Конспектлекцій за темою
„Теоретичнаі прикладна метрологія”
Зміст
1. Вступ
1.1 Мотиви винаходу та застосування засобіввимірювальної техніки.
1.2 Концептуальні підходи до створення еталонівфізичних величин.
1.3 Зв'язок метрології з іншими науками.
2. Міжнародне співробітництво у сфері метрології
3. Освітянська діяльність у сфері метрології.
4. Роль вимірювань у розвитку гуманітарних наук
4.1 Вимірювання якості (кваліметрія).
4.2 Вимірювання інформації.
4.3 Вимірювання у медицині.
4.4 Вимірювання у педагогіці.
4.5 Вимірювання у юриспруденції.
4.6 Вимірювання у економіці.
4.7 Вимірювання у соціології
4.8 Вимірювання у історії
4.9 Вимірювання у спорті
4.10 Вимірювання у мистецтві.
Заключні положення
1. Вступ
Починаючи новийпредмет традиційно ми маємо с перших кроків визначитися з його місцем тапризначенням у багатогранній діяльності людини. І це нам допоможе зробитианаліз визначень, що таке є метрологія.
Офіційне: метрологія — це наука про вимірювання (Vocabulary International in Metrology)
Розгорнуте: метрологія — це наука про вимірювання, методи і засоби забезпечення їх єдності та способидосягнення потрібної точності.
Єдністьвимірювань –це стан вимірювань, коли їх результати виражені в узаконених одиницях, апохибки відомі.
Точність – близькість результатувимірювання до істинного значення величини.
Наочне: метрологія — це діяльність, пов'язана з вимірюваннями.
Види діяльності:
Партійна фракціядепутатів Верховної Ради вносить зміни до Закону України «Про метрологіюта метрологічну діяльність» — політична, законотворча.
Вчений-зберігачпроводить звірення національного еталону України з національним еталоном іншоїкраїни — наукова, міжнародна
Робітник вимірюєрозміри деталі, що обробляється на верстаті — виробнича, прикладна
Хазяйка готуєсвятковий торт та відміряє складові за рецептом – побутова
Продавець наринку підпилює гирю — кримінальна
Пішохідпереходить вулицю в забороненому місці та оцінює швидкість автомобіля, щонаближається – повсякденна, підпадає під дію кодексу про адміністративніправопорушення.
Мета курсу –довести до слухачів історію виникнення вимірювань, основні поняття метрологіїта її місце у суспільному житті.
Метрологіявідповідає на вічне питання — Скільки?
1.1Мотиви винаходу та застосування засобів вимірювальної техніки
Людинанароджується для вимірювань. Вимірювання є одним із засобів виживання людини,Вона саме є вимірювальним приладом, використовуючи для цього п'ять своїхприродних органів чуття — зір, слух, смак, нюх, дотик. (довжину, масу, кут,час, температуру, силу світла, швидкість та напрям тощо).Натуральне кустарневиробництво.
Примітивніпоняття о відносних шкалах та мірах.
«Наоко» — найстаріший універсальний метод вимірювання.
Хоча й на разіорганолептичні методи вимірювання широко застосовуються, особливо у галузіконтролю якості продуктів харчування.
Далі — появавиробництва та торгівлі. Натуральний обмін, поява грошей (одиниця еквівалентноївартості товару), оцінка кількості товару – ваги, гирі, міри довжини імісткості. Щоб торгівля здійснювалась без обману — інститути повірників нанаглядачів. Агірономи та агіропрати (древня Греція).
Самим сильнимпочуттям людини є жадібність.
Еталони – церква(віра, гріх) пізніше — монетні двори (точність, жорсткий нагляд).
Біблія:
„Неверные весы — мерзость пред Господом, но правильный вес угоден Ему.”
„Да будут у васвесы верные, гири верные, ефа верная и гин верный.”
1.2Концептуальні підходи
Задача — де, у чомушукати міру, еталон?
