Słowo "metrologia" pochodzi od greckich słów "metron" oznaczającego miarę i "logos" oznaczającego badanie. Tak więc metrologia dosłownie oznacza "naukę o pomiarach". Według Bureau International des Poids et des Mesures (BIPM), metrologia jest nauką o pomiarach. Obejmuje ona zarówno aspekty eksperymentalne, jak i teoretyczne i ma zastosowanie do wszystkich poziomów niepewności w różnych dziedzinach nauki i technologii.
Metrologia sięga wieków przed pierwszymi transakcjami handlowymi. Egipcjanie postanowili zmierzyć jedną stopę, z czego wywodzą się pomiary stóp. W swojej definicji Egipcjanie określili długość rzymskiego palca i rzymskiej stopy. Precyzyjnie wykazali, że rzymskie stopy to 16 palców; 296 352 µm, zbyt precyzyjny opis!
Należy zauważyć, że metrologia powstała głównie w celach ekonomicznych. Pomiary w metrologii uznają, że dokładność determinuje wymianę materiałów, podczas gdy błąd pomiaru może wpływać na kompletność transakcji. Współczesna metrologia różni się od dzisiejszej i ma zastosowanie w niektórych dużych dziedzinach technologicznych.
Ogólna definicja metrologii
Metrologia, jako dyscyplina, zajmuje się nauką o pomiarach. Stworzenie wspólnej bazy pomiarowej jest kluczowe, podobnie jak nadanie uniwersalnego znaczenia jednostkom pomiarowym, takim jak metry, kilogramy i sekundy. To znormalizowane podejście pomaga uczynić pomiary standardowymi, spójnymi i nadającymi się do wykorzystania w nauce, inżynierii i handlu.
Jest również wykorzystywana w życiu codziennym, ale w większości przypadków jest nierozpoznana. Szczególnymi aspektami metrologii są pomiary produktów wykorzystywanych w nowych i rozwijających się technologiach, jakości produktów i bezpieczeństwa. Wszystkie te aspekty pomagają rozwijać dziedzinę technologii lub wykrywać awarie systemów.
Dzięki tej ogólnej strukturze metrologia przyczynia się do niezawodności pomiarów, które stanowią podstawę dzisiejszego społeczeństwa.
Przemysłowa definicja metrologii
Metrologia przemysłowa to dziedzina zajmująca się wytwarzaniem i wykorzystywaniem pomiarów w przemyśle. Jej celem jest zapewnienie dokładności i niezawodności standardów pomiarowych, co ma kluczowe znaczenie dla jakości produktów, z których korzystamy na co dzień.
Metrologia przemysłowa wykorzystuje zaawansowane przyrządy i procedury do pomiaru charakterystyk. Zapewnia kontrolę jakości procesu, wskazując potencjalne zmiany, które mogą prowadzić do wadliwych produktów. Dyscyplina ta obejmuje kontrolę jakości, która pomaga zapewnić zgodność produktów z wymaganiami projektowymi i regulacyjnymi.
Metrologia przemysłowa pomaga zminimalizować ilość odpadów, zwiększyć wydajność i poprawić globalną konkurencyjność producentów wytwarzanych towarów.
Definicja prawna metrologii
Metrologia prawna to gałąź metrologii zajmująca się prawnymi aspektami pomiarów. Jej celem jest ochrona interesów konsumentów oraz uczciwość, porównywalność i wiarygodność pomiarów. Metrologia prawna jest niezbędna w handlu głównie dlatego, że definicje i pomiary zapewniają standardy, które zapobiegają nieuczciwości lub niepewności klientów lub podmiotów gospodarczych.
Metrologia prawna oznacza pomiar wag używanych na rynkach, ilości paliwa sprzedawanego z pomp na stacjach benzynowych oraz pomiary dokonywane na pakowanych towarach. W ten sposób zgodność z zasadami metrologii prawnej pomaga uniknąć oszustw w sprzedaży i zakupach. Zgodność ta chroni konsumentów przed otrzymywaniem towarów niskiej jakości i gwarantuje równe warunki konkurencji biznesowej.
Regulacja ta tworzy zaufanie wewnątrz i pomiędzy uczestnikami rynku. Ponadto przyczynia się do stabilności gospodarczej i zapewnia, że standardy pomiarowe są jednolite we wszystkich segmentach regionalnych i przemysłowych.
