Лекции по "Метрологии"

Лекция 16

 

Международные организации в области метрологии

 

К концу XIX столетия множественность и разнообразие единиц (мер) вносили неимоверный хаос в международные торговые связи. Уже тогда встал вопрос о необходимости создания системы единиц «на все времена, для всех народов»» Ученые многих стран понимали, что размеры этих новых единиц надо брать от реальных предметов, сохраняющих постоянную величину и что новые эталоны должны удовлетворять требованиям точности, неизменности, возможности восстановления в случае утраты прежних. Проекты реформы мер с учетом вышеизложенных принципов почти одновременно были предложены в Англии, России, Франции и других странах.

В России в 20-х гг. XVIII в. известный сподвижник царя Петра I  В. Н. Татищев выдвинул предложение о переходе на десятичную систему мер и затем поставил его официально. Вопрос о создании системы мер был одним из причин учреждения Комиссии мер и весов, которая была создана в 1736 г. по решению Сената под председательством главного директора Монетного двора графа М. Г. Головкина. В комиссии возникла мысль о разработке системы русских мер на основе длины меридиана или земной (петербургской) параллели. Еще тогда комиссия решила основать такой эталон на основе одной из указанных физических констант и в соответствии с этим направила вопросник в Академию наук со следующими вопросами:

1) равны ли между собой градусы  меридиана от экватора до полюса?

2) сколько английских футов заключает  в себе градус широты петербургской  параллели?

3) если этих сведений в Академии наук нет, то, сколько времени и какие инструменты потребуются для соответственного градусного измерения?

4) почему до настоящего времени  эти работы не выполнены Академией наук?

5) сколько английских футов заключается  в «употребляемом сферическом градусе», т. е. градусе, соответствующем сферической форме Земли?

Однако проекты создания системы мер, основанной на физических константах (определение сажени через длину меридиана Земли, длины – через вес чистой воды), введение десятичной системы образования кратных и дольных единиц не были осуществлены из-за отсутствия денежных средств и специалистов.

В качестве исходных мер длины комиссия изготовила медный аршин и деревянную сажень, за меру жидких веществ было принято ведро московского Каменномостного питейного двора. Важнейшим шагом, подытожившим работу комиссии, было создание русского эталонного фунта. Работы начались в 1736 г. и завершились в 1747 г. изготовлением бронзозолоченной гири, узаконенной в качестве первичного образца русских мер веса. Этот фунт почти 100 лет оставался единственным эталоном в стране.

Реформа системы мер была проведена только во Франции 8 марта 1790 г. Национальное собрание Франции приняло декрет о реформе системы мер и поручило Французской академии наук выполнить необходимые подготовительные работы. Так было положено начало разработке метрической системы мер. Комиссия Парижской академии наук, руководимая Жозефом Лагранжем, рекомендовала десятичное разделение кратных и дольных единиц, а другая комиссия, в состав которой входил Пьер Лаплас, предложила принять за единицу длину одну сорокамиллионную часть длины меридиана ( между Дюнкерком и Барселоной. В новой системе единица длина была названа метром, а сама система – метрической. Метрическая система строилась на основе единственной единицы - метра. За единицу площади принимался квадратный метр, за единицу массы – килограмм, масса кубического дециметра чистой воды при температуре С. Метрическая система с самого начала задумана как международная. Ее единицы не совпадали ни с какими национальными единицами, а наименования единиц и десятичных приставок были образованы от мертвых языков (латинского, древнегреческого). Так, например, наименование приставок образованы с помощью древнегреческих слов: «кило» - тысячи, «гекто» - сто, «дека» - десять, «санти» - сотая, «милли» - тысячная и т. д.

