Metrologija apibrėžiama kaip sistema ir mokslas apie svarsčius ir matus, pirmiausia siejamas su tradiciniais masės, ilgio, laiko bei kitais matavimais. Svarbiausias metrologijos uždavinys - užtikrinti matavimų vienovę bei reikiamą tikslumą.
Daugelyje pasaulio šalių matavimų vienovės ir tikslumo užtikrinimo priemonės (tam tikrų matavimo vienetų įteisinimas, reguliari matų, taip pat naujų bei jau eksploatuojamų matavimo priemonių patikra) yra reglamentuojamos įstatymų. Bendras matavimų vienovės užtikrinimo taisykles, normas ir reikalavimus nagrinėja teisinė metrologija.
Tarptautinis Bendradarbiavimas Metrologijos Srityje
Plėtoti nacionalinę matavimų sistemą ypač padeda tarptautinis bendradarbiavimas tiek fundamentaliosios (mokslinės), tiek pramoninės bei teisinės metrologijos srityje. Tarptautinio susitarimo poreikis metrologijos srityje buvo pripažintas dar 1860 metais.
Metrinė Konvencija
Plėtojant šalių kultūrinius bei ekonominius ryšius pirmiausia prireikė suvienodinti matus tarptautiniu mastu. Be to, matavimai turėjo būti atliekami taip, kad vartotojas galėtų pasikliauti gaunamais rezultatais. Pagrindiniai matavimų vienovės principai buvo pradėti įgyvendinti dar XVIII a. pabaigoje Prancūzijoje sukūrus metrinės vienetų sistemos pagrindus.
Tačiau tik XIX a. antroje pusėje ši sistema buvo pripažinta tarptautine, kai 1875 m. Paryžiuje septyniolika pasaulio valstybių pasirašė tarpvalstybinį susitarimą - Metrinę konvenciją. 1998 metais Metrinę konvenciją buvo pasirašiusios 48 šalys. Metrinė sistema, kuria remiasi Metrinė konvencija, buvo išplėtota iki tarptautinės vienetų sistemos SI [10].
Metrine konvencija atsakomybė už adekvačią techninę matavimo vienetų prasmę perduodama generalinei svarsčių ir matų konferencijai, su kuria šalys, pasirašiusios Metrinę konvenciją, gali bendradarbiauti. Kad šalyje būtų užtikrinta matavimų vienovė, matavimo vienetų apibrėžimai turi būti suderinti su jų apibrėžimais, įteisintais kitose šalyse.
Kita vertus, techninė pažanga sąlygoja vienetų apibrėžimų kaitą, ir visi vartotojai tuos pokyčius turi įteisinti vienu metu. Metrinėje konvencijoje numatyta nuolatinė organizacinė struktūra (1.5 pav.). Ja vadovaudamosi vyriausybės gali veikti sutartinai dėl visų dalykų, susijusių su matavimo vienetais.
Generalinės svarsčių ir matų konferencijos šaukiamos kas ketveri metai Paryžiuje. Jose dalyvauja visų Konvenciją pasirašiusių šalių atstovai. Tarptautinį svarsčių ir matų komitetą (CIPM) sudaro 18 generalinėje konferencijoje išrinktų asmenų. Jis prižiūri Tarptautinio svarsčių ir matų biuro (BIPM) darbą.
Konsultaciniai komitetai rūpinasi matavimo vienetų apibrėžimų bei jų verčių perdavimo tobulinimu. 1998 m. BIPM dirbo 8 konsultaciniai komitetai: Sekundės, Metro, Elektrinių dydžių, Masės, Termometruos, Fotometrijos ir radiometrijos, Jonizuojančiosios spinduliuotės ir Vienetų komitetas. Kiekvienas konsultacinis komitetas savo srities klausimais konsultuoja CIPM.
Sutarties infrastruktūra ir yra sudaryta taip, kad būtų galima palaikyti matavimo vienetus šiuolaikiniame lygyje, laiku būtų padaromos pataisos, susijusios su mokslo ir technikos pažanga, bei atsižvelgiama į visuomenės reikmes.
Istorinis Kontekstas
1791 m. Prancūzijos nacionalinis susirinkimas priėmė metrinę matų sistemą. Tai buvo pirmoji dydžių vienetų sistema. Ją sudarė ilgio, ploto, tūrio ir masės vienetai. Pagrindiniai vienetai buvo metras ir kilogramas.
Žinoma, šių dienų reikalavimų ši sistema nebeatitinka. Pagrindinių ir išvestinių vienetų sistemą pasiūlė K. Gausas (Gauss). Šioje sistemoje buvo tokie pagrindiniai vienetai: ilgio - milimetras, masės - kilogramas, laiko - sekundė. Visi kiti vienetai buvo sudaromi iš šių trijų nepriklausomų vienetų.
