Нет ни одной области практической деятельности человека, где можно было бы обойтись без количественных оценок, получаемых в результате измерений.

Человек появляется на свет, еще не имеет имени, но нам становятся известны его рост и вес – уже в первые минуты жизни ему приходится сталкиваться с линейкой и весами. Каждое утро, перед выходом на работу, выглядывая в окно или выходя на балкон, мы оцениваем температуру воздуха на улице и одеваем при необходимости плащ или пальто, туфли или сапоги. Весь свой день мы распределяем по часам и пытаемся выполнить этот план, периодически поглядывая на часы. Стоя перед лужей и решая – прыгнуть через нее или обойти, мы соизмеряем длину лужи и свои возможности. Это и есть измерение.

На важность измерений указывали многие ученые. Приведем некоторые высказывания Д.И. Менделеева об измерениях: «В природе мера и вес суть главные орудия познания, и нет столь малого, от которого не зависело бы все крупнейшее»; «… опытное исследование и измерение одни способны наводить мысль на правильные пути и приводить к следствиям, подлежащим опытной измерительной проверке …»; «… наука начинается с тех пор, как начинают измерять. Точная наука немыслима без меры».

Современная метрология включает три составляющие: законодательную метрологию, фундаментальную (научную) и практическую (прикладную) метрологию.

Метрология (от греч. «метро» – мера, «логос» – учение) – наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и требуемой точности.

Метрология как наука и область практической деятельности возникла в древние времена. Основой системы мер в древнерусской практике послужили древнеегипетские единицы измерений, а они, в свою очередь, были заимствованы в Древней Греции и Риме. Естественно, что каждая система мер отличалась своими особенностями, связанными не только с эпохой, но и с национальным менталитетом.

Наименования единиц и их размеры соответствовали возможности осуществления измерений «подручными» способами, не прибегая к специальным устройствам. Так, на Руси основными единицами длины были пядь (расстояние между концами большого и указательного пальца взрослого человека) и локоть (расстояние от сгиба локтя до конца среднего пальца руки). Позднее, когда появилась другая единица – аршин (4 пяди), то пядь постепенно вышла из употребления.

С XVIII в. в России стали применяться дюйм, заимствованный из Англии, а также английский фут. Особой русской  мерой  была сажень,  равная  трем  локтям (около  152 см), и косая сажень (около 248 см).

Указом Петра I русские меры длины были согласованы с английскими, и это, по существу, – первая ступень гармонизации российской метрологии с европейской.

Метрическая система мер была введена во Франции в 1840 г. Значимость ее принятия в России подчеркнул Д.И. Менделеев, предсказав большую роль всеобщего распространения метрической системы как средства содействия «будущему желанному сближению народов».

С развитием науки и техники требовались новые измерения и новые единицы измерения, что, в свою очередь, стимулировало совершенствование фундаментальной и прикладной метрологии.

Первоначально прототип единиц измерения искали в природе, исследуя макрообъекты и их движение. Так, секундой стали считать часть периода обращения Земли вокруг оси. Постепенно поиски переместились на атомный и внутриатомный уровень. В результате уточнялись «старые» единицы (меры) и появлялись новые. Так, в 1983 г. было принято новое определение метра, как длины пути, проходимого светом в вакууме за  долю секунды. Это стало возможным после того, как скорость света в вакууме (299792458 м/с) метрологи приняли в качестве физической константы.

В 1988 г. на международном уровне были приняты новые константы в области измерений электрических единиц и величин, а в 1989 г. принята новая Международная практическая температурная шкала МТШ-90.

Из этих нескольких примеров понятно, что метрология как наука динамично развивается, что, естественно, способствует совершенствованию практики измерений во всех других научных и прикладных областях.

Вместе с развитием фундаментальной и практической метрологии происходило становление законодательной метрологии. 

Законодательная метрология – это раздел метрологии, включающий комплексы взаимосвязанных и взаимообусловленных общих правил, а также другие вопросы, нуждающиеся в регламентации и контроле со стороны государства, направленные на обеспечение единства измерений и единообразия средств измерений.

Законодательная метрология служит средством государственного регулирования метрологической деятельности посредством законов и законодательных положений, которые вводятся в практику через Государственную метрологическую службу и метрологические службы государственных органов управления и юридических лиц. К области законодательной метрологии относятся испытания и утверждение типа средств измерений и их поверка и калибровка, сертификация средств измерений, государственный метрологический контроль и надзор за средствами измерений.

Метрологические правила и нормы законодательной метрологии гармонизованы с рекомендациями и документами соответствующих международных организаций. Тем самым законодательная метрология способствует развитию международных экономических и торговых связей и содействует взаимопониманию в международном метрологическом сотрудничестве.

Рассмотрим содержание основных понятий фундаментальной и практической метрологии.

Измерения как основной объект метрологии связаны как с физическими величинами, так и с величинами, относящимися к другим наукам (математике, психологии, медицине, общественным наукам и др.). Далее будут рассматриваться понятия, относящиеся к физическим величинам.

Физической величиной называют одно из свойств физического объекта (явления, процесса), которое является общим в качественном отношении для многих физических объектов, отличаясь при этом количественным значением. Так, свойство «прочность» в качественном отношении характеризует такие материалы, как сталь, дерево, ткань, стекло и многие другие, в то время как степень (количественное значение) прочности – величина для каждого из них совершенно разная.

Измерением называют совокупность операций, выполняемых с помощью технического средства, хранящего единицу величины и позволяющего сопоставить с нею измеряемую величину. Полученное значение величины и есть результат измерений.

Одна из главных задач метрологии – обеспечение единства измере- ний – может быть решена при соблюдении двух условий, которые считаются основополагающими:

1) выражение результатов измерений в единых узаконенных единицах;

2) установление допустимых ошибок (погрешностей) результатов измерений и пределов, за которые они не должны выходить.

Погрешностью называют отклонение результата измерений от действительного (истинного) значения измеряемой величины. При этом следует иметь в виду, что истинное значение физической величины считается неизвестным и применяется в теоретических исследованиях; действительное значение физической величины устанавливается экспериментальным путем в предположении, что результат эксперимента (измерения) в максимальной степени приближается к истинному значению. Погрешности измерений приводятся обычно в технической документации на средства измерений или в нормативных документах. Правда, если учесть, что погрешность зависит еще и от условий, в которых проводится само измерение, от экспериментальной ошибки методики и субъективных особенностей человека в случаях, где он непосредственно участвует в измерениях, то можно говорить о нескольких составляющих погрешности измерений либо о суммарной погрешности.

Единство измерений, однако, не может быть обеспечено лишь совпадением погрешностей. Требуется еще и достоверность измерений, которая говорит о том, что погрешность не выходит за пределы отклонений, заданных в соответствии с поставленной целью измерений. Существует еще и понятие точности измерений, которое характеризует степень приближения погрешности измерений к нулю, т.е. полученного при изменении значения к истинному значению измеряемой величины.

Таким образом, единство измерений – состояние измерений, при котором их результаты выражены в узаконенных единицах, а погрешности известны с заданной вероятностью и не выходят за установленные пределы.