Метрология как сфера массовой техники
С процессами измерения в настоящее время имеет дело любой человек. Даже современный быт заполнен приборами и измерениями.
Простейший пример измерения — взвешивание товара в магазине.
А про технику говорить вообще не приходится, измерительный прибор главная часть любого производства, а измерение — важнейшая частью почти любой работы.
Проблемами измерения занимается метрология. Именно эта наука описывает правильное измерение. Следовательно, определенными познаниями в области метрологии должен обладать любой человек. Хотя бы для того, чтобы представлять, как должны его обслуживать в магазине, чтобы его не обманули, не обвесили, не обсчитали. Метрология должна входить в состав базового образования ребенка, чтобы он мог ориентироваться в современном мире, заполненным приборами и измерениями.
Но для того, чтобы довести метрологические знания до самых широких масс людей, чтобы можно было преподавать ее в школе на уровне примерно пятого класса, чтобы процесс измерения мог грамотно провести любой даже малоквалифицированный работник, метрология должна сама иметь некую базовую основу, доступную для широких масс. Удовлетворяет ли этим требованиям современная метрология? Увы, нет.
Для того, чтобы было более понятна наша мысль, приведем простой пример. Телевидение широко вошло в жизнь современного человека. И перед специалистами в области телевидения также встала проблема, как создать такую систему его описания, чтобы она была понятна любому человеку, вплоть до ребенка.
Представим себе, что система описания телевидения опиралась бы на понятия частот, модуляции, уровень черного и другие сложные понятия, на которых в действительности и основано само телевидение. Мог бы тот же ребенок пользоваться телевизионными устройствами? Конечно, нет. Но телевизионщики создали простое понятие “телеканал”. И вот уже в системе понятия “телеканал” управление телевизионными устройствами стало доступным самым широким массам. Но создать с технической стороны систему описания на основе телеканала было вовсе не просто, это сложнейшая техническая система. Но всего этого массовому пользователю вовсе нет необходимости знать, чтобы эффективно управлять свои телевизором. Ему достаточно знать, что есть телеканал и где расположены кнопки для их переключения..
Аналогично и в области метрологии необходимо довести некоторые основополагающие понятия до столь же простого уровня, чтобы любой человек мог метрологически грамотно осуществлять процесс измерения даже ничего не зная о метрологии..
К сожалению, до сих пор на эту сторону, массовую сторону своего использования метрологическая наука внимание обращала недостаточно. Поэтому мы и видим часто вопиющую метрологическую безграмотность. Кто не видел, как на почте пытаются взвесить двадцатиграммовое письмо на килограммовых весах, кто не помнит, как во времена до номинации денег нам выставлялись цены вплоть до копеек и продавцы подсчитывали на калькуляторах цены с семью значащими разрядами. Кто не видел всякого рода схем и чертежей и рабочей документации с указанием тех или иных параметров без всякого указания, а с какой точностью должны эти параметры устанавливаться и измеряться? Да стоит взять любой справочник технический или иной, в котором приведены всякие числовые данные. Например, плотности, давления, температуры и т.д. Но покажите хоть один, в котором указывалась точность этих данных. Практически нет таких справочников. Вообще, можно сказать, что современное общество обладает вопиющей метрологической безграмотностью.
Метрологическая безграмотность приводит иногда к трагическим последствиям как техническим, так и социальным. Метрологические ошибки могут вызывать аварии и даже катастрофы. Известны примеры, когда люди попадали в тюрьму только по метрологической безграмотности следственных и судебных органов, например, продавцов привлекали к ответственности за погрешности в отпуске товаров, лежащие в пределах погрешности измерения.
Недостатки в метрологическом обеспечении могут приводить к многомиллиардным убыткам. Например, в горном деле существует норматив точности производства маркшейдерских работ в пять процентов. И на основании маркшейдерских измерений судят об объемах добычи. Но при любой поверке этих измерений реальные объемы ВСЕГДА оказываются заниженными именно на эти пять процентов. Фактически, это означает, что все маркшейдерские работы реально осуществляются со значительно большей точностью, а пять процентов накидывают сверх измеренного в качестве “премии”. Можно представить, какие суммы выплачены в счет этих маркшейдерских “премий”.