Ilgainiui atsirado didelė dydžių vienetų ir sistemų įvairovė, todėl buvo gana keblu jomis naudotis. Dėl to kilo idėja sukurti bendrą dydžių vienetų sistemą, patogią vartoti visose mokslo ir technikos srityse, kuri pakeistų visas vienetų sistemas ir įvairius nesisteminius vienetus. Tarptautinis svarsčių ir matų komitetas sudarė komisiją vienai tarptautinei vienetų sistemai sukurti.
Tarptautinė Vienetų Sistema (SI)
SI pagrindas yra septyni gerai apibrėžti pagrindiniai vienetai: metras, kilogramas, sekundė, amperas, kelvinas, molis ir kandela (1.6 pav.; 1.1 lentelė). SI vienetai yra koherentiški. Tai reiškia, kad jie sudaro vienetų sistemą, kurioje vienetai yra tarpusavyje susieti sandaugų ar santykių ryšiais, o daugikliai siejančiose priklausomybėse visada lygūs 1.
Iš SI vienetų tik kilogramo apibrėžimas susijęs su dirbtiniu produktu - platinos ir iridžio lydiniu. Sekundę apibrėžia atominiai ir kvantiniai reiškiniai; metrą - šviesos greitis ir sekundė; amperą - mechaninė jėga ir atstumas; kelviną - termodinaminės pusiausvyros būsena; kandelą - galia ir fiziologinės konversijos faktoriai; molį - kiekis medžiagos, lygus skaičiui atomų dvylikoje gramų anglies 12C.
SI vienetai susiję tiek su atomo ir kvantiniais reiškiniais, tiek ir su fundamentaliosiomis fizikos konstantomis. Papildomieji SI vienetai - tai plokščio ir erdvinio kampo vienetai: radianas ir steradianas. Išvestiniai SI vienetai sudaromi iš pagrindinių ir papildomųjų. Vienetai, turį specialius pavadinimus, pateikti 1.2 lentelėje.
Kadangi matuojamųjų dydžių verčių ruožas labai platus, tai SI vienetais naudotis ne visada patogu, nes gaunama ir labai didelių, ir labai mažų verčių. Todėl leidžiama naudotis kartotiniais ir daliniais sistemos vienetais. Šiems vienetams sudaryti vartojami daugikliai. Kartotinių ir dalinių vienetų pavadinimai turi daugiklius atitinkančius priešdėlius (1.3 lentelė).
Savo ruožtu SI sistema nėra nekintama: ji nuolat tobulinama siekiant patenkinti vis didėjančius reikalavimus matavimams. Sargą, kad butų patenkinti didesni tikslumo reikalavimai, išplėstos matavimų ribos, aprėpiamos naujos matavimų sritys, tuo pat metu išlaikant matavimų vienovę.
Matuojamąjį dydį, nusakantį kokį nors sistemos bruožą, apibūdina jo dimensija. Fundamentalioji vertė, susijusi su bet kuria dimensija, priklauso nuo vieneto. Pavyzdžiui, masės, ilgio, laiko dimensijos asocijuojasi su kilogramo, metro, sekundės vienetais.
Matavimo Etalonai
Kad matuoti būtų galima reikiamu tikslumu, vartojami matavimo vienetai turi būti tiksliai apibrėžti, taip pat reikalingos priemonės naudojamoms matavimo priemonėms palyginti pagal priimtą šio vieneto etaloną. Matavimo etalonu vadinama matavimo priemonė, realizuojanti matuojamojo dydžio vienetą.
Pirminis etalonas nustato (nusako) dydžio vieneto vertę ir realizuoja vienetą taip, kaip jis yra apibrėžtas. Savo ruožtu dydis apibrėžiamas remiantis fizikos žinių lygiu taip, kad jį būtų galima nustatyti su kuo mažesne neapibrėžtimi.
Todėl tarptautiniai susitarimai dėl vienetų apibrėžimo siejami su pirminių etalonų panaudojimu; šiais susitarimais numatomos priemonės etalonui realizuoti. realizuoti) visame pasaulyje, jie turi būti patikimi ir stabilūs ilgą laiką bei mažiausiai jautrūs aplinkos pokyčiams.
Šalia pirminio etalono tiek valstybinėse metrologijos institucijose, tiek pramonės įmonėse matavimo priemonėms kalibruoti vartojami įvairūs atraminiai etalonai, kurie yra ne tokie sudėtingi, tikslūs ir ne tokie brangūs kaip pirminiai etalonai. Tiksliausi šalyje turimi etalonai vadinami valstybiniais. Jie nebūtinai turi būti pirminiai.