Naukowa definicja metrologii
Metrologia naukowa zajmuje się tworzeniem, utrzymywaniem i ulepszaniem systemów odniesienia pomiarów. Obejmuje ona ustanawianie i utrzymywanie standardów pomiarowych, które są akceptowalne na arenie międzynarodowej i które są powiązane z podstawowym układem SI.
Metrologia naukowa obejmuje identyfikację jednostek podstawowych. Jednostki te obejmują jednostki długości, masy i czasu, takie jak między innymi metry, kilogramy i sekundy, aby zapewnić, że jednostki są dokładnie zdefiniowane i stosowane.
W ten sposób metrologia naukowa przyczynia się do tworzenia i wdrażania standardów pomiarowych w badaniach, eksperymentach i innowacjach. W konsekwencji zapewnia porównywalną i niezawodną jakość pomiarów w różnych dziedzinach nauki na całym świecie.
Termin "metrologia" pochodzi od starożytnych greckich słów "metron" oznaczającego miarę i "logos" oznaczającego badanie. Zasadniczo metrologia jest nauką o pomiarach. Tak więc, aby zrozumieć metrologię, musimy najpierw zapytać: "Czym dokładnie jest pomiar?
Normy pomiarowe
Pomiar, w najprostszej definicji, to określenie wielkości przedmiotu lub zakresu zjawiska. Obejmuje to porównanie atrybutu obiektu lub zjawiska, na przykład długości, masy, objętości, czasu i temperatury, między innymi, z odniesieniem lub jednostką. Pomiar polega na wyrażeniu pewnych obserwowalnych zjawisk w kategoriach porównywalnych wartości liczbowych.
Kolejną istotną częścią pomiaru jest kwantyfikacja. Pomiar dotyczy liczbowego wyrażenia stopnia mierzonej właściwości. Ta liczbowa reprezentacja jest przydatna, ponieważ zapewnia widoczny i ilościowy sposób patrzenia na różne atrybuty.
Standaryzacja to kolejny ważny aspekt pomiaru. Obejmuje ona wykorzystanie znormalizowanych jednostek lub standardów do porównań w innych kontekstach. Jeśli pomiary nie są znormalizowane, mogą być nieprecyzyjne, a porównywanie różnych wartości i udostępnianie danych może stać się wyzwaniem.
Precyzja i dokładność to dwa najbardziej podstawowe cele pomiarowe. Precyzja to uzyskiwanie kolejnych obserwacji przy użyciu tej samej metodologii lub w różnych przypadkach w tych samych warunkach środowiskowych. Dokładność, odwrotnie, jest definiowana jako bliskość rzeczywistej wartości wyjściowej lub zmierzonej wartości do wartości właściwej lub standardowej. Dokładność i precyzja prowadzą do preferowanej cechy pomiaru. Jest niezbędna w różnych dyscyplinach, w tym w badaniach naukowych, inżynierii i ogólnym użytkowaniu.
Pomiar a metrologia
Metrologia to dziedzina nauki i techniki zajmująca się zasadami pomiaru. Pomiar odnosi się do procesu określania wartości, ilości lub wielkości określonej jednostki. Pomiar ocenia i tłumaczy właściwości fizyczne przy użyciu standardowych jednostek, podczas gdy metrologia obejmuje praktyki, techniki i zasady pomiaru.
Innymi słowy, metrologia to nauka o pomiarach, która oferuje koncepcje, zasady i praktyki niezbędne w procesie pomiarowym. Obejmuje ona ustanowienie standardów pomiaru, kalibracji i weryfikacji. Metrologia pomaga uniknąć zniekształceń lub zmienności wyników, które opierają się na pomiarach i ma kluczowe znaczenie dla postępu badań oraz praktycznej pracy i zastosowań.
Zrozumienie pomiarów wymiarów, masy i czasu w metrologii
Metrologia ma różne gałęzie, które specjalizują się w różnych funkcjach w różnych branżach. Trzy podstawowe kategorie pomiarów - metrologia wymiarowa, metrologia masy i pomiar czasu - wykorzystują specjalistyczne narzędzia do różnych celów.
