Ugrás a tartalomhoz

Méréstechnika

Babák György (2011)

Szent István Egyetem

1. fejezet - Metrológiai alapfogalmak

1. fejezet - Metrológiai alapfogalmak

Bevezető (cél, követelmény)

A méréstechnika tanulása során ismerni kell a metrológia fogalmait, hogy megértsük egymást, másokat.

A kapitány megkérdezi: mennyi?
Válasz lentről: 30
Kapitány: mi 30?
Lentről: mi mennyi?
Így nem megyünk semmire!

Cél: A metrológiai alapfogalmak megismerése

Követelmény: Alapfogalmak ismerete.

Metrológia: a mérésre vonatkozó ismeretek összessége.

Elméleti metrológia: a metrológiának a mérés elméleti kérdéseivel foglalkozó része.

Méréstechnika: a metrológiának a mérés gyakorlati megvalósításával foglalkozó része.

Mérésügy: a metrológiának a mértékegységek meghatározásával és etalonjaival, továbbá mérésekre és mérőeszközökre vonatkozó szabályokkal és ezek megtartásának ellenőrzésével foglalkozó része, amely tudományos, műszaki, hatósági, jogi és igazgatási jellegű ismereteket, illetve tevékenységeket foglal magában. (A mérésügyi tevékenység célja és feladata a mérések és a mérőeszközök pontosságának és egységességének biztosítása mind az országban, mind nemzetközi viszonylatban.)

1. ábra: Mérőhely

Mérés: tervszerűen végrehajtott gyakorlati tevékenységek összessége, amelyekkel valamely fizikai vagy kémiai mennyiség nagyságának jellemzésére alkalmas, a választott mértékegységben kifejezett számértéket kapunk.

2. ábra: Műszerek, mérőeszközök

Megjegyzések:

  1. A méréskor valamilyen mérőeszközt és/vagy vonatkoztatási alapot kell használnunk.

  2. A mérési eredmények meghatározásával kapcsolatban végzett számítások a méréshez tartoznak.

  3. A mérés végső célja a mennyiség valódi értékének megközelítése (ez ideális fogalom, amelyet csak megközelítően lehet megismerni). Arra törekszünk, hogy a mennyiség helyes értékét megkapjuk (ez a valódi értéket megközelítő érték). Vannak esetek, amikor megelégszünk a nyers mérési eredménnyel. Minden esetben meg kell azonban adnunk a használt mértékegységeket és/vagy a vonatkoztatási alapot.

  4. A mérési eredmény megadásakor általában közölnünk kell a fizikai mennyiségeknek a mérés tárgyát képező, értéket befolyásoló mennyiségek számszerű adatait (pl. a környezeti hőmérsékletet, a páratartalmat stb.).

A felsorolt meghatározásokból látható, hogy a méréssel kapcsolatos ismeretek elsajátítása során nem szorítkozhatunk csak a szorosabb értelemben vett méréstechnika tanulmányozására, hanem megfelelő alapismereteket kell szereznünk az elméleti metrológia „méréselmélet”, a kiértékelés és a gépi mérésvezérlés, valamint a mérésügy területéről is.

A mérésügy történeti áttekintése különösen alkalmas arra, hogy a történeti fejlődés bemutatásával megfelelően kihangsúlyozza a metrológia egészének fontosságát, a szorosan vett tudományos és technikai alkalmazásokon túlmenő gazdasági jelentőségét.

A mérésügy történeti áttekintése

A fejlődés bármelyik lépcsőfokán álló társadalomban szükség van a gazdasági és technikai fejlődés színvonalával összhangban levő megismételhető, tárgyilagos mérésekre. Az írásos történelem tanúsága szerint a mindenkori uralkodók kényszerű tiszte volt az ehhez szükséges feltételeket – a kor technikai szintjén – megteremteni. Pl. az ősi Egyiptomban a fáraók hiteles súlyait és egyéb mértékeit már lepecsételték, és papok őrizték. A rabszolgatartó társadalom és a feudalizmus gazdasági tagoltsága, az árucsere naturális jellege a mértékegységek zűrzavarában is megnyilvánult.

Hazánkban a feudális uralkodók, az adószedés (dézsma) érdekében több mint 500 éven át hasztalanul kísérleteztek egységes mértékhasználat kikényszerítésével.

