Теоретические основы метрологии.

Слово «метрология» образовано из двух греческих слов: метрон – мера и логос – учение. Дословный перевод слова «метрология» - учение о мерах.

В зависимости от решаемых задач различают три раздела метрологии: теоретический, законодательный и прикладной.

Метрология как наука и область практической деятельности возникла в древние времена. Основой системы мер в древнерусской практике послужили древнеегипетские единицы измерений, а они, в свою очередь, были заимствованы в Древней Греции и Риме. Естественно, что каждая система мер отличилась своими особенностями, связанными не только с эпохой, но и с национальным менталитетом.

Наименования единиц и их размеры соответствовали возможности осуществления измерений «подручными» способами, не прибегая к специальным устройствам. Так, 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. Мера локоть пришла к нам из Вавилона и означала расстояние от сгиба локтя до конца среднего пальца руки.

С 18 века в России стали применяться дюйм (Англия) и английский фут. Особой русской мерой была сажень, равная трем локтям (около 152 см) и косая сажень (около 248 см). Указом Петра I русские меры длины были согласованы с английскими, и это, по существу была первая ступень гармонизации российской метрологии с европейской.

Современная метрическая система мер была введена во Франции в 1799 году, и вскоре после этого была принята и в России.

Первоначально прототип единиц измерения искали в природе, исследуя макрообъекты и их движение. Так, секундой стали считать часть периода обращения Земли вокруг своей оси. Постепенно поиски переместились на атомный и внутриатомный уровень. В результате уточнялись «старые» единицы и появились новые.

Поясним это на примере истории единицы длины – метра. С целью выбора единицы длины, для которой мог бы существовать эталон, не изменяющийся во времени первоначально за метр была принята величина, равная одной десятимиллионной части от ¼ части земного меридиана, на котором расположен Париж. Размер метра был определен на основе геодезических и астрономических исследований. Был изготовлен первый эталон в виде платиновой линейки шириной около 25 мм и шириной 4 мм. Изготовленный метр был передан на хранение в архив Франции, где находится до сих пор, и его называют архивный метр.

В 1872 году за метр было решено принять длину архивного метра. По нему была изготовлена 31 копия в виде платиново-иридиевых брусков, имеющих в поперечном сечении форму буквы Х, как бы вписанную в воображаемый квадрат, сторона которого равна 20 мм. Такая форма бруска обеспечивала прочность от изгиба во всех направлениях. Изготовленные эталоны были распределены между странами. Эталон метра № 28 достался России, который впоследствии был утвержден в качестве государственного эталона.

Требования к повышению точности эталона длины (платиново-иридиевый прототип метра не может дать точности воспроизведения выше 0, 1-0, 2 мкм), а также целесообразность установления естественного и нерушимого эталона привели к тому, что в 1960 г. за метр была принята длина, равная 1650763, 73 длины волны в вакууме излучения, соответствующего переходу между уровнями 2р₁₀ и 2d₅ атома криптона-86. При этом точность определения метра по сравнению с прежней возросла в 10 раз. Эталон воспроизведения метра по принятому определению состоял из источника излучения, представляющего собой газоразрядную лампу с изотопом криптона-86, эталонного интерферометра с фотоэлектрическим микроскопом и рефрактором, эталонного спектроинтерферометра. На этом интерферометре был измерен государственный эталон № 28, и оказалось, что он на 0, 22 мкм больше того значения, которое определено вышеприведенной формулировкой понятия метр, данной в 1960 году. Дальнейшие исследования позволили создать более точный эталон метра, основанный на длине волны в вакууме монохроматического излучения, генерируемого стабилизированным лазером.

На этом примере видно, что метрология как наука динамично развивается, что естественно способствует совершенствованию практики измерений во всех других научных и прикладных областях.