Измерение без указания его точности бессмысленно, любое нецелое число есть результат измерения либо получено из измерения, либо служит для измерения. Другими словами ВСЕ нецелые числа есть числа МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ, а вовсе не действительные. В настоящее время мы используем буквально пять-десять действительных чисел. Это пи, е, O 2 и еще может пяток. Все остальные есть метрологические числа, т.е. полученные из измерения или обработкой измерения. А метрологическое число имеет две характеристики — номинальную и метрологическую. Без метрологической характеристики метрологическое число бессмысленно.
Важнейшей задачей метрологии является повышение метрологической культуры общества. Но для этого необходимо создать простую систему метрологического описания. Причем именно простую для пользователя, а вовсе не обязательно простую саму по себе. Причем она должна быть универсальной.
Универсальная система метрологического описания
В настоящее время для метрологического описания измерения используется множество самых разнообразных характеристик: абсолютная ошибка, относительная ошибка, размах, среднеквадратичное отклонение, допуск и т.д. Все эти описания или не наглядны, либо сложны для использования.
Необходимо создать единую простую метрологическую характеристику. При этом мы должны иметь в виду следующее: метрологическая характеристика точности сама может быть очень неточной. Например, рассмотрим метрологическое число 23543± 5. Это вполне корректная запись метрологического числа с метрологической характеристикой абсолютной ошибки. Заметим, что номинал числа имеет 6 значащих цифр, а метрологическая характеристика — 1. А представим себе, что мы бы написали такое метрологическое число: 23543,5± 0,2021. Что бы мы сказали о таком числе? Что метрологическая характеристика просто бессмысленна. Ведь если для измерения первого числа мы использовали прибор с 6 значащими цифрами, то для того, чтобы установить такую точность, мы, надо полагать, использовали прибор уже с десятью значащими цифрами, т.е. на четыре порядка более точный. А использовать столь точный прибор для этого измерения просто бессмысленно.
Таким образом, точность может иметь весьма грубую характеристику.
В качестве универсальной метрологической характеристики результат измерения примем характеристику, которую назовеминдексом точности, сокращенно ИТ. Единицу измерения индекса точности назовем числом индекса точности или чит. Для индекса точности имеем выражение
где Т — индекс точности измеряемой величины Х, х — измеренное значение, D х — абсолютная погрешность измерения. Скобки означают, что результат округляется до ближайшего целого неотрицательного числа.
Таким образом, индекс точности всегда целое неотрицательное число. Записывать индекс точности будем после самого числа через косую черту. Например, 234.5/23 есть уже правильно описанное метрологическое число. 234.5 есть номинал, например, в вольтах, а 23 есть индекс точности или просто точность в читах.
Индекс точности, равный 0 чит, означает отсутствие точности, т.е. полную неопределенность. Индекс точности 1 чит означает, некоторую вероятность, что что-то такое есть. Уровень точности больше единицы уже означает достоверность, что измеряемая величина присутствует.
Удобством этой системы описания является то, что второй десятичный знак указывает, сколько десятичных цифр в числе достоверны. Например, если мы имеем точность в 32 читов, то можем заведомо сказать, что три десятичных знака в числе точные, четвертый может иметь погрешность, а пятый вообще недостоверен. Поэтому для такого метрологического числа можно писать только четыре десятичных знака, например, 234,5/33 будет вполне корректная запись метрологического числа. Но запись 234,53/32 уже будет явно избыточной и его можно округлить на один десятичный разряд. В то же время запись числа 0.45/35 более грамотно писать в виде 0.4500/35.
В технике обычными являются точности порядка 20-50 чит. В геодезии точность доходит до 70 чит. Наибольшая достигнутая точность соответствует 120 чит. С такой точностью создан современный атомный эталон времени.