Metrologia wymiarowa
Wymiar Metrologia mierzy długość, szerokość, głębokość lub średnicę obiektów. Jest to istotne w praktycznym kontekście zagwarantowania, że poszczególne obiekty mają określone cechy rozmiaru i kształtu. Ponadto wiele znanych narzędzi pomiarowych, takich jak suwmiarki i mikrometry, jest wykorzystywanych głównie do pomiaru małych wymiarów i grubości. Z drugiej strony, współrzędnościowe maszyny pomiarowe wykorzystują sondę do automatycznego obliczania fizycznych wymiarów geometrycznych obiektu, podczas gdy skanery laserowe rejestrują wiele punktów w celu utworzenia obrazu 3D.
Metrologia wymiarowa odgrywa istotną rolę w przemyśle wytwórczym i inżynieryjnym. Ocenia i potwierdza, że produkowane części i podzespoły spełniają wymagania projektowe. W kontroli jakości sprawdza, czy produkty mieszczą się w ustalonych dopuszczalnych odchyleniach jakościowych. W budownictwie sprawdza określone wymiary, aby upewnić się, że są dobrze dopasowane.
Metrologia masowa
Metrologia masy zajmuje się masą lub ciężarem, jest powszechnie stosowana w różnych branżach i stanowi element kontroli wilgotności. Ma kluczowe znaczenie w biznesie, analizie naukowej, kontroli jakości i innych branżach.
Do pomiaru masy wykorzystywane są różne narzędzia, takie jak wagi i odważniki, przy czym narzędzia takie jak wagi analityczne zapewniają wysoką dokładność pomiaru. Inne, takie jak wagi przemysłowe, mogą mierzyć masę w dużych ilościach. Komparatory masy to przyrządy o wysokiej dokładności, które pomagają zmierzyć masę obiektu w stosunku do masy znormalizowanej.
Metrologia elektryczna
Oprócz tych głównych gałęzi, metrologia elektryczna mierzy wielkości elektryczne, takie jak napięcie, prąd, rezystancja i pojemność. Niektóre przykłady elektrycznych urządzeń pomiarowych obejmują multimetry, oscyloskopy i mierniki LCR. Pomagają one mierzyć napięcie, prąd, częstotliwość, fazę, czas i wiele innych charakterystyk obwodów elektrycznych.
Metrologia elektryczna jest niezbędna w produkcji elektroniki, wytwarzaniu i dystrybucji energii oraz w laboratoriach kalibracyjnych. Jest niezbędna do prawidłowego funkcjonowania i kalibracji przyrządów.
W przemyśle farmaceutycznym metrologia masy przyczynia się do dokładnego dawkowania leków dostępnych dla ogółu społeczeństwa. Odgrywa ona również istotną rolę w handlu, umożliwiając pomiar masy produktów. Jest niezbędna w badaniach naukowych, gdzie dokładne pomiary masy są istotne dla pomiarów podczas eksperymentów.
Metrologia czasu
Metrologia czasu zajmuje się dokładnym pomiarem interwałów czasowych i częstotliwości. Jest to ważne dla organizacji i dokładnego pomiaru czasu w odpowiednich dziedzinach. Innym rodzajem standardu czasu są zegary atomowe, które są najlepsze dla metrologii czasu ze względu na przemianę jądrową. Zegary i zegarki, choć nie tak dokładne jak poprzednie urządzenia do pomiaru czasu, są pomocne na inne sposoby w kilku dyscyplinach.
Telekomunikacja jest krytycznym obszarem metrologii czasu, ponieważ stempluje i koordynuje transmisję danych oraz operacje sieciowe. Jest to równie ważne dla GPS, który wykorzystuje pomiary czasu w procesie lokalizacji, a także w badaniach naukowych, które obejmują procedury interwałów czasowych.