Використовуючисамого себе — пальці, руки, ноги, зріст тощо.
1.У самій людинімістяться одиниці довжини (лікоть, дюйм, п'ядь, фут, сажень тощо).
2. У світі, уякому живемо. Земний меридіан, період обертання Землі навколо Сонця.
3. Універсальнісвітові константи.
Еталон – ЗВТ, що забезпечуювідтворення та (або) зберігання одиниці та передавання її розміру іншим ЗВТ.
1.3Зв'язок метрології з іншими науками
Основою класичноїметрології є фізика і сама метрологія по суті є прикладною галуззю фізики. Всізасоби вимірювальної техніки представляють собою матеріальні об'єкти тавикористовують у якості основи методу вимірювання ті чи інші фізичні закони,явища та ефекти.
Математиказнайшла своє застосування в метрології при розробці теорії і методівстатистичної обробки результатів вимірювання та теорії похибок вимірювання.
Решта наук тадисциплін здебільш лише використовують методологію та матеріальну базуметрології для вирішення власних вимірювальних задач.
Сучаснаметрологія складається з трьох основних підрозділів:
— наукова(теоретична) метрологія
— прикладна(практична) метрологія
— законодавчаметрологія
Міжнароднасистема одиниць SI
1. Метрична.
2. Когерентна.
Існує сім основниходиниць фізичних величин, які взагалі описують метрологічну картинуматеріального світу. Метр, кілограм, секунда, кельвін, ампер, кандела та моль.Решта — похідні.
Система SIнародилася у надрах Французької революції і в неї закладена колективнаідеологія. „Для всіх народів, на всі часи”.
Всі ЗВТ умовнорозподілені на дванадцять видів:
01 — вимірювання геометричних величин;
02 — вимірювання механічних величин;
03 — вимірювання параметрів потоку, витрати, рівня таоб'єму речовин;
04 — вимірювання тиску, вакуумні вимірювання;
05 — вимірювання фізико-хімічного складу та властивостейречовин;
06 — температурні та теплофізичні вимірювання;
07 — вимірювання часу та частоти;
08 — електричні і магнітні вимірювання:
09 — радіотехнічні і радіоелектронні вимірювання;
10 — вимірювання акустичних величин;
11 — оптико-фізичні вимірювання;
12 — вимірювання характеристик іонізуючих випромінюваньта ядерних констант.
Основнимизадачами наукової метрології є:
— розробкатеоретичних основ метрології;
— розробка тавдосконалення методів відтворення одиниць фізичних величин та передавання їхрозмірів;
— розробка тазберігання еталонів фізичних величин.
Основне рівняннявимірювання:
Х = кхо+Δ
де Х – істиннезначення вимірюваної величини; хо – одиниця вимірювання; к –кількість одиниць вимірювання, що відповідає значенню вимірюваної величини;Δ – похибка (невизначеність) вимірювання — міра недосконалостівимірювання.
Признак науки –те, що вона оперує з абстракціями.
Математика –точка, лінія, нескінченість.
Фізика –ідеальний газ, абсолютно чорне тіло.
Метрологія – істиннезначення вимірюваної величини.
Одиницявимірювання– величина певного розміру, прийнята за угодою для кількісного відображенняоднорідних з нею величин. Розмірність
Похибкавимірювання –різниця між результатом вимірювання та істинним значення вимірюваної величини.
Невизначеністьвимірювання– параметр, що характеризує розсіяння значень, які можна приписати вимірюванійвеличині.
Шкала – послідовність значеньвеличини, які присвоєні цим величинам відповідно до узгоджених правил. Шкалинайменувань, порядку, відношення.
Найменувань – класифікація тварин,рослин, груп крові, смак тощо. Робиться оцінка еквівалентності.
Порядку – рівень знань, рівеньмайстерності спортсменів, інтенсивність землетрусу тощо
Умовні числа,бали. Визначається не тільки еквівалентність, але і зростання чи зменшення.