Nacionalinių matavimo etalonų lygį lemia šalies poreikiai, metrologinės galimybės bei turimi resursai. Tačiau labai svarbu užtikrinti, kad matavimai, atlikti bet kur šalyje kasdien naudojamomis laboratorinėmis ar darbinėmis matavimo priemonėmis, derintųsi tarpusavyje, t.y. tą pačią matuojamojo dydžio vertę atitiktų tas pats matavimo rezultatas (matavimo neapibrėžties ribose).
Šią dydžio vertę ir atkuria tarptautinis ar nacionalinis etalonas. pat darbinės matavimo priemonės) vadinama susiejimu. Etalonų sietis (atsekamumas) pasiekiamas, kai kiekviena kalibravimo pakopa yra susijusi su greta esančia per įteisintą sertifikavimo sistemą.
Pasaulinio masto tarptautinis susitarimas dėl matavimo vienetų ir tikslių matavimo etalonų sieties užtikrinimo, tenkinant mokslo, pramonės, prekybos bei visuomenės poreikius, apibrėžtas Metrine konvencija. Įgyvendinti šį susitarimą patikėta BIPM ir išsivysčiusių šalių metrologijos institutams (1.7 pav.). BIPM atsako už vieningos, koherentiškos dydžių matavimo sistemos bazės sukūrimą.
BIPM netik platina vienetus, pavyzdžiui, masės, laiko vienetus, bet ir užsiima koordinacine veikla, t. y. lygina tarptautinius nacionalinius etalonus. Kad didžiausio reikiamo tikslumo matavimai ilgai būtų stabilūs, reikalingi vienetai, susiję su atominiais ir kvantiniais reiškiniais.
Fundamentaliosios fizikinės savybės yra atkartojamos geriau, negu savybės (požymiai), apibrėžtos naudojantis matavimo vienetais, grindžiamais žmogaus sukurtais prototipais. Aiškiai apibrėžtose situacijose vienetus sieja fundamentaliosios fizikos konstantos; šių konstantų vertės SI vienetais gaunamos arba tiesiogiai iš bandymų, arba apskaičiuojamos netiesiogiai, panaudojant vieną iš daugelio jas siejančių ryšių.
Įteisinus fizikinėmis konstantomis remiantis sudarytus vienetus, ne tik padidėjo matavimų tikslumas daugelyje matavimo sričių, bet ir susiformavo naujas požiūris į matavimo etalonus. Tarptautinių ir nacionalinių matavimo etalonų kūrimas ir palaikymas yra savita matavimų mokslo sritis, kuriai būdinga siekti kuo didesnio matavimo etalonų tikslumo (kuo labiau sumažinti konkretaus vieneto etalono neapibrėžtį). Daugiausia dėmesio skiriama pagrindinių SI vienetų etalonams.
Pirminiai etalonai yra sudėtingi ir brangūs, be to, dažnai jie nepritaikyti praktinėms kalibravimo reikmėms. Šiam tikslui naudojami žemesnių kalibravimo grandinės pakopų etalonai - atraminiai arba darbiniai.
Kiekvienos žemesnės pakopos etalonai kalibruojami pagal greta esančio aukštesnio lygio etalonus. Žemesnės tikslumo pakopos etalonų kalibravimo neapibrėžtis yra 3.4 kartus didesnė už gretimos aukštesnės tikslumo pakopos etalonų kalibravimo neapibrėžtj.
Matavimo vienetų atgaminimas panaudojant etalonus, sukurtus remiantis fundamentaliosiomis fizikos konstantomis bei kvantiniais efektais, suteikia galimybę realizuoti pirminius SI vienetų etalonus tiesiog pažangių technologijų įmonėse bei išpplatinti šiuos vienetus per nacionalinius matavimo institutus.
Kalibravimo laboratorijos, kurios sugeba pasinaudoti šiais kvantiniais efektais, gali disponuoti pirminiais etalonais. Tada labai sutrumpėja tarptautinės sieties grandinės, laiduojančios matavimų vienovę, ir sumažėja vienetų platinimo išlaidos.
Kita vertus, kai egzistuoja daug pirminių etalonų, sunkiau teisiškai užtikrinti matavimų vienovę. Reikalingi teisiniai aktai ir tarptautiniai susitarimai, kad būtų sukurtos priemonės(prielaidos), kuriomis pasinaudojant matavimo rezultatai būtų pripažinti galiojančiais, nes vienoje šalyje sukurti pirminiai etalonai iš principo negali būti susieti su kitų šalių pirminiais etalonais, pavyzdžiui, negali būti įtraukti į tą pačią kalibravimo grandinę.