Oddział metrologii | Instrument | Zakres pomiaru | Precyzja/dokładność | Przykład zastosowania |
Wymiar | Suwmiarka noniuszowa | 0 - 300 mm | ±0,02 mm | Pomiar małych wymiarów części mechanicznych |
Współrzędnościowa maszyna pomiarowa (CMM) | 0 - 1000 mm (XYZ) | ±1 µm | Sprawdzanie tolerancji dużych zespołów | |
Skaner laserowy | Do 500 m | ±0,1 mm/10 m | Tworzenie modeli 3D obiektów | |
Masa | Waga analityczna | 0,1 mg - 200 g | ±0,1 mg | Ważenie farmaceutyków lub próbek o wysokiej precyzji |
Skala przemysłowa | 0 - 5000 kg | ±0,5 kg | Ważenie materiałów sypkich w produkcji | |
Komparator masy | 1 g - 10 kg | ±0,01 mg | Wzorcowanie odważników i wzorców | |
Czas | Zegar atomowy | Ciągły (w nanoskali) | ±1 ns (nanosekunda) | Synchronizacja systemów GPS i eksperymentów naukowych |
Stoper | 0 - 1000 s | ±0.01 s | Czas eksperymentów i wydarzeń | |
Chronometr | 0 - 12 godzin | ±1 s | Precyzyjny pomiar czasu dla różnych zastosowań | |
Elektryczny | Multimetr | 0 - 1000 V, 0 - 10 A | ±0,01% odczytu | Pomiar napięcia, prądu i rezystancji |
Oscyloskop | 0 - 1 GHz | ±1% odczytu | Analiza kształtu fali i zmian sygnału | |
Miernik LCR | 0 - 10 µH, 0 - 100 µF | ±0,1% odczytu | Pomiar indukcyjności, pojemności i rezystancji |
Metrologia w życiu codziennym: Powszechne zastosowania i znaczenie
Nie ulega wątpliwości, że metrologia jest niezbędnym elementem wielu sfer ludzkiej działalności. Jej wkład jest również decydujący i wpływa na niezawodność różnych prostych czynności ludzkiego życia.
Gotowanie i przygotowywanie żywności
W kulinariach i przygotowywaniu żywności precyzja pomiarów jest ważnym aspektem. Zapewnia ona uzyskanie optymalnych rezultatów. Używanie kubków lub łyżek do odmierzania składników, takich jak mąka, cukier i płyny, zapewnia, że przepisy spełniają zamierzoną jakość - smak i konsystencję.
Mierzenie kubków i łyżek wyskalowanych do standardowych jednostek można najlepiej opisać jako metrologię wymiarową. Obejmuje ona niektóre z jej najprostszych zasad. Podobnie termometry mierzą końcową temperaturę wewnętrzną żywności. Pozwala to zweryfikować, czy są one bezpieczne do spożycia na różnych etapach gotowania.
Kontrola temperatury ma kluczowe znaczenie w przygotowywaniu żywności w celu zwiększenia bezpieczeństwa żywności, uniknięcia rozwoju bakterii i uzyskania doskonałej jakości żywności. Znaczenie tych pomiarów polega na tym, że ułatwiają one uporządkowanie i standaryzację jakości i smaku żywności. Zapobiegają również zanieczyszczeniu żywności i zapewniają bezpieczeństwo spożycia przez ludzi.
Zdrowie i medycyna
Dokładne diagnozowanie chorób i leczenie pacjentów ma kluczowe znaczenie dla zdrowia i medycyny. Wynika to z potrzeby uniknięcia błędnej diagnozy i niewłaściwego leczenia, które może nawet zaszkodzić pacjentowi. Produkty medyczne, w tym urządzenia do pomiaru ciśnienia krwi i glukozy, termometry itp. muszą być bardzo dokładne, aby zapewnić prawidłową diagnozę i leczenie. Metrologia ma kluczowe znaczenie dla standaryzacji i osiągnięcia odpowiedniego przepływu tych instrumentów do praktycznej produkcji.
Podobnie, dokładne odmierzanie dawek leków ma kluczowe znaczenie dla osiągnięcia pożądanych efektów terapeutycznych. Minimalizuje to wszelkie niepożądane skutki uboczne. Urządzenia medyczne używane do skalowania i strzykawkowania są wysoce znormalizowane, aby zapewnić dokładne pomiary wymaganych porcji.
Znaczenie tych precyzyjnych pomiarów jest bardzo duże. Mają one kluczowe znaczenie dla uniknięcia błędnej diagnozy i leczenia choroby. Jest to ważne dla ochrony zdrowia pacjentów, a także zwiększenia skuteczności systemów leczenia.
Finanse osobiste i handel
Dokładność ma również kluczowe znaczenie w finansach osobistych i handlu. Pomaga ona osiągnąć uczciwość i utrzymać zaufanie ludzi. Wagi używane do ważenia owoców, warzyw i mięsa w sklepach spożywczych zapewniają klientom prawidłowe ceny towarów. Taka kalibracja ma kluczowe znaczenie dla koncepcji sprawiedliwego handlu.
