Budapest University of Technology and Economics, Faculty of Electrical Engineering and Informatics

matematika, fizika, jelek és rendszerek, méréstechnika

A tantárgy a mértékegységeket megvalósító legpontosabb etalonokat, nemzetközi egyenértékűségüket és a mérési eredmények kölcsönös elismerhetőségének feltételeit tárgyalja.

Az SI alapmennyiségek etalonjainak fejlődéstörténetével az alap-metrológia nemzetközi színvonalát és perspektíváit mutatja be. A mérési eredmények megbízhatóságának, összehasonlíthatóságának és visszavezethetőségének tárgyalásával az alkalmazott-metrológia kölcsönösen elfogadott eljárásait ismerteti. A nemzetközi és európai szervezetek, megállapodások, útmutatók, szabványok, valamint az európai szabályozás vázlatos tárgyalásával a törvényes-metrológiáról, a mérésügyről ad képet.

Az egyetemi oktatói múlttal is rendelkező előadó az Országos Mérésügyi Hivatal műszaki elnökhelyettese és az európai tudományos metrológiai együttműködés (EUROMET) magyar delegátusa volt másfél évtizeden át.

1. Bevezetés:
   A metrológia fogalma. A mérési eredmények megbízhatóságának, összehasonlíthatóságának és visszavezethetőségének problémafelvetése. A nemzetközi egységesítés igénye.
2. Méréstörténeti szemelvények:
   A mérés történelmének bemutatása az ókortól napjainkig, jellemző és érdekes példákon keresztül. A kiemelkedő tudósok és kapcsolataik, valamint az egymásra épülő kísérleteik és elméleteik bemutatása.
3. A méterrendszer és SI egységrendszer:
   A metrikus rendszer megszületésének előzményei és nemzetközi elfogadtatása. Gauss és Maxwell mértékegység-rendszerekkel kapcsolatos munkássága és a különböző egységrendszerek. Az SI nemzetközi egységrendszer és alapegységei. A kémiai és biológiai folyamatok mérésének és matematikai leírásának, valamint nemzetközi egységességének kérdései, problémái.
4. Az SI alapegységek és etalonjaik:
   Az alapegységek nemzetközi definícióinak változása a tudományos fejlődés függvényében. Az alapegységek elsődleges etalonjainak természeti állandókból való leszármaztatása. Az etalon-realizációk fizikai elvének, technológiájának tárgyalása:
   a) A hosszúság alapegysége a méter (m) : történelmi áttekintés, magyar vonatkozások, lézerek, lézerhullámhossz mérése atomórával. A femtoszekundumos frekvenciafésű technológia tárgyalása. (Spin-off vállalkozás egy tudományos eredmény gyors hasznosítására.) Meddig marad a méter SI alapegység? A méter továbbszármaztatásának technikája, a magyar országos etalonlaboratórium műszerezettsége.
   b) A tömeg alapegysége a kilogramm (kg): az egyetlen alapegység, amit egy nemzetközi alapmérték (prototípus) definiál, és az ebből fakadó problémák. A megoldást célzó kutatások és azok műszaki részleteinek tárgyalása. A kilogramm definíciójának előrevetíthető változása.
   c) Az idő alapegysége a szekundum (s): Maxwell jóslatának beteljesülése. Az atomórák felépítése, pontosságuk alakulása és tudományos hatása. Nemzetközi időskála és az általános helymeghatározó rendszer, valamint a relativitáselmélet kísérleti igazolásának lehetőségei.
   d) A villamos egységek (V,A,Ω) kvantumfizikai elvű megvalósításai: Josephson-etalon, Kvantum Hall-etalon és a SET-etalon fizikájának és pontosságának tárgyalása. Ezen kvantumfizikai elsődleges etalonok széles körű hasznosítása más SI egységek elsődleges etalonjainak megvalósításánál, illetve másodlagos etalonok kalibrálásánál. Elsődleges és másodlagos etalonok szerepe és jogi státusza a mérési eredmények visszavezethetőségében és kölcsönös elismerhetőségében.
   e) A termodinamikai hőmérséklet alapegysége a kelvin (K): A nemzetközi hőmérsékleti skála 15 fixpontjának elmélete és a fix hőmérsékleti pontok előállításának technológiája. A fixpontok közötti interpoláció elsődleges és másodlagos mérőeszközeinek elve és felépítése.
   f) A természeti állandók pontossága, bizonytalansága: A természeti állandó konszenzusos értéke meghatározásának elvi alapjai és nemzetközi szervezete (CODATA). A természeti állandók bizonytalansága és a bizonytalanság elméleti korlátai. Fejlődési irányok felvázolása.
5. A mérési eredmények visszavezethetősége:
   Az elsődleges etalonok megbízhatóságának (bizonytalanságának) és összehasonlíthatóságának (reprodukálásának) megkülönböztetése és ezek szerepe az elsődleges etalonok egyenértékűségének kölcsönös elismerhetőségében. A visszavezethetőség definíciója és történelmi háttere.
   A visszavezethetőséghez szükséges kalibrálási lánc technológiája, dokumentálása és minőségirányítása. A mérési eredmények kölcsönös elismerésére vonatkozó nemzetközi egyezmények tartalmi elemei.
6. Útmutató a mérési bizonytalanság egységes kifejezéséhez:
   Az eredő mérési bizonytalanság meghatározásának nemzetközi egységesítése, és ennek szakmai, gazdasági, kereskedelmi és jogi szükségszerűsége.
   A mérési bizonytalanság terjedése a kalibrálások láncolata során.
   Az Útmutató lényeges elemei, előnyei és hiányosságai, fejlesztése és kiegészítései.
7. A mérés és a gazdaság:
   A mérések gazdasági, kereskedelmi súlya és szerepe. Kereskedelmi, egészségügyi és környezetvédelmi megállapodások és a kölcsönös elismerési megállapodások szimbiózisa. Kalibráló laboratóriumok akkreditálása. Minőségirányítási szabványok és eljárások.
8. Mérésügy (törvényes metrológia)
   Az állam szerepe az állampolgárok, a fogyasztók és az ellenérdekelt felek védelmében. Példák, amelyek a valós érdeksérelmek számszerűsítésének, becslésének szakmailag és jogilag védhető módját demonstrálják. Az Európai Unió mérésügyi irányelveinek Új Megközelítése. (Az uniós technikai szabályozás új közelítése, tagországi jogharmonizációk szükségessége).
9. Képgaléria országos etalonokról (magyar és külföldi)