Відношення — температура, інтерваличасу, довжини тощо. Вимірюються інтервальні скалярні величини. Має іменовануодиницю вимірювання (або умовну) та нуль шкали. Може мати реперні точки.Позитивні та негативні значення.
Методивимірювання– прямі, опосередковані; зіставлення, протиставлення, порівняння з мірою,компенсаційні, накладання.
Основнимизадачами прикладної метрології є:
— розробка тавиробництво засобів вимірювальної техніки (ЗВТ);
— застосуванняЗВТ;
— повірка(калібрування, атестація, випробування) ЗВТ;
— розробкаметодик виконання вимірювання.
Тенденції –виключення присутності людини при реалізації процесу вимірювання. Ворог №1точних вимірювань – людина.
Ваги рівноплечі(накладання гир) –шкальні нерівноплечі – шкальні квадрантні — тензоваги –автоматичні чекодрукуючі ваги
Загальнітенденції у приладобудуванні:
Мініатюрізаціясенсорів на базі нанотехнологій
Перехід заналогових на цифрові технології оброблення вимірювальної інформації.
Самодіагностування,індикація нештатних ситуацій
Збереженняархівів результатів вимірювання та нештатних ситуацій.
Передачавимірювальної інформації на великі відстані.
Інтеграція ЗВТ увимірювально-інформаційні системи.
Захист віднесанкціонованого втручання.
Екологічність(електромагнітна сумісність, утилізація тощо).
ДирективаЄвросоюзу МІД 22
Основнимизадачами законодавчої метрології є:
— розробка тавпровадження нормі правил у сфері метрології;
— дозвільнадіяльність у сфері метрології;
— наглядовадіяльність у сфері метрології.
Закон України„Про метрологію та метрологічну діяльність”
Стаття 20. Сферадержавного метрологічного контролю і нагляду
Державнийметрологічний контроль і нагляд стосовно засобів вимірювальної техніки таметодик виконання вимірювань поширюється на вимірювання, результати якихвикористовуються під час:
— робіт іззабезпечення охорони здоров'я;
— робіт іззабезпечення захисту життя та здоров'я громадян;
— контролю якостіта безпеки продуктів харчування і лікарських засобів;
— контролю станунавколишнього природного середовища;
— контролюбезпеки умов праці;
— геодезичних ігідрометеорологічних робіт;
— торговельно-комерційних операцій і розрахунків між покупцем (споживачем) іпродавцем (постачальником, виробником, виконавцем), у тому числі у сферах побутовихі комунальних послуг, телекомунікаційних послуг і послуг поштового зв'язку;
— податкових,банківських і митних операцій;
— облікуенергетичних і матеріальних ресурсів (електричної і теплової енергії, газу, води,нафтопродуктів тощо), за винятком внутрішнього обліку, який ведетьсяпідприємствами, організаціями та фізичними особами — суб'єктами підприємницькоїдіяльності;
— робіт,пов'язаних з державною реєстрацією земельних ділянок і нерухомого майна;
— робіт із забезпеченнятехнічного захисту інформації, необхідність якого визначена законодавством;
— робіт, що виконуютьсяза дорученням органів прокуратури та правосуддя;
— робіт з оцінкивідповідності продукції, процесів, послуг;
— реєстраціїнаціональних і міжнародних спортивних рекордів.
Метрологічнаслужба країни складається з:
— національногооргану з метрології (Держспоживстандарт України);
— національнихметрологічних інститутів (ННЦ "Інститут метрології");
— метрологічнихслужб міністерств та відомств;
— територіальнихнаціональних органів;
— метрологічнихслужб підприємств та організацій;
— суб'єктівпідприємницької діяльності у сфері метрології.