Зная индекс точности T легко вычислить и абсолютную погрешность измерения, она равна:
Ряды индексов точности
Введем понятие основного ряда чисел индексов точности. Основной ряд чисел индексов точности есть ряд
10, 20, 30, 40, 50,…
Введем дополнительный ряд чисел точности. Он состоит из чисел:
5, 15, 25, 35,…
Предполагаемый метрологический стандарт. При метрологическом проектировании рекомендуется преимущественно использовать числа точности из первого ряда, во вторую — из второго ряда. Числа вне этих рядов к использованию при метрологическом проектировании допускаются только в особых случаях.
Как правило, на практике используются не отдельные метрологические числа, а некоторые множества метрологических чисел. Дадим описание главных видов метрологических множеств
Множество метрологических чисел с максимальным значением индекса точности назовем классом точности по этому индексу.
Множество метрологических чисел с минимальным значением индекса точности назовем группой точности по этому индексу.
Множество метрологических чисел с минимальным и максимальным значением индекса точности назовемметрологическим полем. Метрологическое поле определяется нижним и верхним индексами точности. Разность между верхним и нижним индексами точности назовем девиациейметрологического поля.
Практическое использование метрологических ансамблей
Рассмотрим некоторый измерительный прибор. Мы можем осуществлять множество измерений этим прибором, получая определенный метрологический ансамбль. Так как каждый измерительный прибор имеет предельную точность, то этот ансамбль есть класс точности.
Итак, каждый прибор с метрологической точки зрения характеризуется величиной индекса точности получаемого с его помощью класса точности. Индекс точности получаемого класса точности назовем классом точности измерительного прибора.
Рассмотрим некоторый единый процесс измерения одной и той же величины. Как правило, технические условия на производство измерений включают в себя требование, чтобы точность измерений была не ниже некоторого значения. Таким образом, процесс измерения создает метрологическую группу. Индекс точности группы точности при производстве измерений есть характеристика измерительного процесса. Назовем ее процедурной точностью.
При измерении мы пользуемся некоторым прибором, имеющим определенный класс точности. Естественно, что класс точности измерительного прибора должен быть выше процедурной точности. Таким образом, измерительный процесс с помощью измерительных приборов создает измерительное поле, нижняя метрологическая грань которого определяется техническими условиями на процесс измерения, а верхняя — классом точности используемого(ых) прибора(ов).
Рекомендуемая гамма измерительных приборов и устройств состоит из классов точности с рекомендуемыми значениями индекса точности, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40 и т.д. чит.
Приборам класса 5 чит присваивается название индикаторов. Приборы класса 10 и 15 составляют группу низкоточных приборов, приборы класса 20 и 25 составляют группу средней точности, и приборы свыше 30 чит составляют группу высокоточных приборов.
Предмет изобретения. Измерительный прибор, отличающийся тем, что он содержит вторую шкалу с нанесенными на ней значениями точности измерения в читах.
Например, Если имеем прибор класса точности 20 с предельным значением измеряемого параметра 100 и с постоянной абсолютной ошибкой во всем диапазоне измерения, то имеем следующие положения значений шкалы точности по отношению к шкале измерения.
Шкала точности,чит
|
Шкала измеряемой величины
|
6
|
4
|
7
|
5
|
8
|
6
|
9
|
8
|
10
|
10
|
11
|
13
|
12
|
16
|
13
|
20
|
14
|
25
|
15
|
32
|
16
|
40
|
17
|
50
|
18
|
63
|
19
|
80
|
20
|
100
|
При определении точности измерения берут ближайшее значение (справа или слева) значение точности, так как дробных значений точности не существует.
Так как абсолютная ошибка данного прибора равна ± 1, то шкала должна иметь десять больших делений, определяющих десятки единиц измеряемой величины и каждое большое деление разбито на десять маленьких делений, что позволяет определить точность измерения в одну единицу. Всего имеем 100 делений. Если прибор является настольным, то можно различить расстояние между делениями в 1 мм. Таким образом, получаем длину шкалы 100 мм. Этим самым полностью определяется метрологическая конструкция прибора класса 20 для профессионального использования.
