Metrologie v geodézii (154MEGE) Ing. Lenka Línková, Ph.D. Katedra speciální geodézie B 902 http://k154.fsv.cvut.cz/~linkova linkova@fsv.cvut.cz 1
Metrologie definice z TNI 01 0115: věda zabývající se měřením zahrnuje teoretické i praktické aspekty ve vztahu k měření, bez ohledu na to, v jaké oblasti se tato měření vyskytují TNI 01 0115 Mezinárodní metrologický slovník Základní a všeobecné pojmy a přidružené termíny 2
Metrologie se zabývá: definováním jednotek měření realizací jednotek, etalony návazností měření Návaznost měření měření je provedeno přístrojem, u kterého je zajištěna vazba na hierarchii etalonů. 3
Kategorie metrologie: Fundamentální metrologie zabývá se soustavou měřicích jednotek, realizací jejich etalonů, soustavou fyzikálních konstant, metodami měření. Průmyslová metrologie zajišťuje jednotné a správné měření v průmyslu (ve výrobě, zkušebnictví apod.). Legální metrologie zabývá se měřením tam, kde má vliv na správnost obchodního styku, ochranu zdraví nebo bezpečnost práce. 4
Stručný vývoj metrologie starověk základy vědomostí o měření v souvislosti s rozvojem obchodu se objevují snahy o přenesení zásad přesného měření i do každodenního života pokusy o sjednocení používaných měr průmyslová revoluce silný podnět pro sjednocení měr, s rozvojem techniky, vědy, výroby, obchodu a hospodářství od 19. století úzce souvisí i rozvoj metrologie 5
sílí tlak na zavedení jednotné soustavy jednotek přijímané všeobecně ve světě 1791 Ústavodárné shromáždění ve Francii rozhoduje o zavedení nové soustavy jednotek počátek moderní metrické soustavy později jsou definovány a přijaty další jednotky pro čas a hmotnost. Postupně jsou definice jednotek zpřesňovány a je tvořen systém návaznosti etalonů od nejvyšší k nejnižší metrologické přesnosti. 6
1875 byla podepsána Metrická konvence (Dohoda o metru) = oficiální a širší přijetí metrické soustavy, vytvoření mezinárodního metrologického systému v nových jednotkách. Touto konvencí byl zřízen Mezinárodní úřad vah a měr (Sèvres u Paříže). Dohodu podepsalo 18 států (my v rámci Rakouska-Uherska), dnes je členských států přes 50. 7
přelom v dějinách metrologie 1960 přijata soustava SI světový standard ve vědě, technice i obchodě rostoucí mezinárodní výměna zboží, růst konkurence, rozšiřující se sektor služeb vede k rostoucímu tlaku na zvyšování kvality výrobků i služeb rozvoj státní podpory ochrany spotřebitele a péče o kvalitu a bezpečnost výrobků a služeb další rozvoj metrologie 8
Nejdůležitější předpisy z oblasti metrologie zákon č. 505/1990 Sb., o metrologii + prováděcí vyhlášky zákon č. 20/1993 Sb., o zabezpečení výkonu státní správy v oblasti technické normalizace, metrologie a státního zkušebnictví zákon č. 22/1997 Sb., o technických požadavcích na výrobky 9
Zákon 505/1990 Sb. o metrologii základní poslání = úprava práv a povinností podnikatelských subjektů, orgánů státní správy a subjektů pověřených výkonem státní správy, za účelem zabezpečení jednotnosti a správnosti měřidel a měření. pravidla pro schvalování typu, ověřování, kalibraci a používání měřidel 10
Zákon č. 20/1993 Sb. zřizuje Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví (ÚNMZ), vymezuje orgány státní správy pro oblast technické normalizace, metrologie a státního zkušebnictví. Zákon č. 22/1997 Sb. zabývá se tvorbou a vydáváním českých technických norem (obecně nejsou závazné), vymezuje pojmy autorizace, akreditace a posuzování shody výrobků. 11
Na zákon o metrologii navazují vyhlášky Ministerstva průmyslu a obchodu: č. 262/2000 Sb., kterou se zajišťuje jednotnost a správnost měřidel a měření. Rozpracovává postup při schvalování typu stanovených měřidel, při ověřování, při autorizaci metrologických středisek. č. 345/2002 Sb., kterou se stanoví měřidla k povinnému ověřování a měřidla podléhající schválení typu. č. 264/2000 Sb., o základních měřicích jednotkách a ostatních jednotkách a o jejich označování. 12
ČSN ISO 80000 1:2011 (01 1300) Veličiny a jednotky Část 1: Obecně výchozí norma pro všechny technické normy zabývá se mezinárodní soustavou jednotek SI, zavádí pojmy rozměr veličiny, jednotka základní a odvozená, koherentní, násobky a díly jednotek. Uvádí všechny odvozené jednotky SI se zvláštními názvy a jejich značkami. 13
Mezinárodní soustava jednotek SI: Metr = délka dráhy, kterou proběhne světlo ve vakuu za dobu 1/299 792 458 sekundy (definice platí od roku 1983). Praktická realizace: pomocí několika doporučených vlnových délek záření laserů. Kilogram = hmotnost mezinárodního prototypu kilogramu. Praktická realizace: je dána porovnáním s prototypem z PtIr. 14
Etalon hmotnosti 15
Sekunda = doba trvání 9 192 631 770 period záření, které odpovídá přechodu mezi dvěma hladinami velmi jemné struktury základního stavu atomu cesia 133. Tato definice se vztahuje na atom cesia v klidu, při teplotě 0 K. Praktická realizace: Čas se realizuje pomocí frekvence atomových hodin. Kelvin = 1/273,16 díl termodynamické teploty trojného bodu vody. 16
Ampér = stálý elektrický proud, který při průchodu dvěma přímými rovnoběžnými nekonečně dlouhými vodiči umístěnými ve vzdálenosti 1 m od sebe ve vakuu vyvolá mezi nimi sílu 2x10-7 newtonu na 1 metr délky vodičů. Kandela = svítivost zdroje, který v daném směru vysílá monochromatické záření s kmitočtem 540x10 12 hertzů a jehož zářivost v tomto směru je 1/683 wattu na steradián. 17
Mol = látkové množství soustavy, která obsahuje právě tolik elementárních jedinců (entit), kolik je atomů v 0,012 kilogramu uhlíku 12 C. Při udávání látkového množství je třeba elementární jedince (entity) specifikovat; mohou to být atomy, molekuly, ionty, elektrony, jiné částice nebo blíže určená seskupení částic. 18
Jednotky tlaku: pascal Pa (odvozená ze soustavy SI) 1 torr = 133,322 Pa 1 bar = 100 000 Pa 1 mbar ~ ¾ torr Vlhkost vzduchu definována jako množství vodní páry ve vzduchu, nejčastěji se vyjadřuje jako relativní vlhkost vzduchu v %. 19
Vývoj definice metru v čase 1791: metr = délka jedné desetimilióntiny zemského kvadrantu 1799: metr = délka etalonu etalon původně mosazná tyč, pak tyč ze slitiny platiny a iridia (1889) 1960: metr = 1 650 763,73 násobek vlnové délky záření ve vakuu, které odpovídá přechodu mezi 2p 10 a 5d 5 kvantové úrovně atomu kryptonu-86 1983: současná definice 20
Původní platino-iridiový etalon metru 21
Návrhy: Nová definice kilogramu definice založená na elektromagnetické síle (watt balance výkonové váhy) nahrazení prototypu koulí z čistého monokrystalického křemíku definice založená na počítání atomů a měření dalších parametrů koule Předpoklad schválení definice v roce 2018 (?). 22