2.Міжнародне співробітництво у сфері метрології
Міжнародні тарегіональні метрологічні організації:
Генеральнаконференція з мір та ваг (CGPM) — вищий орган світу з питань встановленняодиниць вимірювання, їх визначення і методів відтворення за допомогою еталонів.(Скликається не рідше, ніж один раз за 6 років). Постійний орган — CIMP(Міжнародний комітет з мір та ваг -18 кращих вчених-метрологів). BIMP(Міжнародне бюро мір та ваг) — зберігаються світові еталони основних одиницьсистеми SI.
OIML, IMECO.
Регіональні:EUROMET, COOMET, МТКМ (для країн СНД).
SIM, NORAMET — Америка. APLMF — Азія та Тихий океан, SADCMET — Африка.
Звірянняеталонів, взаємне визнання сертифікатів повірки та випробування ЗВТ.
3.Освітянська діяльність у сфері метрології.
Одеський технікумвимірювань (з минулого року — інститут).
Кафедри тафакультети у вузах, курси підвищення кваліфікації (УкрНДНЦ, колишній ВІСМ).
Журнали«Український метрологічний журнал», «Метрологія та прилади»тощо.
4.Роль вимірювань у розвитку гуманітарних наук
Розвитоксуспільства призвів до перегляду ролі вимірювань та підвищення їх значущості тазастосування.
4.1Вимірювання якості (кваліметрія)
Вартість товару чипослуги обумовлюється його кількістю та якістю.
Захист правспоживачів стає однією з основних державних функцій у передових країнах.
Кваліметрія — вимірювання (визначення) якості товарів та послуг.
4.2Вимірювання у медицині
Найважливішасфера інтересів людини та держави — охорона здоров'я. Вимірювання показниківфізіологічного стану людини при діагностуванні хвороби — є життєво важливоюзадачею.
— антропометрія;
— контрольфізіологічних процесів;
— контрольімунної системи;
— контрольпсихічного стану;
— інше
4.3Вимірювання інформації
Одиниця кількостіінформації – байт. 1 байт=8 біт. 1 біт – сукупність логічного 0 та 1.
На фізичномурівні цифрової техніки логічному нулю відповідає електричний імпульс замплітудою менше 1В, а одиниці – кілька вольт.
Платня:
— за часз’єднання;
— за кількістьпереданої інформації;
— за швидкістьпри безлімітному трафіку.
Відповідаєуявленню про людину.
Історично цеможна розподілити так:
1. Фізичне тіло
2. Біологічнийоб’єкт
3. Соціальнийоб’єкт
4. Інформаційнийоб’єкт
4.4Вимірювання у педагогіці
Вимірювання(оцінювання) рівня знань та умінь людини, що опановує певний навчальний курс.Мається шкала. МВВ, ЗВТ (екзаменатор), та похибки (випадкові та систематичні).
4.5Вимірювання у юриспруденції
Вимірювання(оцінювання) рівня провини та визначення відповідного покарання за злочин.Мається шкала та МВВ (Кодекси). Мається процедура. Слідство, речові докази,свідки, адвокат-прокурор-суд. Феміду зображали із рівноплечими вагами в руці заіз зав’язаними очима, що мало доводити її об’єктивність (відсутністьсистематичних похибок).
Одна з найкращетеоретично та практично розроблених МВВ. В одній руці ЗВТ, в іншій – МВВ тапов’язка на очах щоб систематичні похибки не спотворювали результатвимірювання.
4.6Вимірювання у економіці
Одиницявимірювання еквіваленту вартості – грошова. Є шкала, є еталон – долар США,євро. Але – нестабільні. Золото, срібло. Голова Нацбанку України по суті євчений-зберігач грошової одиниці — гривні, підтримуючи стабільним її курс повідношенню до міжнародного еталону грошової одиниці – долару США.
Вимірюванняекономічного стану підприємства. Вимірювання стану та динаміки розвитку ринкупевних товарів чи послуг. Вимірювання стану та динаміки розвитку ринку ціннихпаперів, праці, фінансів тощо. Вимірювання інвестиційного ризику, ефективностівиробництва певної продукції. Нова дисципліна – економетрія.