27 марта 1771 г. Учредительное собрание  Франции утвердило предложения  Парижской академии наук. Национальный конвент признал, что дело реформы мер и весов, «как одно из величайших благодеяний революции, должно быть доведено республикой до конца». 7 апреля 1795 г. Конвент принял закон о введении во Франции метрической системы и поручил комиссарам, в число которых входили Кулон, Деламбер, П. Лаплас, Ж. Лагранж, Луавазье и другие ученые, выполнить работы по экспериментальному определению единиц длины и массы. Эта работа, проводившаяся под наблюдением международной комиссии, была закончена в 1799 г. Был изготовлен прототип метра, представляющий собой платиновую линейку сечением мм с хорошо отполированными концами, расстояние между которыми воспроизводилось в то время с погрешностью, не превышающей 20 мкм.  Единица массы - килограмм – первоначально была определена как масса кубического дециметра чистой воды при температуре С, а позднее из платины был изготовлен прототип килограмма, представляющий собой цилиндрическую гирю высотой и диаметром, равными 39 мм. В 1799 г. оба прототипа были переданы на хранение в Национальный архив Франции и получили название архивный метр и архивный килограмм.

Несмотря на очевидные преимущества, метрическая система внедрялась с трудом. Декретом Наполеона от 12 февраля 1812 г. метрическая система была существенно изменена. Наполеон ввел новую систему, в которую вошел туаз, приравненный двум метрам, и многие единицы со старыми названиями, но приведенные к метрической системе. Наполеон считал, что «нет ничего противоречащего складу ума, памяти и соображению, чем то, что предлагают эти ученые. Абстракциям и пустым надеждам принесено в жертву благо теперешних поколений, ибо заставить старую нацию принять новые единицы мер и весов, надо переделать все административные правила, все расчеты промышленности. Такая работа устрашает разум». Лишь декретом от 4 июля 1837 г. очищенная от нововведений Наполеона метрическая система мер была окончательно введена во Франции с 1 января 1840 г.

Принятая во Франции в конце XVIII в. метрическая система мер во второй половине XIX в. получила международное признание. Она была принята в Бельгии, Голландии, Италии, Испании, Португалии, Греции, Мексике, Чили, Бразилии и в Республиках центральной Америки.

В 1867 г. на первом съезде естествоиспытателей              Д. И. Менделеев выступил с заявлением о метрической системе мер. Менделеев характеризовал метрическую систему мер как одну из попыток продолжения пути к «объединению народов», установлению «крепких связей» между ними. Он призывал членов съезда к использованию метрической системы мер во всей их повседневной деятельности:

- «станем употреблять ее постоянно в наших научных исследованиях и только в случае нужды рядом будем означать наши обыкновенные меры и веса»;

- «введем в наши лекции и уроки данные метрические, чтобы развивать в наших слушателях привычку соображать по этой системе»;

- «снабдим наши кабинеты, лаборатории и музеи образцами мер и весов этой системы»;

- «будем нашим ученикам внушать необходимость принятия этой системы»;

- «станем требовать в школах знакомства с этой системой».

В связи с международным признанием метрической системы возникла потребность в постоянно действующей международной организации по применению и распространению метрической системы мер. По инициативе некоторых стран, в том числе и России (в 1869 г. академики О. В. Струве, Г. И. Вильд, Б. С. Якоби направили в Парижскую академию наук доклад, в котором предлагалось с целью обеспечения единства измерений в международном масштабе изготовить прототипы метра и килограмма и распределить их однотипные копии между заинтересованными государствами), была созвана Международная дипломатическая конференция, на которой 20 мая 1875 г. представители 17 государств подписали метрическую конвенцию, целью которой были обеспечение единства измерений длины и массы и дальнейшее совершенствование метрической системы мер.

Конвенция предусматривала:

- создание Международного бюро мер и весов (МБМВ) для хранения международных прототипов метра и килограмма с целью их периодического сличения с прототипом метра и килограмма других стран;

- учреждение Международного комитета мер и весов, координирующего научную и практическую деятельность в области метрологии стран, подписавших метрическую конвенцию;

- проведение (не реже одного раза в 6 лет) Генеральной конференции по мерам и весам для решения принципиальных вопросов обеспечения единства измерений на международном уровне.

В соответствии с конвенцией было учреждено Международное бюро мер и весов (МБМВ), на которое возложено:

- хранение международного прототипа метра и килограмма;

- периодическое сличение национальных прототипов метра и килограмма с международными прототипами;

- сличение эталонных термометров.

