимірювання лінійних, кутових та радіусних величин. Результати вимірів виражають в узаконених одиницях величин.
Основні завдання метрології (ГОСТ 16263-70) – встановлення одиниць фізичних величин, державних еталонів та зразкових засобів вимірювань, контролю та випробувань, забезпечення єдності вимірювань та однаковість засобів вимірювань, розробка методів оцінки похибок стану засобів вимірювання, контролю та випробувань, а також передачі розмірів одиниць від еталонів чи зразкових засобів вимірів робочим засобам вимірів.
Метрологічне забезпечення- діяльність метрологічних служб, спрямована на досягнення та підтримку єдності вимірів.
Основні цілі метрологічного забезпечення:
- Випереджальний розвиток СІ стосовно об'єктів вимірювань;
- підвищення якості та ефективності НДР, ДКР, випробувань;
- підвищення якості продукції та ефективності виробництва;
- Підвищення достовірності та ефективності контролю якості продукції;
- підвищення ефективності управління якістю та виробництвом продукції;
- створення необхідних умов для спеціалізації та кооперування виробництва, у тому числі у міжнародному масштабі;
- підвищення автоматизації виробничих процесів та управління виробництвом.
Принципи метрологічного забезпечення (МО):
- Спадкоємність, тобто. акумулювання вітчизняного та зарубіжного досвіду;
- Системність, тобто. встановлення зв'язків метрологічного забезпечення із основними стадіями життєвого циклу виробу;
- Комплексність, тобто. функціональний взаємозв'язок усіхпідрозділів підприємства та його працівників;
- Стандартизація, тобто. використання стандартів як основні нормативно-технічні документи, що регламентують організаційно-методичні, техніко-діагностичні та юридичні принципи діяльності;
- Оптимізація, тобто. прийняття оптимальних рішень задля досягнення мети;
- динамічність, тобто. вдосконалення системи МО з урахуванням нових досягнень науки, техніки та технології, а також розвиток методів організації та управління виробництвом;
- автоматизація, тобто. передача на комп'ютер всіх трудомістких функцій МО, які можна алгоритмізувати.
Нормативно-правовою основою метрологічного забезпечення точності вимірів є Державна система забезпечення єдності вимірів (ДСМ)
Технічна база метрологічного забезпечення включає такі складові:
- система держеталонів одиниць величин, що забезпечує відтворення одиниць із найвищою точністю;
- система передачі розмірів одиниць величин від зразків іншим засобам вимірів за допомогою засобів перевірки (калібрування);
- система розробки, постановки на виробництво та випуску в обіг робочих засобів вимірювань, що забезпечують визначення з необхідною точністю показників продукції, технологічних процесів та інших об'єктів;
- система обов'язкових держвипробувань засобів вимірювань, призначених для масового та серійного виробництв та ввезення з-за кордону партіями, що забезпечує однаковість засобів вимірювань при їх розробці та випуску в обіг;
- система держповірки (калібрування) засобів вимірювань, що забезпечує однаковість коштів при їх виготовленні, експлуатації та ремонті;
- система стандартних зразків складу та властивостей речовин таматеріалів, що забезпечує відтворення одиниць величин, що характеризують склад та властивості речовин та матеріалів;
- система стандартних довідкових даних про фізичні константи та властивості речовин та матеріалів, що забезпечує достовірними даними наукові дослідження, розробку конструкцій та технологічних процесів, процесів отримання та використання матеріалів.