4.7Вимірювання у соціології
Методивимірювання суспільної думки з певних питань.
Нова дисципліна –соціометрія.
Вимірювальнапроблема вільного волевиявлення громадян при проведенні виборів членівпарламенту та президента країни, прийняття колегіальних рішень.
Приклад – система„Рада”. ЗВТ та МВВ виявилися недосконалими, з можливістю несанкціонованогодоступу та фальсифікації результатів голосування.
4.8Вимірювання у історії
Точний,об’єктивний аналіз, інтерпретація історичних фактів – це взагалі кричущапроблема сьогодення. Процес вимірювання історичної правди на протязі останніхдесятиріч підлягає такому потужному політичному тиску, що результат міститьвеличезні систематичні похибки, причому різних знаків та кольорів.
Універсальний тадуже приблизний метод обробки результатів історичних вимірювань — правда лежитьдесь посередині. Вислухати всі протилежні думки та усереднити.
Ізотопний аналізвуглецю-12. Жак Ів Кусто (тавро на гирі).
4.9Вимірювання у спорті
Хто сильніший,швидший, вищій, кращій.
Час, відстань,висота, вага – за допомогою ЗВТ, методів відео та фото фінішу.
Складніше уігрових видах спорту. Суддівські помилки, договірні матчі.
Ще складніше – успортивно-мистецьких видах (художня гімнастика, фігурне катання тощо) Безлічправил – по суті МВВ. Але головна проблема, головне джерело систематичнихпохибок – проблема суддівства. Споріднено з юриспруденцією. Принципколегіальності суддівства у деяких видах спорту.
4.10Вимірювання у мистецтві
Музика, Поезія,Танок, Образотворче мистецтво.
Мають такиметрологічні поняття, як ритм, метр, розмір, перспектива, пропорції.
Вимірювання тазнаходження (відображення) ГАРМОНІЇ, КРАСОТИ.
90-60-90, тестостерон,Міс Всесвіт. – жіноча красота.
Експерти.Вартість цього твору оцінена у ХХХХХХ доларів, а вартість того взагалінеоціненна.
Дехто вважає, щоуніверсальна одиниця вимірювання всього у світі є гроші.
Майбутній володарсвіту — джип – швидкість – дерево – мішок з г… та кістками. Закон фізики.
Король Георг V. У35 років практично володар світу (Англії та Франції). Несвіжа вода – дизентерія– смерть. Закон біології.
Закони природивищі законів людини. Закони людини можна переписати за гроші. Закони природи –ні. Їм можна лише слідувати, враховувати їх. Їх можна відкривати та вивчати.
Але змінити –неможливо.
В цьому випадкуметрологія бере на себе надважливу функцію сьогодення — бути регулятором таіндикатором людських зазіхань, бажань, прагнень.
6.Висновки
„Ми не помічаємометрологію як повітря, яким дихаємо” (Д.І.Менделєєв)
Література
1. Боженко Л. І… Стандартизація, метрологія такваліметрія у машинобудуванні: Навчальний посібник. — Л.: Світ, 2003. — 328с.
2. Дегтярев А.А., Летягин В.А., Погалов А.И.,Угольников С.В. Метрология: Учебное пособие для вузов /Под редакциейА.А.Дегтярева – М.: Академический проект, 2006.- 256с.
3. Сарафанова Е.В. Метрология, стандартизация исертификация: Учебное пособие.-М.: Издательство РИОР, 2005.-96с.
4. Шишкин И.Ф. Теоретическая метрология: Учебник длявузов. — М.: Изд-во стандартов, 1991.-492с.
5. Бурдун Г.Д., Марков Б.Н. Основы метрологии: Учебноепособие для вузов. Издание второе, дополненное. М., Издательство стандартов,1975, 1-336с.