Прибор класса 25 при абсолютной ошибке ± 1 бует иметь предельное значение шкалы измеряемой величины на 316 единиц, причем значения до 20 чит сохранят свое положение, а свыше будут расположены по таблице:
Шкала точности,чит
|
Шкала измеряемой величины
|
21
|
126
|
22
|
158
|
23
|
200
|
24
|
251
|
25
|
316
|
При том же самом расстоянии между делениями, длина шкалы составит уже 316 мм. Шкалу можно уменьшить вдвое, если сделать деления через две единицы и считывать показания с точность до середины между делениями, что вполне допустимо. Тогда шкала станет равной 180 мм. Фактически, указывающий прибор на весь интервал измерения от 0 до предельного значения более, чем класса точности сделать нельзя. Можно еще сделать шкальный прибор с зеркальной шкалой с лупой для считывания на 45 чит. Но это уже, видимо, предел.
Впрочем, сейчас проблема высокоточных показывающих приборов практически ушла в прошлое, так как высокоточная метрология почти полностью перешла на цифровую измерительную технику.
Для расширения пределов измерения используются два способа.
Первый способ состоит в сдвиге начального значения. Такой сдвиг осуществляется различными способами. Например, в стрелочных весах такой сдвиг осуществляют добавлением эталонной гири на специальную платформу. Точность эталонной гири должна быть не ниже класса точности самого измерительного прибора. В этих условиях точность измерения за пределом основной шкалы становится выше класса точности самого измерительного прибора.
Второй способ расширения состоит в делении измеряемой величины в кратное число раз. Наивыгоднейший способ деления будет по ряду: 1, 3.16, 10, 31.6 и т.д. В этом случае прибором с классом точности Т весь ряд измерений можно измерять с точностью не хуже Т-5. Это наиболее экономичный способ, так как позволяет иметь всего две шкалы измеряемых величин с использованием десятичных множителей, которые наносятся на переключателе диапазонов.
Однако, можно использовать и декадный делитель. В этом случае поле измерений составит Т-10 — Т.
Например, если использовать класс точности 20, то в этом случае мы имеем измерительное поле 10-20 чит. Такие приборы также вполне могут иметь спрос для грубых измерений, например, в бытовых вольамперомметрах. При этом области измерения ниже 10 чит можно вообще не показывать, т.е. все измерения вести в интервале (1-10)*10n. А интервал от 0 до 1 вообще не выводить для наблюдения. Это можно сделать двумя способами. Либо просто закрыть от наблюдения левую часть измерительной шкалы, либо использовать специально устройства противодавления, например, пружину, которая будет удерживать стрелку у ноля до достижения показания 1. Правда, в этом случае возникает проблема поверки прибора и потребуется иметь некий эталонное силовое воздействие, с помощью которого можно было бы поверять прибор перед началом измерений. Именно такие приборы, в которых показываются только метрологически значимая часть шкалы, являются с метрологической точки зрения наиболее правильными. И на конструкцию метрологически правильных приборов также можно взять патент или свидетельство на полезную модель.
Можно разбить поддиапазон 1-10 разбить на три поддиапазона 1— 2.154, 2.154 — 4.64, 4.64 — 10 и если класс точности прибора 20, то выполнять все измерения в интервале 17-20. Это означает, что поверку прибора класса 20 с диапазоном измерений 10-20 можно осуществлять тем же самым прибором, но использующим измерения в интервале 17-20. Таким образом, разные метрологические оформления одного и того же измерительного устройства позволяют его использовать и в качестве стандартного прибора и в качестве эталонного. Это тоже может стать предметом изобретения.
Цифровые измерительные приборы
Цифровая измерительная техника получила в настоящее время широкое распространение. Она позволяет создавать более высокоточные приборы. В настоящее время точность цифровых приборов доходит до 60 и даже более чит, что просто невозможно с помощью показывающих приборов.
Однако, в подавляющем большинстве случаев цифровые приборы используются для измерений, в которых эта предельная точность вовсе не нужна.
