Основные этапы развития метрологии в россии кратко

Обновлено: 05.07.2024

Вложенные файлы: 1 файл

метрология.docx

Метрология (от греч. мЭфспн -- 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.

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 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.

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 метрология точность наука

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 I

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. В качестве исходных мер длины комиссия изготовила медный аршин и деревянную сажень, за меру жидких тел приняла ведро московского Каменномостского питейного двора. 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. В 1893 г. он преобразует Депо образцовых мер и весов в Главную палату мер и весов - одно из первых в мире научно-исследовательских учреждений метрологического профиля. Под руководством Д.И. Менделеева была проведена работа по созданию русской системы эталонов и их сличению с английскими и метрическими мерами, начала создаваться государственная метрологическая служба, реализована широкая программа научных исследований в области метрологии. Собственные научные работы Д.И. Менделеева по метрологии не утратили своего значения и по сей день. Его научное кредо - "Наука начинается. с тех пор, как начинают измерять; точная наука немыслима без меры" - и сейчас определяет роль и место метрологии в системе естественных наук. Основанные им научные направления, сформированный стиль научно-практической работы, на долгие годы определили пути развития отечественной метрологии, обеспечили ей передовые позиции и высокий авторитет на международной арене.

Но даже Д.И. Менделееву не удалось внедрить в России метрическую систему. С 1899 г. она применялась в стране факультативно, наряду со старой русской и британской (дюймовой) системами. Такое положение тормозило развитие промышленности, усложняло и затрудняло внешние экономические, технические и научные связи. Имеются сведения, что в г. Тамбове (центре Тамбовской губернии) первая палатка мер и весов была открыта в 1912 г.

Заметные изменения в метрологической деятельности произошли после 1917 г. Декрет "О введении Международной метрической системы мер и весов" был принят Советом Народных Комиссаров 14 сентября 1918 г.

В 1917-27 гг. был осуществлен комплекс мероприятий по созданию государственной метрологической службы. Введена обязательная всероссийская поверка мер и весов, утверждены новые положения о Главной палате мер и весов и о мерах и весах, установлены единые таксы сборов за поверку, введена уголовная ответственность за нарушения положения о мерах и весах и т.д.

Для выполнения декрета от 14 сентября 1918 г. в условиях гражданской войны и разрухи нужно было:

*разработать, изготовить и заменить несколько десятков миллионов гирь и линейных мер;

*обеспечить их клеймение и поверку, для чего требовалось создать сеть поверочных учреждений;

*создать исходные образцовые средства для оснащения этих учреждений;

*создать эталоны единиц метрической системы и средства для передачи информации о размерах этих единиц;

*переработать всю техническую документацию, реорганизовать все измерительное хозяйство на промышленных предприятиях, обеспечить производство измерительного инструмента;

*обеспечить пропаганду метрической системы и обучение населения ее использованию, издать десятки брошюр, книг, преодолеть инерцию мышления и старые привычки.

Одной из первых государственных задач, возложенных на Главную палату мер и весов, было практическое осуществление метрической реформы в стране. Эта грандиозная работа заняла девять лет.

В 1925 г. было принято постановление "О признании заключенной в Париже 20 мая 1875 г. Международной метрической конвенции для обеспечения международного единства и усовершенствования метрической системы, имеющей силу для СССР". Тем самым были возобновлены международные связи нашей страны в области метрологии.

К 1927 г. завершилась метрическая реформа в СССР. Палаты мер и весов были созданы во всех союзных республиках, государственной службой мер и весов охвачена вся страна.

В годы первых пятилеток правительством был осуществлен также ряд других крупных мер по дальнейшему совершенствованию метрологической службы и стандартизации. 23 ноября 1929 г. было принято постановление об уголовной ответственности за несоблюдение обязательных стандартов и "Положения о мерах и весах".

Война подтвердила высокий уровень метрологического обеспечения народного хозяйства СССР. Перебазирование многих промышленных предприятий на восток при одновременном изменении всей номенклатуры изделий, связанном с переводом промышленности на военные рельсы, не вызвало нарушений в системе обеспечения единства измерений и взаимозаменяемости.

Разработана и внедрена Государственная система стандартизации (ГСС). Организационные принципы построения и основные задачи метрологической службы страны в рамках ГСС регламентируются установленной Госстандартом СССР в 1973 г. структурой метрологической службы и основополагающим ГОСТ 1.25-76 "ГСС. Метрологическое обеспечение. Основные положения". Государственная метрологическая служба к этому времени состояла из почти полутора десятков институтов и около 250 территориальных органов, возглавляемых Госстандартом СССР с 15 республиканскими управлениями.