Podobnie, pompy używane do wydawania gazu są bardzo dokładne. Eliminuje to wszelkie wątpliwości co do kwoty, jaką klient zapłacił za paliwo, utrzymując w ten sposób uczciwość w biznesie. Znaczenie pomiaru w takich sytuacjach polega na utrzymaniu uczciwości poprzez obliczenie właściwej porcji lub proporcji lub właściwych środków, które należy zapewnić konsumentom.
Po trzecie, skalibrowany sprzęt, jeśli jest konserwowany, minimalizuje ryzyko sporów. Zwiększa to zaufanie konsumentów do transakcji handlowych.
Monitorowanie środowiska
W obserwacji środowiska kluczowe znaczenie ma jego pomiar w celu ochrony środowiska i zapobiegania rozprzestrzenianiu się chorób. Monitory jakości powietrza i wody są niezbędne do identyfikacji obecności zanieczyszczeń i zanieczyszczeń. Gwarantuje to, że środowisko jest zdrowe i zgodne z wymogami prawnymi. Te konkretne szczegóły mają kluczowe znaczenie dla ochrony dobrobytu ludzi i zachowania przyrody.
Podobnie przyrządy meteorologiczne używane do pomiaru jakościowych i ilościowych wartości warunków pogodowych, takich jak temperatura, wilgotność i ciśnienie, zapewniają właściwą i prawdziwą prognozę nadchodzącej pogody. Pomaga to ludziom w organizowaniu ich działań i podejmowaniu odpowiednich działań w odniesieniu do warunków pogodowych panujących w danym czasie.
Wszystkie te pomiary są niezbędne, ponieważ zapewniają wysoki poziom bezpieczeństwa dla ludzi i pozwalają uniknąć problemów związanych z zanieczyszczeniem.
Międzynarodowy Układ Jednostek Miar (SI) i jego znaczenie w metrologii
SI to uznawany na całym świecie zestaw specyfikacji dotyczących pomiarów, które zyskały globalne uznanie i mają zastosowanie w wielu dziedzinach nauki. Ustanowiony w celu zapewnienia uniwersalnego języka pomiaru, układ SI wykorzystuje siedem podstawowych jednostek. Podstawowe jednostki to metr (m) dla długości, kilogram (kg) dla masy i sekunda (s) dla czasu. Inne to amper (A) dla prądu elektrycznego, kelwin (K) dla temperatury, mol (mol) dla ilości substancji i kandela (cd) dla natężenia światła. Takie jednostki podstawowe, wraz z dodatkowymi jednostkami pochodnymi, takimi jak niuton (N) dla siły i paskal (Pa) dla ciśnienia, umożliwiają dokładne i powtarzalne pomiary. Zastosowanie jednostek SI na całym świecie sprawia, że pomiary są jednolite i łatwo porównywalne. Ma to kluczowe znaczenie w badaniach, rozwoju i handlu. Obecnie prawie wszystkie kraje wprowadziły jednostki SI do swoich systemów prawnych i regulacyjnych. Dzięki temu dane i wyniki są zharmonizowane.
Jednostki SI pełnią również istotną funkcję w pozyskiwaniu i utrzymywaniu dokładności technologicznej. Podstawowe stałe mają zastosowanie do nowej wiedzy w nauce i technologii, w tym do aktualizacji kilograma w 2019 roku. Dlatego elastyczność układu SI gwarantuje, że jest on stale aktualny i funkcjonalny w służbie swojemu celowi. Zapewnia on dokładne pomiary w różnych dziedzinach nauki i inżynierii oraz do codziennego użytku.
Wnioski
Metrologia jest ważną nauką, której celem jest zagwarantowanie jakości pomiarów w różnych dziedzinach naszego życia. Począwszy od jej historycznych początków w handlu, rozszerza ona swoje zastosowania we współczesnych technologiach i gałęziach przemysłu, wspierając pomiary w różnych formach.
W przemyśle jest to sposób na zapewnienie jakości produktu. W prawie uczciwość w handlu jest niezbędna w badaniach technologicznych i naukowych. Obejmuje ona rozwój granic technologicznych. Metrologia wykorzystuje struktury ramowe, takie jak Międzynarodowy Układ Jednostek Miar (SI), aby jednocześnie komunikować się, udostępniać i ufać pomiarom.
Z tego powodu, gdy technologia wciąż ewoluuje, metrologia będzie nadal odgrywać znaczącą rolę w gwarantowaniu dokładnych i wiarygodnych pomiarów na całym świecie.