Метрическая конвенция была изменена международным соглашением, подписанным в Севре 6 октября 1921 г. Этим соглашением была расширена сфера действия Метрической конвенции на область электрических величин, в связи с чем МБМВ поручалось:

- установление и хранение эталонов электрических величин;

- сличение международных эталонов электрических величин с национальными;

- работы по определению физических констант, более точное знание которых могло бы послужить повышению точности измерений длины, массы, температуры, электрических и других величин.

В настоящее время к Метрической конвенции присоединились 48 стран мира ( в них сосредоточено более 95 % мирового промышленного капитала).

Органами Метрической конвенции являются:

1. Генеральная конференция по мерам и весам (ГКМВ), созываемая один раз в 4-6 лет. В ее работе участвуют полномочные представители государств, подписавших Метрическую конвенцию. Всего за период действия конвенции состоялась 21 Генеральная конференция по мерам и весам (первая - в 1889 г., двадцать первая – в              1999 г.). На ГКМВ предлагают и обсуждают мероприятия, необходимые для распространения и совершенствования Международной системы единиц, а также утверждают результаты работы, полученные между ее сессиями. Председательствует на ГКМВ действующий президент Парижской академии наук. ГКМВ является в мире высшим органом по вопросам установления единиц физических величин, их определений и методов воспроизведения с помощью эталонов. ГКМВ избирает Международный комитет мер и весов (МКМВ), который руководит всей работой между конференциями.
2. Международный комитет мер и весов, состоящий из 18 членов, созывается ежегодно. МКМВ определяет основные направления метрологических работ, руководит деятельностью МБМВ и ведет оперативные дела. Вся исследовательская работа МКМВ осуществляется либо по программе МБМВ, которая выполняется его сотрудниками, либо в рамках деятельности консультативных комитетов МКМВ. В настоящее время действуют 10 консультативных комитетов:

- Консультативный комитет по электричеству и магнетизму (ККЭМ);

- Консультативный комитет по фотометрии и радиометрии (ККФР);

- Консультативный комитет по термометрии (ККТ);

- Консультативный комитет по измерениям длины (ККД);

- Консультативный комитет по определению частоты и времени (ККВЧ);

- Консультативный комитет по измерению ионизирующих излучений (ККИМИ);

- Консультативный комитет по единицам (ККЕ);

- Консультативный комитет по массе и связанными с ним единицами (ККМ);

- Консультативный комитет по количеству вещества (КККВ);

- Консультативный комитет по акустике, вибрации и ультразвуку (ККАВУ).

 Работа в консультативных  комитетах проводится силами  специалистов ведущих лабораторий  мира при осуществлении их координации со стороны МКМВ.

Членами консультативных комитетов МКМВ от Российской Федерации являются ВНИИМ им. Д.И. Менделеева, ВНИИФТРИ и ВНИИОФИ.

3. Международное бюро мер и весов (МБМВ) является первым международным научно-исследовательским метрологическим учреждением, существующим на взносы стран, подписавших метрическую конвенцию. МБМВ ведет научно-исследовательские работы по совместно разрабатываемым программам участников метрической конвенции. Эти программы подготавливаются МКМВ и утверждаются ГКМ.

В соответствии с общей целью Метрической конвенции МБМВ в настоящее время выполняет следующие функции:

- хранение международного прототипа килограмма, имеющего статус международного эталона, и периодические сличения с ним национальных прототипов килограмма;

- проведение метрологических исследований по повышению точности воспроизведения величин Международной системы единиц при помощи эталонов;

- создание необходимых эталонов и проведение сличений этих эталонов с национальными эталонами.

В соответствии с конвенцией ежегодные расходы по содержанию Международного бюро мер и весов и расходы комитета покрываются взносами членов-участников конвенции, устанавливаемыми по шкале, основанной на численности их населения.

Каждый из членов-участников конвенции имеет право прекратить для себя действие конвенции.

В 1956 г. была подписана межправительственная конвенция об учреждении Международной организации законодательной метрологии (МОЗМ). Целью этой организации является унификация законов, правил и инструкций в области обеспечения единства измерений. МОЗМ разрабатывает международные рекомендации по терминологии, методам измерений, правилам испытаний и поверки средств измерений, т. е. по всем видам нормативных документов, регламентирующих передачу размера единицы от эталона рабочим средствам измерений.