История развития метрологии

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное  учреждение высшего профессионального образования

Дальневосточный федеральный университет

(ДВФУ)

 

ИНЖЕНЕРНАЯ  ШКОЛА

Кафедра инноватики, качества стандартизации и  сертификации

 

РЕФЕРАТ

по дисциплине «Метрология, стандартизация и сертификации»

 

на тему «История развития метрологии»

 
 
 

                                                Выполнил студент  гр. С 3446

_____________ Киселева А.А.

 

 Проверил  к.т.н., доцент

 ____________  Павлова О. В.

 _________________________

 
 
 
 
 
 
 

г. Владивосток

2011

Оглавление

1 Метрология  как наука. Древние меры 4

2 Элементы метрологии  в X-XVIII вв. на Руси  6

3 Метрология  в период правления Петра I 8

4 Разработка  и внедрение метрической системы  8

5 Развитие отечественной  метрологии в XIX-XX вв. 13

6 Метрология  в Российской Федерации 14

Список литературы 15

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1 Метрология как наука. Древние меры

     Прежде  чем обсуждать этапы истории  развития метрологии, рассмотрим основные сведения о том, что такое метрология и какие практические вопросы рассматриваются в этой науке.

     Отраслью  науки, изучающей измерения, является метрология. Слово «метрология» образовано из двух греческих слов: метрон –  мера и логос – учение. Дословный  перевод слова «метрология» –  учение о мерах.

     Потребность в измерениях возникла в незапамятные времена.

     Когда наш предок – древний, но уже мыслящий человек – попытался найти  для себя пещеру, он вынужден был  соразмерить длину, ширину и высоту своего будущего убежища с собственным ростом. А ведь это и есть измерение – сравнение неизвестной величины с однородной ей величиной, принятой за единицу. Наш предок располагал только собственным ростом, реальной длиной рук и ног. Первые измерения были антропометрическими измерениями.

     Из  глубины веков  дошли до нас следующие  единицы веса:

     • единица веса драгоценных камней – карат, что в переводе с языков древнего юго-востока означает "семя боба", "горошина";

     • единица аптекарского веса – гран, что в переводе с латинского, французского, английского, испанского означает "зерно".

     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 указательногопальцев;

     • 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.

     Древнее происхождение имеют и "естественные" меры. Первыми из них, получившими повсеместное распространение, стали меры времени. На основе астрономических наблюдений древние вавилоняне установили год, месяц, час. Впоследствии 1/86400 часть среднего периода обращения Земли вокруг своей оси получила название секунды.

     Наряду  с этим уже на заре цивилизации  люди пришли к пониманию ценности так называемых вещественных мер и единиц измерений. Так, в Вавилоне в XI в. до н.э. время измерялось в минах. Мина равнялась промежутку времени (равному, примерно, двум астрономическим часам), за который из принятых в Вавилоне водяных часов вытекала "мина" воды, масса которой составляла около 500 г. В дальнейшем мина сократилась и превратилась в привычную для нас минуту. Со временем водяные часы уступили место песочным, а затем более сложным маятниковым механизмам.

     Гюйгенс, посвятивший созданию и усовершенствованию маятниковых часов почти 40 лет и считавший это главным делом своей жизни, в 1664 г. писал: "... я нашел легкий и удобный способ регулировки часов. К этому, однако, присоединяется то, что я считаю еще более ценным, а именно: благодаря своему открытию я смог дать абсолютно устойчивое определение для постоянной, верной для всех времен меры длины". Речь идет об использовании свойства изохронности колебаний математического маятника, подмеченного Галилеем еще в 1583 г. При малых отклонениях маятника период его колебаний равен

 

где L – длина маятника; g – ускорение свободного падения.

     Это позволяет выразить меру длины через  естественную меру времени. В 1824 г. в  Англии был принят закон, установивший единицу длины ярд через длину секундного маятника.