Régi magyar hosszmértékek

A honfoglalás előtti ősi magyar mérték az erdőöl volt. A karoling hosszmértékrendszert Szent István vezette be Magyarországon. A királyi öl tíz lábat tartalmazott (3,12 méter). Voltak olyan hosszmértékek, melyeket kizárólag a királyi Magyarország egyes régióiban használtak, és voltak olyanok, melyeket országszerte. Például a pozsonyi mértékrendszerben egy hüvelyk 61,33 öl volt, Selmecbányán viszont egy hüvelyk 72 öl. Más hosszúságú volt a rőf Eperjesen és más Nagybányán. A budai rőf hossza 58,4 cm volt. Ennek kereskedelmi használatát Zsigmond király tette kötelezővé. Erdélyben 1489-1549 között a szász székek és Brassó város mértékeit használták kötelezően. 1588-1655 között országosan kötelezők a régi budai mértékek, majd 1807-ig a pozsonyi mértékek használatát írták elő. A pozsonyi mértékek etalonjai a régi városháza kapujának oldalán fennmaradtak. A kapubejárat jobb oldalán a pozsonyi öl vasetalonja van felerősítve. 1807-ben a pozsonyi mértékeket megfeleltették a bécsi hosszmértékekkel. Magyarországon 1854-1876 között a bécsi mértékek használata volt kötelező.

Ilyen rendelkezéseket hozott pl. Pál országbíró 1335-ben; Róbert Károly dekrétuma (1342), majd Zsigmond király törvénye, aki 1405-ben az egész ország területére a „budai mértékek” használatát rendeli el. Ezt az intézkedést újítja meg Rudolf 1588 évi dekrétuma, majd az 1600-as évek azonos tartalmú törvénye. III. Ferdinánd 1655-ben kiadott rendelkezése ismételten törvénybe iktatja e „budai mérő” használatát, ezzel azonosnak nyilvánítja a „pozsonyi mérőt” és előírja „alkalmazását és megtartását”. III. Károly 1715 évi dekrétumának 63. cikkelye szerint már csak a „pozsonyi mértékekhez” lehet a „szilárd és folyó tárgyak mértékeit idomítani”. 1723-ban és 1729-ben ezt a szabályt ismételten meg kellett erősíteni és a „királyi helytartótanács tisztibe” utalni a „mértékek egyforma állapotba hozását”.

Ferenc 1807. évi dekrétumának 22. cikkelye szerint „a többi eltörlésével kell pozsonyi mértékek elfogadását biztosítani”. Az előbbiek azt bizonyítják, hogy az évszázadokon át meg-megújított rendelkezések láncolata sem tudta megteremteni a mértékek hőn óhajtott egységességét. A helyi kiskirályok birtokaihoz kapcsolt mértékeket sem a sorozatos központi intézkedés, sem a szórványos büntetés nem tudta egységbe kovácsolni.

Más országokban is nehéz volt eligazodni a mértékegységek káoszában, ami az adó- és vámszedők munkáját megkeserítette és a kereskedőknek sok nehézséget okozott. A XVII.-XIX. században a fejlődő kapitalista piacon már tűrhetetlenné vált az áttekinthetetlen mértékegység-használat. Ezért a gyorsan kapitalizálódó Franciaországban 1770-től megindult a harc a mértékek egységesítéséért.

A méterrendszer

Gyökeres változást jelentett az újkor hajnalán – a francia forradalom egyik vívmányaként – a méterrendszer megalkotása, a „méter” 1795. április 7-i elfogadása (a méter és a kilogramm etalonjainak létrehozása), majd rohamos térhódítása.

3. ábra: Méter etalon elhelyezése a városkapuban

4. ábra: Kilogramm etalon

A méterrendszer kiemelkedett más mértékegységrendszerek közül, mert óriási előnye volt a könnyű elsajátíthatóság, az összefüggések áttekinthetősége és a tizedes osztásrendszer. Ezek a számolást oly mértékben leegyszerűsítették, hogy a méterrendszert ismerők szívesebben alkalmazták, mint a régi, sokszor bonyolult átszámítást igénylő egységeket. Kidolgozásában közreműködött a kor nagyhírű tudósainak egész serege: Borda, Lagrange, Lavoisier, Monge, Condorcet, Delambre, Méchain, Van Swieten, Tralles és mások, akik tudatosan törekedtek az egyszerű, logikus felépítésre.