Измерения на предельной точности оказывает большую нагрузку на измерительное устройство и резко снижает ресурс его работы. Наконец, многочисленные лишние цифры утомляют измерителя, заставляют его тратить время. Поэтому предлагается новая схема измерений и новая конструкция цифрового измерительного прибора.
Предмет измерения. Способ измерения с помощью цифрового измерительного устройства, отличающийся тем, что пользователь устанавливает требуемую точность измерения, а выбор диапазона измерения номинала осуществляется автоматически для измерения его с равной или превышающей, но максимально близкой точностью. Соответственно и устройство имеет конструкцию, содержащую переключатель точности измерения на стандартный класс точностей (например, 10, 15, 20, 25… чит) и имеется устройство перебора диапазонов, автоматически выбирающее наиболее грубый диапазон измерения, на котором удовлетворялась бы заданная точность, причем вывод на показ результата осуществляется со значимостью, соответствующей заданной точности (на единицу больше цифр, чем число десяток в заданном значении точности).
Такое использование цифровых приборов является метрологически наиболее грамотным и будет способствовать увеличению ресурсов работы прибора. Наконец, это гораздо проще, чем каждый раз выбирать диапазоны измерения по отношению к измеряемой величине, позволяет значительно ускорить процесс измерения и автоматизировать его.
Предположим, нам необходимо спроектировать систему контрольно-измерительных приборов для некоторого производства.
Первым шагом выделяются отдельные метрологические поля. Это может быть поле температуры, давления, скорости и т.д. На производстве, как правило, имеется не одно, а несколько метрологических полей.
После этого необходимо определить метрологические характеристики по каждому полю. Нижний уровень точности определяется из технического задания на метрологическое проектирование, она определяется технологией производства, с какой минимальной точностью должны измеряться и контролироваться те или характеристики производственного процесса. При этом используются стандартные значения из основного или вспомогательного ряда чисел точностей.
После этого на основании данных о размахе изменения номинала каждого метрологического поля определяют, используется ли однодиапазонное, или многодиапазонное измерения. При многодиапазонном измерении девиацию метрологического поля можно принять небольшой, например, минимальной — 5 чит. Если размах изменения не очень велик, то можно использовать однодиапазонное измерение, например, 5 или 10 чит. Этим самым мы получаем верхнюю границу метрологического поля, которая и является классом точности измерительных приборов. А уже по определенному классу точности определяются необходимые приборы.
Такая система метрологического проектирования позволяет оптимизировать метрологическую систему, иметь систему КИП и автоматики минимальной стоимости.
Пример проектирования измерительно-приборной системы
Приведем пример проектирования измерительно-приборной системы.
Пусть нам необходимо спроектировать измерительно-приборную систему для взвешивания продовольственных товаров в магазине с указывающими приборами — весами.
В качестве технического задания на проектирование примем, что допустимая относительная погрешность взвешивания не должна превышать один процент в самом неблагоприятном случае, а погрешность в оплате товаров в самом неблагоприятном случае не должна превышать пяти рублей при продаже самых дорогостоящих товаров, цена которых принимается в 500 рублей за килограмм.
Отсюда следует, что нижняя грань точности метрологического поля должна составлять 20 чит. 5 рублей от 500 составляет 10 граммов продукта. Значит, абсолютная точности весов должна быть 10 граммов. Принимает предельный размер взвешиваемого товара 1000 граммов. Тогда верхняя грань метрологического поля будет 30 чит. Следовательно, необходимо использовать весы класса точности 40 с верхним пределом 1000 граммов. Область допустимых измерений составляет от 100 до 1000 граммов. Используются большие деления на 100 граммов, средние на 50 и малые на 10 граммов. Область от 0 до 100 граммов недопустима для использования, поэтому эта область вообще не размечается. Размечает только 0 для установки нуля, а рабочие деления начинаются только со 100 граммов.