Повсеместное использование измерений и измерительной техники в промышленном производстве обусловило создание, наряду с государственной метрологической службой, органов ведомственного контроля за мерами и измерительными приборами. В 1970-80-е гг. в большинстве министерств и ведомств, в производственных объединениях и на крупных предприятиях были организованы ведомственные метрологические службы (отделы главного метролога) с широкими полномочиями в области обеспечения единства измерений.

Метрология в Российской Федерации

Образование в 1992 году независимых государств на территории бывшего Советского Союза потребовало поиска новых форм сотрудничества этих стран в области стандартизации, метрологии и сертификации. Правительства государств -- участников СНГ, признавая необходимость проведения в этой области согласованной технической политики, подписали 13 марта 1992 года Соглашение о проведении согласованной политики в области стандартизации, метрологии и сертификации. В соответствии с Соглашением был создан Межгосударственный совет по стандартизации, метрологии и сертификации, в задачу которого входила организация работ по стандартизации (а также метрологии и сертификации) на межгосударственном уровне. Подписание Соглашения, последующая разработка государственных стандартов РФ послужили началом формирования российской системы стандартизации.

Для периода 1992--2001 гг. характерны следующие направления развития российской системы стандартизации: развитие межгосударственной стандартизации в соответствии с Соглашением от 13.03.1992; активизация работ по гармонизации российских стандартов с международными в связи с необходимостью освоения международного рынка и подготовкой к вступлению в ВТО; первоочередная разработка государственных стандартов на продукцию и услуги, подлежащие обязательной сертификации; внедрение международных стандартов ИСО серии 9000 и создание отечественных систем качества, соответствующих этим стандартам.

Как российская метрология шла к современным стандартам

Мало кто из современных россиян сможет сказать точные параметры следующих мер:
• берковец (мера веса, равная 10 пудам);
• пуд;
• лот;
• золотник;
• доля.

Эти меры использовались до 17 века, и даже до конца 19 века. В 18 веке, в петровскую пору появились новые меры, которые также немногие современники могут дать точное определение сколько это:
• верста;
• сажень;
• аршин;
• локоть;
• пядь;
• вершок.

Менделеев – основоположник российской метрологии

В венчающем башню павильоне проводили наблюдения для установления точного времени. В 1895 году впервые в мире удалось добиться взвешивания до одной тысячной долей для измерения одного миллиграмма при расчетном весе в 1 кг. Благодаря Менделееву Россия подписала Метрическую конвенцию, которая была интегрирована только с 1918 года. Вообще, период с 1892 по 1917 год принято считать для метрологии России менделеевским.

Советский период

Современная метрология России

С 2010 года Метрологическая служба России является обособленным подразделением Росстандарта. С 2004 года и по настоящее время руководителем Росстандарта является Абрамов Алексей Владимирович. Ведомство управляет региональными представительствами через свои подразделения.

Метрология как наука и область практической деятельности возникла в древние времена. Основой системы мер в древнерусской практике послужили древнеегипетские единицы измерения, заимствованные в Древней Греции. На Руси основными единицами длины были пядь и локоть, причем пядь служила основной древнерусской мерой длины и означала расстояние между концами большого и указательного пальца взрослого человека. Позднее, когда появилась другая единица – аршин, пядь (1/4 аршина) постепенно вышла из употребления.

Указом Петра I русские меры длины были согласованы с английскими, и, это по существу – первая ступень гармонизации российской метрологии с европейской.

Метрическая система мер была введена во Франции в 1840 г.

Роль Менделеева в метрологии

В 1893 году в России под руководством Д.И. Менделеева была создана Главная палата мер и весов.

В годы Советской власти (1931 г.) в Ленинграде на базе Главной палаты мер и весов был создан Всесоюзный научно-исследовательских институт метрологии им. Д.И. Менделеева.

В 1960 году была принята Международная система единиц СИ и определена величина метра как длины, равной 1650763,73 длина волны излучения в вакууме (криптоновый эталон метра).

Возникновение новых измерений

С развитием науки и техники требовались новые измерения и новые единицы измерения, что, в свою очередь, стимулировало совершенствование фундаментальной и прикладной метрологии.

В 1988 г. на международном уровне были приняты новые константы в области измерений электрических единиц и величин, а в 1989 г. принята новая Международная практическая температурная шкала МТШ-90.

145 лет назад 17 стран, в числе которых была и Россия, подписали знаменитую Метрическую конвенцию. Так была создана Международная организация мер и весов, а позже 20 мая объявили Всемирным днем метрологии – науки об измерениях.