2 Элементы метрологии в X-XVIII вв. на Руси

     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, а в "Уставе новгородского князя Всеволода о церковных судах, людях и мерилах торговых" (примерно ХIII в.) записано, что меры надлежит "на всякий год взвешивати".

     Важнейшим метрологическим документом является Двинская грамота Ивана Грозного (1550 г.). 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, а с 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.

     Развитие  торговли и расширение внешних экономических  связей требовало не только уточнения мер, но и установления их соотношения с "заморскими", а также унификации мер и более четкой организации контрольно-поверочной деятельности. Еще в договоре Великого Новгорода с немецкими городами и Готландом (1269 г.), наряду с взаимными обязательствами, приведены соотношения между мерами договаривающихся сторон. 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".

3 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.

     В английской системе мер и сейчас присутствует фут (foot – англ. ступня; греч. μους; лат. pes; франц. pied; нем. Fuβ).

     Длина фута уточнена англичанами с введением  такой единицы длины, как шток – это «длина ступней 16 человек, выходящих из храма от заутрени в  воскресенье». Деля длину штока на 16 равных частей, получали среднюю длину ступни, ибо из церкви выходили разные люди различного роста. Длина фута «устоялась» в размере 30,48 см.

     Английский  ярд тоже связан с размерами человеческого  тела, но уже конкретного лица –  короля Англии Генриха I (1101 г.). Это расстояние от кончика носа этого монарха  до конца среднего пальца вытянутой  им вперед руки. Романтическая версия: ярд – длина меча этого же короля. 1 ярд = 0,9144 м.

     Многие  авторы утверждают, что за дюйм (голланд. duim – большой палец; греч. δαǽτυλο; лат. digitus; франц. pouce; англ. inch, нем. Daumen) была принята длина второго сустава большого пальца руки человека. Но более вероятно, что это ширина большого пальца (приложите свой палец к линейке и Вы убедитесь, что размеру дюйма 25,4 мм соответствует именно этот параметр пальца).

     Длина дюйма была уточнена в Англии, где  в 1324 г. Королем Эдвардом II был установлен «законный дюйм», равный длине трех ячменных зерен, вынутых из средней части колоса и приставленных друг к другу своими концами. Приверженность англичан к ячменным зернам видна и в попытке определить с их помощью и фут. Они условились считать геометрическим футом ширину 64 ячменных зерен (ширина зерен более стабильна).

     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.

     В комиссии рассматривались (но из-за отсутствия денежных средств и специалистов не были осуществлены) проекты создания системы мер, основанной на физических постоянных (определение сажени через длину меридиана Земли, фунта – через вес определенного количества чистой воды), введение десятичной системы образования кратных и дольных единиц и др. Эти прогрессивные идеи получали в Европе в ту пору все большее распространение.

4 Разработка и внедрение  метрической системы 

     Идея  построения системы измерений на десятичной основе принадлежит французскому астроному Г. Мутону, жившему в XVII в. во Франции, где феодалы имели право пользоваться своими собственными мерами, содержать таможни и собирать пошлину. Вопрос о рациональной системе мер стоял особо остро. Восьмого мая 1790 г. Учредительное собрание Франции приняло декрет о реформе системы мер и поручило Парижской академии наук разработать соответствующие предложения. Комиссия академии, руководимая Лагранжем, рекомендовала десятичное подразделение кратных и дольных единиц, а другая комиссия, в состав которой входил Лаплас, предложила принять в качестве единицы длины одну сорокамиллионную часть земного меридиана. На основе этой единственной единицы – метра – строилась вся система, получившая название метрической. За единицу площади принимался квадратный метр, за единицу объема – кубический метр, за единицу массы – килограмм – масса кубического дециметра чистой воды при температуре 4 °С. Метрическая система с самого начала была задумана как международная. Ее единицы не совпадали ни с какими национальными единицами, а наименования единиц и десятичных приставок были произведены от слов "мертвых" языков (латинского и древнегреческого).