Принимаем, что показания должны считываться с расстояния не менее двух метров лицам с пониженным зрением, например, при зрении ± 3 диоптрии. Каково должно быть расстояние между двумя черточками, чтобы человек с таким зрением мог их разделить с расстояния 2 метра — это узнаем у офтальмологов. Например, пусть 5 мм. Тогда длина всей шкалы должна быть 500 миллиметров.
На этом метрологический этап проектирования с точки зрения публичного пользователя — покупателя, заканчивается, и следующий этап есть уже этап физического проектирования самих весов на основании этих данных.
Ясно, что для публичного пользователя никаких индексов точности наносить не надо. Весы автоматически спроектированы так, чтобы метрологической корректности измерения достигалась автоматически. Желательно еще иметь контрольную гирю, например, на 1000 или 500 граммов для поверки весов. Если с точки зрения метролога 1000-грамовая гиря лучше, то с точки зрения публичного пользователя лучше иметь 500-грамовую, так как у широких масс есть недоверие к границам, мол, на границах все может быть и хорошо, а вот в центре… Вот почему лучше иметь 500 граммовую гирю. Она может быть одна на весь магазин, иметь класс точности 40 и защищена от фальсификации, например, остеклована или покрыта узором, нарушение которого сразу же показывали бы нарушения ее целостности.
Сопряжения размеров является весьма распространенной задачей. Например, вала и отверстия, оси и отверстия размещенного на них устройства, заклепки, шипа, дюбеля и отверстия, колеса и корпуса, в котором он размещен, шпонки и посадочного места на вале и шестерне и т.д. Причем втулка и отверстие могут иметь различную геометрическую фору — круглыми, квадратными, линейными и т.д.
В настоящее время для каждого типа сопряжения разрабатываются отдельные стандарты, которые представляются в виде больших таблиц допусков и посадок.
Это связано с тем, что все эти вопросы разрабатывались конструкторами. Но метрология позволяет дать решение этой проблемы единым образом.
По системе сопряжения различают сопряжения в системе втулки и в системе отверстия. В системе втулки по номиналу делается втулка, а отверстие уже сопрягается с втулкой, в системе отверстия по номиналу изготавливается отверстие, а размер втулки подгоняются под размер отверстия.
По характеру сопряжения различают подвижное и неподвижное сопряжение, причем различают несколько видов подвижного и неподвижного сопряжения — ходовое, легкоходовое, плотное, прессовое и т.д.
Наконец, сопряжения различаются классом точности.
Оказывается номинала сопрягаемых объектов, система сопряжения, характер сопряжения и индекс точности сопрягаемых объектов позволяют полностью описать всю геометрию сопряжения вне зависимости от их вида и назначения.
Если сопрягающий объект имеет размер a/t (a — номинал, t — индекс точности), то сопрягаемый объект должен иметь размер (a+n*D a)/t. Здесь n зависит от типа сопряжения, а D a есть абсолютная погрешность в данном классе точности. В системе втулки n<0 соответствует неподвижному соединению, n>0 соответствует неподвижному соединению. При n=0 характер соединения не определен. В системе отверстия, наоборот, при отрицательном n имеем подвижное соединение, при nположительном имеем неподвижное соединение.
Таким образом, достаточно только стандартизировать значенияn, чтобы полностью описать любое сопряжение вала и отверстия, шпонки и посадочного места и т.д.
Например, определим геометрию прессового сопряжения вала с отверстием в системе вала диаметром 100 мм в классе точности 40.
Примем, что для этого соединения n=4.
Для индекса точности 40 относительная ошибка равна 1*10-4, абсолютная ошибка для размера 100 мм равна 0.1 мм. Отсюда вал делаем диаметром 100,0± 0.1 мм, а отверстие делаем размером 100,0-4*0.1=99,6 мм также в классе точности 40, т.е. с погрешностью ± 0.1 мм. Итак, размер отверстия 99,6/40 мм. Никаких таблиц допусков и посадок не потребовалось.