A méterrendszer gyors sikerét nyilván az is segítette, hogy a XIX. század végére felismerték a mértékek egységességét biztosító, egymással összefüggő funkciókat, s ezeket már együttesen, tervszerűen alkalmazták a törvényes rendelkezésekben. Itt említjük meg, hogy Karl Friedrich Gauss (1777- 1855) német matematikus 1832. december 15-én nyújtotta be a göttingeni tudós társaságnak egy munkáját, amelyben kidolgozta a mértékrendszerek felépítésének módszertanát. Felismerte, hogy három, tetszés szerint kiválasztott alapegységből a többi fizikai mennyiség mértékegysége leszármaztatható.

Az elnevezés – CGS rendszer – onnan ered, hogy a fizika összes mértékegységét három alapegységre, a hosszúság (cm), a tömeg (g) és az idő (s) egységére vezette vissza.

A mértékegységesítés

A mértékek egységesítését biztosító funkciókat a következőkben foglalhatjuk össze:

  • a mértékegységek (mértékrendszer) törvényes szabályozása;

  • a mértékegységeket megtestesítő etalonok létrehozása. (Ezeket úgy kellett megalkotni, hogy a pontosság, a változatlanság és reprodukálhatóság követelményeit kielégítsék. E szerint választották az etalonok anyagát, formáját, majd később egyéb fizikai jellemzőit.)

Lényeges funkció az etalonokkal való összehasonítás lehetőségének megteremtése. E miatt a középkorban többnyire a köztereken helyezték el az etalonokat, így pl. a pozsonyi városháza kapujába beépítették a hosszúság etalonokat. Egyidejűleg az illetéktelen beavatkozástól, a csorbulástól is meg kellett ezeket óvni. Ezért az etalonokat mindenkor őrizték, védték, közülük a legfontosabbakat levéltárban, trezorban helyezték el. Később a sérülések, a háborús és természeti katasztrófák hatásától is meg akarták ezeket menteni, ezért igyekeztek olyan mértékegység-definíciókat alkotni, amelyek a katasztrófát követően is lehetővé teszik a mértékegységek azonos értelmű, újbóli létrehozását.

  • Az alapul választott mértékeket, illetve azok megfelelőit lepecsételték, megjelölték, bélyegezték; ez megfelel a mai „hitelesítés” fogalmának.

  • Ki kellett jelölni az egységes mértékek használatáért felelős tisztségviselőket. Ezt a feladatot az idők folyamán a törvényhozók akaratának végrehajtását intéző papok, országbírók, később a helytartótanács, a vármegyei alispánok, a vármegyék, majd a XIX.-XX. századtól az e célra szervezett mértékhitelesítő hivatalok látták el.

Már elődeink is felismerték, hogy a mértékegységesítést célzó intézkedések kiadása önmagában nem elegendő, ezért minden erre vonatkozó törvény büntetőpontokat is tartalmaz. Nyilvánvaló ugyanis, hogy szükséges az egységestől eltérő mértékek gyártásának, forgalomba hozatalának, használatának eltiltása, az ilyen mértékek használóinak büntetése, az eltérő mértékek szükség szerinti elkobzása.

A méterrendszer elterjedésében – a már ismertetett előnyökön kívül – döntő szerepe volt annak, hogy a XIX. század harmadik negyedében az árutermelés, a közlekedés fejlődése, a világpiac kibontakozása megérlelte a nemzetközi értelemben is egységes mértékegység-használat szükségességét. Erre a szerepre a méterrendszer látszott legalkalmasabbnak.

Hazánkban lassúbb volt a polgárosodás. A XIX. század elején még vámok izolálták a belső piacot, így az egységesítés csak az 1848-as forradalmat követően, az osztrák-magyar vámunió 1851. évi kihirdetése után vált gazdasági kényszerré. Az 1854-ben kiadott császári pátens – mely az alsó-ausztriai, nem decimális osztású, Magyarországon már addig is többfelé használt mértékeket iktatta törvénybe – sem volt képes az egységek zűrzavarában alapvető változást elérni. A század második felében az iparosodás, a gőzhajózás, a vasútépítés, az élénkülő kereskedelem végül megérlelte a méterrendszer bevezetésének feltételeit is.

Összefoglalás

Belátható, hogy a világot, a természet jelenségeit megismerni következetesen végrehajtott tevékenységek sorozatával lehet.

  • Megfigyelés

  • Leírás

  • Mérés

  • Összehasonlítás

  • Következtetések

  • Döntés

  • Végrehajtás

  • Ellenőrzés

Önellenőrző kérdések, feladatok

  1. Mi a metrológia?

  2. Mi a méréstechnika?

  3. Mi a mérésügy?

  4. Mi a mérés?