Heti 2 óra előadás.

A szorgalmi időszakban 3 kiszárthelyi dolgozat közül 2 legalább elégséges teljesítése. A félévközi jegy a legjobb 2 kiszárthelyi átlaga. Kerekítés 50 századtól felfelé.

A kiszárthelyik nem pótolhatók.

Konzultáció az előadóval egyeztetett időpontban.

Az előadás anyagához írásos segédanyagok a tárgy honlapján. Az előadások során vetített képek és ábrák segítik a megértést és demonstrálják az elsődleges etalonképzés szakmai és gazdasági súlyát, költségét. A hallgatók intraneten hozzáférhetnek az előadás anyagához. Részletes irodalomjegyzék segíti a későbbi hasznosítást, illetve az ismeretek elmélyítését.

[1] A metrológiáról és a mérésügyről röviden (Metrology in short, 2nd edition, 2003., EUROMET kiadvány és a  Legal metrology and international trade UNCTAD/WTO, 2004. kiadvány magyar fordítása), OMH, 2004.
[2] Quinn T.J., "Base units of the Système international d'unités, their accuracy, dissemination and international traceability", Metrologia, 1995, 31, 515-527; http://www.bipm.org/en/si/si_constants.html
[3] Optical Frequency Comb, National Research Council Canada, 2006.
http://inms-ienm.nrc-cnrc.gc.ca/research/optical_frequency_projects_e.html
[4] The BIPM W-balance, 2007. http://www.bipm.org/en/scientific/elec/watt_balance/
[5] Precision spheres in push to re-define kilogram, CSIRO Australia, April 2008, www.csiro.au/science/ps35k.html
[6] Josephson-, Quantum Hall- and SET effects, LNE, 2007.
http://www.lne.fr/en/r_and_d/electrical_metrology
[7] Útmutató a mérési bizonytalanság kifejezéséhez (a Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement , ISO, 1995. tükörfordítása) OMH, 1995.
[8] GUM Numerical Methods for the Propagation of Distributions, Supplement 1. ISO, 2004-03-16 : 2004