Отметим также, что для изготовления по таблицам допусков и посадок потребовались бы гораздо большее количество измерений при изготовлении отверстия и более точный измерительный инструмент. Здесь же необходимо иметь лишь измерение номинала с помощью измерительного прибора, позволяющего измерять номинал 100 мм с точностью равной или лучшей, чем 40 чит. Это вполне может быть и штангенциркуль. Само измерение осуществляется гораздо проще. Таким образом, имеем увеличение производительности труда, экономию измерительных инструментов, и производственных инструментов (сверл) или число проходов фрезерного станка, а также возможность использования работника с более низкой квалификацией.
При производстве изделий, характеризующихся своим нецелым номинальным значением в настоящее время используются различные классы точности и осуществляется их маркировка по классам точности.
На самом деле необходимо описание не по классам, а группам точности, т.е. маркировка должна указывать предельно допустимую точность.
Кроме того, в каждой области производства и техники используются свои стандарты, свои виды маркировок, что создает большие затруднения. Например, в радиотехнике используется маркировка по точности с помощью цвета изделия, например, резистора.
Необходимо иметь единую универсальную маркировку любых изделий по индексам точности, которую и наносить на изделие, например, 50/20 Ком, 100/40 мм и т.д. Тогда это станет понятным каждому человеку, имеющему даже самое поверхностное представление о метрологии.
На всех чертежах, схемах и других проектных и отчетных документах все размеры и величины должны иметь метрологическую характеристику. Например, на чертеже можно размеры, которые имеют высокую метрологическую характеристику, маркировать прямо в месте указания номинала, а метрологическую характеристику некритических элементов указывать в спецификации чертежа или схемы.
Итак, проблема метрологического описания измерений, измерительных устройств, объектов метрологии может иметь единое метрологическое описание, которое позволит поднять метрологическую культуру не только техники, но и даже быта.
Но возникает новая проблема. Ведь метрологические числа используются в качестве входных данных для дальнейшей вычислительной обработки. Причем, в результате вычислений с метрологическими числами должно также получаться метрологическое число, которое используется для метрологических целей. Следовательно, любая вычислительная обработка должна давать на выходе не только номинал, но и метрологическую характеристику результат обработки.
В докомпьютерную эпоху это знали хорошо, потому были разработаны специальные правила работы с метрологическими числами в виде “Правил приближенных вычислений”.
В настоящее время вся вычислительная обработка осуществляется на компьютерах. Но нынешняя технология компьютерных вычислений предназначена исключительно для вычисления номиналов и не способна обрабатывать метрологическое число как единое целое — номинал и его метрологическая характеристика. Правила приближенных вычислений, которыми пользовались в докомпьютерную эпоху, полностью выброшены компьютерной технологией, якобы, за ненадобностью и устарелостью. А новых способов обработки метрологических чисел так и не создано.
В современном компьютеринге определение метрологической характеристики результатов осуществляется как бог на душу положит. Например, программист или другой специалист посчитает, что данный расчет дает точность 4 знака и просто дает команду о выводе на печать четырех знаков. Посчитает 5 — задаст 5. А если вообще не задаст никакой команды, то компьютер выдаст и все пятнадцать разрядов. Ясно, что это пещерный уровень в области метрологии, который характерен для современного состояния компьютерных вычислительных технологий.
А там, где имеется понимание необходимости иметь метрологическую характеристику, создаются специальные программы ее определения, причем для каждой задачи свои. Характерно, что затраты компьютерных ресурсов для определения точности расчета зачастую на порядок, а то и два больше, чем для расчета номинала. Ясно, что это бред. Ведь сама метрологическая характеристика имеет очень малую точность, нам нужен буквально один значащий разряд для характеристики точности, и использовать для его определения расчеты с двадцатью значащими разрядами есть чудовищная нелепость.
Определение метрологической характеристики должно осуществляться автоматически при обработке метрологических чисел. Но в настоящее время даже нет системы ввода метрологических чисел в компьютер, т.е. номинала числа и его метрологии.
