Метролог. В. В. Бабушкин

На каждом шагу своей практической деятельности человек имеет дело с измерениями. С незапамятных времен и до наших дней измерения являются одним из важнейших путей познания природы человеком. Они дают характеристику окружающего нас мира с его количественной стороны, помогают раскрыть действующие в природе закономерности. Великий русский ученый Д. И. Менделеев, оценивая значение измерений, писал: "Наука начинается с тех пор, как начинают измерять. Точная наука немыслима без меры".

Особенно возросла роль измерений в век широкого внедрения новой техники, развития электроники, автоматизации, атомной энергетики, космических исследований. Высокая точность и строгое единство в измерениях одних и тех же физических величин вне зависимости от используемых методов - основное требование к современной измерительной технике. Эти задачи и решает метрология - наука об измерениях, привлекая себе на помощь новейшие технические средства и методы (электронную технику, спектроскопию, кибернетические системы и т. д.).

Ширится круг проблем, решаемых сейчас при помощи измерительной техники, растет число подлежащих измерению величин. Метрология призвана создать на основе современного теоретического фундамента наиболее современную систему единиц, которые обеспечили бы наивысшую точность измерений. Не только научные исследования, но и значительная доля технологических процессов в современной промышленности требует строжайшего количественного контроля их параметров на всех этапах производства, без чего определение качества и экономического эффекта невозможно. В настоящее время объем контрольно-измерительных операций очень часто достигает 25 - 50 процентов общего уровня трудозатрат в производстве.

По содержанию деятельности метрологи являются либо государственными поверителями, либо научными работниками, хотя резкой грани между теми и другими провести нельзя.

Метрологический надзор, осуществляемый либо органами государственной поверочной службы, либо метрологической службой предприятия, служит тому, чтобы результаты научно-теоретических разработок внедрялись со строгостью закона в самые разнообразные области человеческой деятельности, связанной с измерительной техникой. Метрологи постоянно осуществляют государственный надзор за качеством продукции и проводят государственные испытания и поверку измерительной техники. Для этого приходится много работать и с документацией, которая регламентирует порядок службы, и с приборами, сравнивать их с образцовыми средствами измерений. При сравнении образцовый и поверяемый приборы устанавливают на испытательный стенд, регистрируют с их помощью одинаковую по размеру физическую величину (электрическое напряжение, длину, температуру) и определяют различия в их показаниях. Эту операцию повторяют многократно, рассчитывают погрешности и решают вопрос о пригодности поверяемого прибора.

Государственная поверочная служба принимает впервые выпускаемые измерительные приборы и дает разрешение на их серийный выпуск.

Особенность работы государственного поверителя состоит в том, что он работает строго по правилам, определяемым государственными стандартами (ГОСТами). ГОСТ определяет требования к документации, методы и средства контроля приборов, перечень характеристик качества приборов, методику обработки результатов. Работа эта очень кропотливая. Сейчас работа оператора на стенде облегчается тем, что многие операции выполняются автоматизировано, а сам оператор занят в основном анализом и оформлением полученных результатов.

Но поверочная деятельность предъявляет к человеку и особые требования. Как правило, контролеры работают в обычных производственных условиях: в цехе, в отделе технического контроля либо в контрольно-поверочной лаборатории. Но бывают случаи, когда условия труда поверителя необычны. Например, при световых измерениях, когда работа ведется в полностью затемненных помещениях, где точность измерений зависит от индивидуальной чувствительности глаза оператора, поверку проводят несколько операторов, показания которых усредняют. Поверка акустических и магнитных приборов проводится в экранированных помещениях глубоко под землей и т. д. В этих условиях квалифицированным специалистом становится лишь тот, кто умеет 7 - 8 часов работать в абсолютной темноте либо в полнейшей тишине или при повышенном уровне шума, не уменьшая наблюдательности и точности действий.

Научные работники создают эталоны единиц физических величин и разрабатывают научные основы передачи размера этих единиц от эталонов к рабочим измерительным приборам, используемым в промышленности.

Как создаются эталоны? На каком-то этапе в практической деятельности становится недостаточно достигнутой точности измерений. Так, результаты измерений одной и той же физической величины, например длины, выполняемые различными точными средствами, расходятся между собой больше, чем это допустимо на сегодняшний день. Возникает необходимость создать устройство, воспроизводящее единицу этой величины с наивысшей точностью по сравнению со всеми другими аналогичными средствами измерений.