Vietoj to įvairių šalių pirminiai etalonai palyginami vieni su kitais (1.9 pav.), kad būtų galima nustatyti, koks vieneto tikslumo lygis yra ekvivalentiškas. Be abejo, nacionalinis metrologijos institutas gali neturėti pirminių etalonų, o tenkintis atraminiais etalonais, susietais su kitos šalies ar BIPM pirminiu etalonu.
Šalys, kurios nori išvystyti pažangios technologijos pramonę, privalo turėti savo pirminius etalonus, kad būtų tikros dėl atliekamų matavimų tikslumo ir stabilumo. Esminis suderinto metrologijos tobulinimo laidas yra tarptautinis bendradarbiavimas kuriant matavimo etalonus, dalyvavimas tarptautinėse programose bei tiesioginių ryšių su kitų šalių metrologijos institutais stiprinimas siekiant matavimo etalonų tarptautinio susietumo bei nacionalinių galimybių išplėtimo.
Teisinė svarsčių ir matų kontrolė yra viena seniausių vartotojų apsaugos formų [7,11,12, 13]. Prekyboje matavimai turėjo teisinį pagrindą beveik nuo rašytinės istorijos pradžios. Patikrinti svarsčiai ir matai yra visuotinai reikalingi prekių mainams.
Tačiau prekyba nėra vienintelė sritis, kur matavimai turi būti teisiškai pagrįsti. Kokybė tampa rinkos parametru, tad jos užtikrinimo sistemos yra sertifikuojamos pagal ISO-9000 standartų reikalavimus. Tuo pačiu kokybės užtikrinimo sistemose naudojami matavimo prietaisai - kokybės informacija įranga - taip pat tampa prieinami (atviri) teisiniam tyrimui.
Aplinkosaugai, žmonių sveikatos apsaugai ir jų saugumui vis labiau technologiškai išvystytame pasaulyje taip pat reikia daugybės reguliavimo aktų, kuriems įgyvendinti reikalingi matavimai. Taigi iš esmės beveik visi matavimai yra susiję su teisiniais dalykais.
Teisinė Metrologija
Teisinė metrologija yra metrologijos šaka,kuri nagrinėja, ar matavimo vienetai, matavimo metodai ir matavimo priemonės atitinka privalomus techninius reikalavimus, kurių tikslas yra užtikrinti žmonių saugumą ir atliekamų matavimų tikslumą, kad žmonės būtų apsaugoti nuo neteisingų matavimų padarinių.
Teisinė metrologija apima visas teisines, administracines ir technines procedūras, kurias nustato ir įdiegia valstybiniai organai, siekdami apibrėžti ir užtikrinti reikiamą matavimų, susijusių su oficialia kontrole, prekybos operacijomis, taip pat sveikatos apsauga, saugumu bei aplinkosauga, kokybę ir patikimumą.
Ji taikoma ten, kur gali būti nesutarimų dėl matavimo rezultatų, arba ten, kur dėl neteisingų matavimų gali būti padaryta žala žmogui ar visuomenei.
Tarptautinė Teisinė Metrologija
Tarptautinė teisinės metrologijos organizacija (OIML). Esminis matavimų bruožas yra internacionalumas; tarptautinė prekyba lemia ekonomikos globalumą, tyrimai technologijos, medicinos ir kitose srityse tai pat labai priklauso nuo tarptautinio bendradarbiavimo.
Tarptautinis keitimasis žiniomis, ekspertizės rezultatais skatina įvairių žmogaus veiklos sričių pažangą. Su metrologija susijusios ir tokios daugelio tarptautinių institucijų veiklos sritys kaip standartizavimas, akreditavimas, sertifikavimas, fizika, chemija, sveikatos apsauga.
Matmenys
Matmenys nusako detalės dydį, formą ir paviršių tarpusavio padėtį. Dažnai vartojamos tokios sąvokos kaip nominalusis matmuo, tikrasis matmuo ir ribiniai matmenys.
Nominalusis matmuo (D, d, I ir kt.) - detalės arba sujungimo matmuo (1.20 pav.), nuo kurio atidedami nuokrypiai ir apskaičiuojami ribiniai matmenys. Nominaliuosius matmenis nurodo konstruktorius pagal stiprumo ar standumo skaičiavimus ir eksploatacinius reikalavimus. Šie matmenys parenkami iš standartinių linijinių matmenų eilučių pagal pirmenybinių skaičių eiles šiek tiek juos su...