Таким образом, проблема компьютерной обработки метрологических чисел выходит на первый план. Нужна принципиально новая технология обработки метрологических чисел, при которой данные в компьютер вводились бы в виде метрологических чисел, т.е. номинал и метрологическая характеристика, а результаты автоматически выдавались также в виде номинала и метрологии, причем это должна быть единая всеобщая универсальная система вычислений, другой системы вычислений нецелых чисел быть просто не должно, система вычислений только номиналов должна быть отвергнута и ликвидирована как метрологически безграмотная.
Можно ли принципиально создать такую вычислительную технологию? Она существовала уже в докомпьютерную эпоху, пусть и в не совсем законченном виде. Неужели то, что делал человек тысячу лет назад, умножая столбиком на бумажке, что делал в свое время любой ученик пятого класса при работе с приближенными числами, не способен сделать компьютер с его высочайшей производительностью, с его просто несопоставимыми вычислительными возможностями?
И такая технология обработки метрологических чисел разработана в России виде математической теории и ее приложения к компьютерным технологиям. Называется эта технология “Аппроксиметика”. Но это уже другая тема, хотя и связанная с метрологией.
Можно ввести понятие качественного метрологического изделия — МКИ. Это объект, удовлетворяющий всем метрологическим требованиям.
Требования эти, в принципе, просты.
- Измерительный прибор для массового, непроизводственного использования (весы, бытовые электроизмерительные приборы, приборы для измерения линейных размеров и т.д.) должны иметь четкое обозначение метрологического поля, в области которого рекомендуется производить измерение, и описание этого поля в маркировке прибора.
- Производственные метрологические приборы должны иметь специальную шкалу для определения метрологической характеристики измеряемой величины — шкалу индексов точности.
- Цифровые измерительные устройства должны обладать устройством выбора точности измерения и автоматической системой измерения с соответствующей точностью.
- Чертежи, схемы и т.д. должны содержать метрологическую характеристику всех номиналов.
- Справочники и иные книги, в которых используются метрологические величины, также должны содержать метрологические характеристики номиналов.
- Изделия с номиналом должны иметь ясную метрологическую маркировку.
- Проекты, включающие в себя наличие измерений и контрольно-измерительных приборов, должны содержать метрологическое описание используемых метрологических полей.
В настоящее время требованиям КМИ удовлетворяют только математические таблицы. В этих таблицах точно определено количество значащих разрядов, и абсолютная погрешность равна половине последнего значащего разряда. В них используется метрологическое описание через абсолютную погрешность. Но это описание для измерительной практики неудобно.
Стандарты КМИ могут пропагандироваться и внедряться коммерческой компанией, получив предварительно патенты и зарегистрировав полезные модели и товарные знаки.
Однако, для массового внедрения в жизнь концепций КМИ, сделать их стандартами, вести компанию по повышению метрологической культуры общества на государственном уровне требуются уже усилия государственных органов и прежде всего Госкомстандарта РФ.
Установив стандарты КМИ, Россия может начать распространение их по всему миру. Причем не только их пропагандой в среде мировой метрологической общественности, но и конкретными действиями. Например, Госкомстандарт вполне может либо своей властью, либо через постановления Правительства, либо, наконец, даже через закон ввести требования к импортируемой продукции о ее соответствия требованиям КМИ. Есть ведь положение, что вся ввозимая продукция должна иметь надписи на русском языке. И ничего, импортеры подчинились и стали размещать русские подписи. Точно так же им придется соответствующим образом оформлять свои метрологические изделия, тем более, что особых затрат для этого и не требуется. Правда, для этого им придется купить лицензию у владельцев интеллектуальной собственности на это оформление. А затем и сама мировая метрология естественно будет переходить на эти стандарты. Ведь это стандарты качественной метрологии, в которой Запад заинтересован не меньше, чем Россия. И тут могут появиться очень немалые деньги для тех, кто начнет этим заниматься.
Двадцать первый век — век информатики и век измерений. Метрология стала сферой не только производственной, но и массовой, бытовой, публичной деятельности. И перед нею стоит задача повышения общей метрологической культуры общества. Россия может стать ведущей страной на этом общемировом пути.
