Метрология

Метроло́гия (от греч. μέτρον «мера» + λόγος «мысль; причина») — наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности^[1]. Предметом метрологии является извлечение количественной информации о свойствах объектов с заданной точностью и достоверностью; нормативная база для этого — метрологические стандарты.

Рено Гулью (фр. Renaud Goullioud) — руководитель проекта в лаборатории реактивного движения НАСА, рядом с метрологическим стендом (MAM) для испытаний оборудования так и не реализованной миссии по интерферометрии космоса (SIM). Задача стенда — обеспечить точность порядка нескольких угловых микросекунд при наблюдении за отклонениями света звезд с целью поиска экзопланет

Метрология состоит из трёх основных разделов:

• теоретическая или фундаментальная — рассматривает общие теоретические проблемы^[1] (разработка теории и проблем измерений физических величин, их единиц, методов измерений).
• прикладная — изучает вопросы практического применения разработок теоретической метрологии. В её ведении находятся все вопросы метрологического обеспечения.
• законодательная — устанавливает обязательные технические и юридические требования по применению единиц физической величины, методов и средств измерений.

Цели и задачи метрологии

• Создание общей теории измерений.
• Образование единиц физических величин и систем единиц.
• Разработка и стандартизация методов и средств измерений, методов определения точности измерений, основ обеспечения единства измерений и единообразия средств измерений (так называемая «законодательная метрология»).
• Создание эталонов и образцовых средств измерений, поверка мер и средств измерений. Приоритетной подзадачей данного направления является выработка системы эталонов на основе физических констант.

Также метрология изучает развитие системы мер, денежных единиц и счёта в исторической перспективе.

Аксиомы метрологии

• Любое измерение есть сравнение.
• Любое измерение без априорной информации невозможно.
• Результат любого измерения без округления значения является случайной величиной.

Термины и определения метрологии

• Единство измерений — состояние измерений, характеризующееся тем, что их результаты выражаются в узаконенных единицах, размеры которых в установленных пределах равны размерам единиц, воспроизводимым первичными эталонами, а погрешности результатов измерений известны и с заданной вероятностью не выходят за установленные пределы.
• Физическая величина — одно из свойств физического объекта, общее в качественном отношении для многих физических объектов, но в количественном отношении индивидуальное для каждого из них.
• Измерение — совокупность операций по применению технического средства, хранящего единицу физической величины, обеспечивающих нахождение соотношения измеряемой величины с её единицей и получения значения этой величины.
• Средство измерений — техническое средство, предназначенное для измерений и имеющее нормированные метрологические характеристики воспроизводящие и (или) хранящие единицу величины, размер которой принимается неизменным в пределах установленной погрешности в течение известного интервала времени.
• Поверка — совокупность операций, выполняемых в целях подтверждения соответствия средств измерений метрологическим требованиям.
• Погрешность измерения — отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины.
• Погрешность средства измерения — разность между показанием средства измерений и действительным значением измеряемой физической величины.
• Точность средства измерений — характеристика качества средства измерений, отражающая близость его погрешности к нулю.
• Лицензия — это разрешение, выдаваемое органом государственной метрологической службы на закрепленной за ним территории физическому или юридическому лицу на осуществление ему деятельности по производству и ремонту средств измерения.
• Эталон единицы величины — техническое средство, предназначенное для передачи, хранения и воспроизведения единицы величины.

Ключевой концепцией метрологии является (метрологическая) прослеживаемость, определяемая как «…свойство результата измерения или значения стандарта, посредством которого оно может быть связано с указанными эталонами, обычно национальными или международными стандартами, посредством непрерывной цепи сравнений, все из которых имеют определённую погрешность»^[2]. Уровень прослеживаемости устанавливает уровень сопоставимости измерения: можно ли сравнить результат измерения с предыдущим результатом, с результатом измерения, выполненного год назад, или с результатом измерения, выполненного где-либо ещё во всем мире.

Прослеживаемость чаще всего достигается путем калибровки, устанавливающей связь между показанием измерительного прибора и значением эталона.

История метрологии

Метрология ведёт свою историю с античных времён и даже упоминается в Библии^[3]. Ранние формы метрологии заключались в установлении местными властями простых произвольных стандартов, зачастую основанных на простых практических измерениях, например длина руки. Самые ранние стандарты были введены для таких величин, как длина, вес и время, это делалось для упрощения коммерческих сделок, а также регистрации человеческой деятельности.

Новое значение метрология обрела в эпоху промышленной революции, она стала совершенно необходима для обеспечения массового производства.

Исторически важные этапы в развитии метрологии:

• XVIII век — установление эталона метра (эталон хранится во Франции в Музее мер и весов; в настоящее время является в большей степени историческим экспонатом, нежели научным инструментом);
• 1832 год — создание Карлом Гауссом абсолютных систем единиц;
• 1875 год — подписание международной Метрической конвенции;
• 1960 год — разработка и установление Международной системы единиц (СИ);
• XX век — метрологические исследования отдельных стран координируются Международными метрологическими организациями.

Вехи отечественной истории метрологии:

• 1875 год — присоединение Российской империи к Метрической конвенции;
• 1893 год — создание Д. И. Менделеевым Главной палаты мер и весов (современное название — «Научно-исследовательский институт метрологии им. Менделеева»);
• 1925 год — присоединение СССР к Метрической конвенции.

Всемирный день метрологии отмечается ежегодно 20 мая. Праздник учрежден Международным Комитетом мер и весов (МКМВ) в октябре 1999 года, на 88 заседании МКМВ.

Отдельные направления метрологии

• Авиационная метрология^[4]
• Химическая метрология
• Медицинская метрология
• Биометрия

См. также

• Стандартизация