Современные технологии открывают новые возможности в метрологии. Одна из основных задач науки об измерениях в наши дни – это создание системы эталонов нового поколения, в частности с использованием эффектов квантовой физики.

От аршина к радиоизмерениям

В 1870 году метрологи разных стран впервые собрались вместе на международной комиссии в Париже. Кстати, одним из инициаторов ее организации выступила Петербургская академия наук. Именно на этой парижской встрече впервые прозвучали идеи о введении метрической системы, а также о создании новых эталонов мер.

Пять лет спустя, 20 мая 1875 года, 17 стран подписали Метрическую конвенцию. Эта организация послужила поводом создания Международной организации мер и весов – по сути, первой международной научно-исследовательской лаборатории.

Дмитрий Иванович Менделеев

В списке стран, официально присоединившихся к Метрической конвенции в 1875 году, была и Россия. Большой вклад в этом принадлежал Дмитрию Менделееву. Период с 1892 по 1918 год даже называют менделеевским этапом развития метрологии. Дмитрий Иванович возглавлял в Петербурге Главную палату мер и весов – сегодня это Всероссийский научно-исследовательский институт метрологии им. Д.И. Менделеева.

Несмотря на активную деятельность, Менделееву все же не удалось внедрить в России метрическую систему. Многие годы она использовалась по желанию наряду со старой русской и британской (дюймовой) системами. Только в 1918 году Международная метрическая система мер и весов была введена в России официально.

Институт метрологии имени Д.И. Менделеева

Метрическая система положила начало развитию отечественной метрологии, в том числе и в области радиоэлектронных измерений. Так, под руководством известного физика Михаила Бонч-Бруевича в 1918 году была создана Нижегородская лаборатория, которая стала первым НИИ в области радиоизмерений. Сегодня это Нижегородское научно-производственное объединение им. М.В. Фрунзе, входящее в КРЭТ . Здесь были созданы первые в стране приборы для измерения частот, первый отечественный генератор стандартных сигналов, а в 1935 году – первый ламповый вольтметр для измерения напряжения.

С точностью до кванта

К примеру, развитие нанотехнологий ставит перед измерительными системами новые вызовы – погрешности измерений должны быть сравнимы с межатомными расстояниями. Сегодня даже появилось такое понятие, как нанометрология, которая отвечает за разработку инструментов для измерения параметров объектов в нанодиапазоне.

В последние годы основным направлением в метрологии является использование квантовых физических эффектов. Именно квантовые методы, обеспечивающие высокую точность измерений, позволяют выполнять метрологическое сопровождение производства продукции с использованием нанотехнологий.

Цезиевые атомные часы с цезиевым фонтаном NPL-CsF3. Фото: National Institute of Standards and Technology

Квантовые методы находят свое применение в современной элементной базе, тем самым позволяют создавать измерительную аппаратуру с уникальными характеристиками. Кроме того, речь идет и о разработке высокоточных эталонов единиц физических величин. К примеру, единица времени (секунда) воспроизводится с помощью квантового эталона частоты. В этом смысле секунда – это интервал, в котором укладывается 9 192 631 770 периодов колебаний излучения, соответствующего квантовому переходу между уровнями сверхтонкой структуры атома.

Квантовый эталон напряжения

Методы квантовой метрологии основываются на квантовых эффектах, имеющих место на атомном и ядерном уровнях. Различают несколько видов квантовых эффектов. Например, в метрологии широко используется квантовый эффект Холла. Суть его состоит в том, что в специальных структурах при температуре жидкого гелия и в сильном магнитном поле электрическое сопротивление принимает строго фиксированное значение.

На использовании другого эффекта, названного именем английского физика Джозефсона, основаны современные эталоны единиц напряжения – вольта. В 1962 году 22-летний ученый Брайан Джозефсон догадался, что два сверхпроводящих слоя, разделенных прослойкой изолятора толщиной в несколько атомов, будут вести себя как единая система. Основываясь на принципах квантовой механики, он показал, что в этой системе электроны проходят через диэлектрик без сопротивления благодаря особому туннельному эффекту.

Микросхема джозефсоновского массива, разработанная Национальным институтом стандартов и технологий, как эталон напряжения – вольта

Открытие Джозефсона оказало существенное влияние на современную физику: позволило уточнить величину постоянной Планка – основной константы квантовой теории, а также способствовало созданию принципиально нового квантового стандарта напряжения. До сих пор не были открыты другие физические эффекты, которые могли бы составить конкуренцию эффекту Джозефсона по точности воспроизведения единицы напряжения.

Читайте также: