Краткая история развития метрологии

Метрология, как учение, зародилась в глубокой древности. В дословном переводе с древнегреческого «метро» – мера, «логос» – речь, слово, учение или наука. Таким образом, древние под метрологией понимали науку о мерах.

В настоящее время метрология – это наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности.

Потребность измерять возникла в человеческом обществе еще на заре цивилизации.

В самых древних памятниках человеческой культуры имеются указания об измерениях, производимых человеком.

Первыми измерениями были: определение времени, измерения площадей и расстояний, измерения объема и массы (веса), измерения углов различных геометрических фигур и тел.

Первоначально определяли «что больше» или «меньше» на глаз, на продолжительность ходьбы и т.д. При этом сравнивали величины предметов с размерами собственного тела (длина локтя, ступни, расстояние между большим пальцем и мизинцем и т.д.). Например, расстояние оценивали как путь, который можно пройти от зари до зари, объем – это горсть или охапка, а масса – это вес, который легко поднимал человек.

Таким образом, все единицы были произвольными и случайными. В дальнейшем они приобрели вид вещественный, например, в виде брусков длиной равной локтю или ступне.

Археологические раскопки показывают, что уже в 2400 г. до н.э. в таких странах, как Китай, Вавилония, Египет существовало практически современное деление суток на 24 часа, часа – на 60 минут, минуты – на 60 секунд. В дальнейшем Вавилонские меры (мера длины – локоть, мера массы – талант, мера времени – минуты) перешли в Грецию, Рим, а затем в Европу.

Вплоть до конца средних веков измерения ограничивались измерениями времени, геометрических размеров и массы. С 14 века начался бурный расцвет ремесел, наук, искусств, архитектуры. В результате появились приборы для измерения вновь открытых наукой и техникой величин (давление, температура, количество теплоты, силы и др.). В настоящее время нет области знаний, где бы измерения не играли огромную роль (наука, техника, промышленность, транспорт, строительное дело, здравоохранение, просвещение, искусство и др.).

Когда возникли русские меры – трудно сказать, достоверно лишь то, что документы Х века свидетельствуют не только о наличии мер, но и провозглашают принципы государственного надзора за их правильностью. В уставе Владимира Святославовича (в Х веке) говорится: «…еже искони установлено есть и поручено есть епископам градские и везде всякие мерила спуды и весы... блюсти без пакости, ни умножати, ни умалити…». Золотой пояс князя был эталоном длины, о нем древняя Грамота говорила: «Се мера и основание» (объем «талии» князя был равен 108 см…). В Великом Новгороде была своя палата мер и весов – церковь Ивана Предтечи на Опоках, в ее подвалах с 1134 г. хранились эталоны длины и массы: «склады вощеные, пуд медовый и гривенка рублевая и локоть еваньский (иваньской)».

Из упоминаемых в древнерусских летописях самыми распространенными мерами длины были локоть, сажень и верста.

Меры длины на Руси имеют свою историю и свое содержание: и сажени, и версты менялось со временем. Так в XI веке основная путевая мера – верста (или поприще) равнялась 750 саженям, что соответствовало 1140 метрам. Мера пути «выпряжай» равнялась расстоянию между пунктами, в которых перепрягали лошадей при перевозке казенной почты. Сажени на Руси были разными: сажень простая (152 см) – расстояние между размахом вытянутых рук человека от большого пальца одной руки до большого пальца другой; сажень косая (248 см) – расстояние между подошвой левой ноги и концом среднего пальца вытянутой вверх правой руки. Исследования архитектурных памятников Древней Руси и литературных источников показали, что были еще сажени – казенная (217,6 см), малая (142,4 см), греческая (230,4 см), церковная (186,4 см), царская (197,4 см) и еще несколько саженей, названия которых установить не удалось.

Мерами сыпучих тел были кадь (4 пуда) – равная 2 половинкам, равная, соответственно, 4 четвертям или 8 осьминам. Жидкости мерили бочкой, ведром или корчагой. В бочку входило 10 ведер, а в ведро – 10 литров. В качестве мер массы использовали берковец (4 пуда), пуд (16,4 кг), гривну (409,5 г), золотник (4,27г), правила взвешивания были исключительно строги. Недопускалось касаться руками гирь и товара на чашках весов. Практиковалась перемена местами гирь и товара на чашках весов.

Переход к ценролизованному государству сопровождался созданием единых общегосударственных мер, обязательных к употреблению по всей стране.

Как писал царский опричник Генрих Штаден о царствовании Ивана Грозного, что он (Иван Грозный) «достиг того, что по всей Русской земле, по всей его державе одна вера, один вес, одна мера» – то есть еще в XVI веке в России утвердилась единая система мер.

В 1649 г. Соборным уложением были утверждены следующие меры длины верста межевая (2,16 км), сажень (2,16 м), локоть (44,5 см), аршин (71,1 см), пядь (17,78 см), верста путевая (500 саженей = 1066,8 м). Мерой же массы в XII веке оставались: фунт – 0,410 кг, пуд – 16,4 кг, берковец – 4 пуда (65,6 кг).

В 1736 г. решением Сената образована комиссия весов и мер, которую возглавил директор Монетного двора граф М.Г.Головков. По поручению Комиссии были изготовлены медный аршин и деревянная сажень. В качестве меры жидких тел было принято ведро московского питейного двора. В 1747 г. впервые создан русский эталонный фунт, представляющий собой бронзовую золоченую гирю, которая в течение почти ста лет оставалась эталоном массы в России.

Для Европы еще в XVIII веке было характерно исключительно большое разнообразие мер. Если в России и Англии было достигнуто некоторое единство мер, то каждый немецкий город, каждая провинция Италии, каждый кантон Швейцарии имели свои особые меры. Особенный хаос царил во Франции. Развитие же торговли требовало упорядочения мер.

Поэтому в 1790 г. в Национальное Собрание Франции было внесено предложение о создании новой системы мер «основной на неизменном прототипе, взятом из природы с тем, чтобы ее могли принять все нации».

В 1791 г. Национальное Собрание узаконило единицу длины равную десятимиллионной части четверти земного меридиана, проходящего через Париж, и назвало ее метром. В 1799 г. был изготовлен образец или эталон метра в виде платинового стержня прямоугольного сечения.

За единицу массы была принята масса 1 кубического дециметра чистой воды при температуре наибольшей ее плотности (+4ºС) и названо килограммом. Эталон килограмма был выполнен в виде платинового цилиндра. Эти образцы были сданы на хранение в архив Французской республики и получили название «архивных».

За единицу измерения объема жидких и сыпучих тел был принят литр, равный объему куба, ребро которого равно 1 дециметру.

Кратные и дольные единицы должны были находиться в десятичных соотношениях с основными мерами.

Метрические меры стали распространяться и в другие страны.

В 1835 г. царским указом «О системе Российских мер и весов» были утверждены эталоны длины и массы – платиновая сажень, равная 7 английским футам, и платиновый фунт, практически совпадающий по массе с бронзовым фунтом 1747 г. В 1842 г. было учреждено Депо образцовых мер и весов, где были помещены созданные эталоны, их копии, а также образцы иностранных мер. В 1849 г. вышел в свет капитальный труд “Общая метрология” Петрушевского Ф.И., удостоенный Демидовской премии.

Всемирная Парижская выставка 1867 г. способствовала формированию общественного мнения в пользу метрической системы. На выставке был организован Международный комитет мер, весов и монет. Русский ученый академик Б.С.Якоби сформулировал в своем докладе на этом комитете все преимущества метрической системы.

Однако практическое внедрение метрической системы затянулось на многие годы. Большую роль в распространении метрической системы сыграла Петербургская Академия Наук. Академики О.В. Струве, Г.И. Вильд и Б.С. Якоби выступили инициаторами создания Международной комиссии для изготовления первичных эталонов единиц длины, емкости и массы. Эта комиссия постановила в 1872 г., что необходимо принять за единицу длины – архивный метр, а массы – архивный килограмм, несмотря на то, что к этому времени они уже отличались от теоретических. Так, например, к этому времени было установлено, что в ¼ земного меридиана содержится не 10000000 м, а 10000856 м. Было решено, что и эти числа нельзя признать окончательными, т.к. последующие более точные измерения могут дать другие значения. Еще большие относительные расхождения были установлены при измерении объема воды.

Кроме того, ученые признали, что единицы, основанные на материальных эталонах, надежнее «естественных» и естественная единица не может быть воспроизведена с такой точностью, с какой можно изготовить копии материального эталона и определить его размер. Поэтому комиссия решила отказаться от теоретических определений метра и избрать архивные метр и килограмм в качестве исходных и изготовить их международные эталоны. 1 марта 1875 г. была созвана дипломатическая конференция по вопросу создания Международного бюро мер и весов (МБМиВ). На ней присутствовало 20 государств. 20 мая 1875 г. 17 государств подписали метрическую конвенцию и обязались содержать МБМиВ, действующее под наблюдением и руководством Международного комитета мер и весов (МКМиВ), который в свою очередь подчинялся Генеральной конференции по мерам и весам (ГК по МиВ). Последняя должна была состоять из представителей всех государств и созываться не реже 1 раза в 6 лет. МБМиВ состоял из 18 членов – представителей различных государств, избираемых на Генеральной конференции, и должен был собираться каждые 2 года.

МБМиВ поручалось хранение, сличение и поверка новых международных прототипов метра и килограмма, периодическое сличение национальных эталонов с международными и т.п.

В 1889 г. в Париже собралась первая Генеральная конференция по мерам и весам, утвердившая в качестве международных прототипов вновь изготовленные образцы.

Образец метра был изготовлен из бруска платиноиридиевого сплава (90% платины и 10% иридия) и имел поперечное сечение в форме буквы Х, вписанной в квадрат со стороной 20 мм. На обоих концах бруска на отполированных участках на расстоянии 0,5 мм один от другого нанесены 2 штриха с расстоянием между ними 0,2 мм. Поверхности, на которые нанесены штрихи, совпадают с нейтральной плоскостью, а Х-образная форма обеспечивала большое сопротивление прогибу. При возможном изгибе бруска расстояние между штрихами, расположенными в нейтральной плоскости, минимальны. Образец был признан международным прототипом метра. Метр был принят равным расстоянию между серединами средних штрихов при температуре тающего льда.

Международным прототипом килограмма был признан платиноиридиевый цилиндр высотой и диаметром 39 мм.

Образцов метра было изготовлено 34, а килограмма – 43. Образцы распределялись между участниками Генеральной конференции по жребию. Россия получила 2 образца метра (№11 и №28) и два образца килограмма (№12 и №26).

Таким образом, в 1889 г. было окончательно завершено установление метрических мер и принятие их в качестве международных.

С этого времени в России стали применять две системы мер и весов – русскую и факультативно метрическую; началось международное научное сотрудничество в области метрологии; было организовано Депо образцовых мер и весов, которое в1892 г. возглавил видный русский ученый Д.И.Менделеев (1834-1907 гг.). В 1893 г. он преобразовал его в Главную палату мер и весов, которая стала первым научно-исследовательским учреждением в области метрологии.

В 1893-1899 гг. Д.И.Менделеев восстановил прототипы русских мер и выразил их через метрические меры. В 1899 г. было утверждено «Положение о мерах и весах», которое установило систему российских мер, в основу которой было положено, что, единицей массы является фунт, равный 0,40951241 кг, а длины – аршин = 0,711200 м. Соотношение между русскими и метрическими мерами стало следующим:

Русская система мер	Метрическая система мер
1 аршин = 28 дюймов	0,7112 м
1 сажень = 3 аршинам = 7 футам	2,1336 м
1 верста = 500 саженям	1,0668 км
1 десятина = 2400 кв.саженям	10925 м^2 (1,0925 га)
1 четверть = 8 четверикам	209,9 дм^3 (209,9 л)
1 пуд = 40 фунтам	16,38 кг
1 фунт = 409,5 г	409,5 г
1 золотник	4,266 г

Установление этих соотношений облегчало введение метрической системы мер.

Однако «Положением о мерах и весах» разрешалось применять метрические меры наравне с русскими в торговле и иных сделках только по распоряжению министра. Частные лица имели право не пользоваться метрическими мерами. Поэтому метрическая система распространялась в России очень медленно и в основном в аптекарском деле, в научных работах, в электротехнической промышленности и некоторых других отраслях.

Как обязательные метрические меры были введены в России декретом Совнаркома от 14.09.1918 г. «О введении международной метрической системы мер и весов». Этим декретом с 01.01.1922 г. запрещалось изготовление старых русских мер и гирь, а с 01.01.1923 г. – их продажа; с 01.01.1924 г. запрещалось применение любых мер, кроме метрических. Но эти мероприятия не были осуществлены из-за разрухи и срок их введения был продлен до 01.01.1927 г. К этому времени измерительное хозяйство было полностью обновлено по всей стране. За образцы основных единиц были взяты копии международного метра №28 и килограмма №12.

В 1938 г. был организован Комитет по делам мер и измерительных приборов. Комитет оказывал влияние на развитие производства, выбор новых типов измерительных приборов, на организацию ремонта мер и измерительных приборов и надзора за ними. Был укреплен авторитет поверочных органов, повышена квалификация оперативно-технического персонала, привлечены специалисты с высшим образованием. Была проведена также работа по изучению состояния измерительных приборов, находящихся в эксплуатации на предприятиях и анализу их влияния на качество продукции, на технологические процессы, на выработку и расход всех видов энергии. В 1942 г. было издано постановление правительства «О мерах и контрольно-измерительных приборах, подлежащих обязательной поверке и клеймению». Принятие этого постановления в условиях войны подчеркивает общегосударственное значение и важность для обороны сохранения в стране единства мер. В послевоенные годы правительство страны обращало серьезное внимание на проблемы метрологии. На базе Главной палаты мер и весов были созданы высшие научные метрологические учреждения страны: ВНИИМ им. Д.И.Менделеева в Санкт-Петербурге и ВНИИФТРИ в Подмосковье (Всесоюзный исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений), а в регионах их филиалы.

Таким образов, в России продолжаются традиции великих русских метрологов Ф.И.Петрушевского, Д.И.Менделеева и других, а государство уделяло и уделяет проблемам метрологии огромное внимание. Благодаря действующей в стране системе обеспечения единства измерений стали возможными многие современные достижения в области науки и техники.

Следует отметить, что такая наука как информатика первоначально рассматривалась как раздел метрологии. Однако интенсивное развитие средств передачи и обработки информации привело к выделению ее в отдельную отрасль науки и техники.

Методологически современные метрология и информатика схожи. Метрология получает первичную информацию в результате измерений. При этом неизбежно возникновение погрешностей, как в средствах измерений, так и в результатах измерений. Для информатики измерительная информация является входной для различных систем передачи и обработки сигналов. В процессе передачи информации неизбежны помехи, искажающие ее и вызывающие погрешности измерений. И метрология, и информатика ставят своей основной задачей – сведение к минимуму влияния помех и погрешностей на окончательный результат измерения.

Контрольные вопросы

1. Дайте определение метрологии.

2. Когда в России утвердилась единая система мер?

3. Каковы размеры сажени (простой, косой, казенной, царской)? Какова длина аршина?

4. Что такое берковец и какова масса фунта, пуда?

5. В каком году в России были утверждены эталоны длины и массы?

6. Кто и когда восстановил прототипы русских мер и выразил их через метрические меры?

7. Что общего между метрологией и информатикой?

8. Какова роль русских ученых в возникновении метрических мер?

9. Что за организации МБМВ, МКМВ, ГКМВ? Когда и с какой целью они были созданы?

Дата добавления: 2015-04-30