Созданный прибор, отвечающий этим требованиям, аттестуется и становится государственным эталоном. Так как методы измерений и применяемые при этом технические средства все время совершенствуются, нельзя рассчитывать на очень долгую жизнь эталона. Однако создание новых или совершенствование старых эталонов крайне сложно. Ведь современные традиционные средства повышения точности эталонов почти полностью себя исчерпали, и метрологи ищут принципиально новые пути воспроизведения размера физических величин при помощи хорошо изученных и достаточно надежных естественных физических явлений. Так, для воспроизведения единицы длины - метра - вначале использовали специально изготовленный платиноиридиевый стержень. Затем метр воспроизводился как сумма определенного числа длин волн излучения, испускаемого криптоновой лампой. А в настоящее время найдена возможность воспроизведения метра через скорость света. Для воспроизведения единицы температуры используют точки плавления чистых металлов, интервала времени - время распада радиоактивных элементов и т. д.

Разработка эталонов предполагает решение ряда теоретических, конструкторских, технологических и производственных задач. Начинается работа с того, что определяют основной принцип действия эталона. При этом необходимо выполнить ряд расчетов для того, чтобы оценить, насколько выбираемые принципы или принцип реализуют заданную точность воспроизведения единицы физической величины. Эту работу производят ученые и инженеры, специализирующиеся в соответствующей области: механики - при разработке эталона единицы механических величин, термодинамики - при разработке эталона единицы тепловых величин и т. д. Если принцип себя оправдывает, научные работники и конструкторы - сотрудники специальных конструкторских бюро - проектируют эталонный комплекс. Для этого вначале создается техническое задание, в котором определяются технические требования к конструкции эталона, средствам и методам автоматизации производства измерений и обработки информации, к художественному оформлению и эргономике. В это же время исследуются физические и технологические вопросы, создаются алгоритм программ для вычислительной техники и методики передачи размера единиц.

Воплощение самых оригинальных замыслов исследователей и проектировщиков зависит от изготовления эталона. Здесь на помощь приходят люди с уникальными способностями (умельцы). Именно они могут сварить два тончайших металлических волоска, которые не сварит самый совершенный электросварочный аппарат, или отполируют вручную поверхность зеркальной линзы, которую нельзя обработать на станке. Выполнение эталонного оборудования требует большого практического навыка, значительной теоретической подготовки рабочих.

Изготовленный эталон устанавливают на место его эксплуатации. Иногда годами длятся его исследования и метрологическая аттестация. Для того чтобы выявить погрешности этих устройств и устранить их, специалисты-метрологи повторяют и повторяют опыты, сравнивают результаты, анализируют их, учитывают влияние побочных факторов, сопоставляют с уже имеющимися данными. Одновременно с этим готовят так называемую поверочную схему. Она предусматривает определенный раз и навсегда установленный для этого вида измерений порядок передачи размера единицы физической величины от эталона через образцовые средства к рабочим приборам.

Наконец установка утверждена в качестве государственного эталона, утверждена и поверочная схема. Наступает период его эксплуатации, то есть использование эталона для аттестации образцовых средств измерений. За строжайшим соблюдением регламентирующих все операции правил хранения и применения эталона отвечает Ученый хранитель эталона (обычно кто-либо из его создателей). Специально подготовленные инженеры, техники и лаборанты под его руководством периодически исследуют эталон, проверяют воспроизводимость метрологических характеристик, а также проводят профилактические и регламентные работы, выполняют все измерения, обслуживают вычислительную технику, обрабатывают результаты измерений и т. д.

Отличительными качествами личности метролога являются наблюдательность, внимательность, аккуратность, собранность и точность во всех своих действиях: при измерениях, в расчетах при обработке и анализе результатов, при оценке характеристик приборов. Успехи в работе метролога зависят от его творческого вклада, от умения правильно планировать исследования, оценить их результаты, вникнуть в их сущность, скорректировать ход работы.

После XXVII съезда КПСС введена государственная приемка изделий. Возглавляют ее территориальные органы метрологической службы Госстандарта. Осуществляют приемку специалисты, выделенные из среды метрологов. Немаловажное значение для метролога-практика имеет гражданская принципиальность и твердость характера при оценке качества продукции.

Техников-метрологов готовят Московский, Одесский и Уральский техникумы измерений Госстандарта и их многочисленные учебно-консультативные пункты в различных городах страны. Инженеры, окончившие технические вузы, проходят переподготовку во Всесоюзном институте повышения квалификации руководящих и инженерно-технических работников в области стандартизации, качества продукции и метрологии (Москва) и его филиале (Ленинград).