Вимірювальна техніка - галузь науки і техніки, що вивчає методи і засоби отримання дослідним шляхом інформації про величини, які характеризують властивості і стани об'єктів дослідження та виробничих процесів. Для 2-ї половини 20 ст. характерно поступове усвідомлення того факту, що вимірювальна техніка є не стільки «мистецтвом» виміру, скільки особливою науковою дисципліною зі своєю власною системою понять і своїми методами аналізу. Однак процес формування вимірювальної техніки як єдиної наукової дисципліни ще не закінчений. У багатьох промислово розвинених країнах, незважаючи на високий технічний рівень приладобудування, вимірювальна техніка розглядається скоріше як галузь промисловості, ніж як галузь науки. В англійській мові, наприклад, немає навіть точного еквівалента терміну Вимірювальна техніка.
Історія
Вимірювальна техніка існує з глибокої давнини. За кілька тисячоліть до н. е. розвиток товарообміну привів до вимірювань ваги і появи ваг; примітивна вимірювальна техніка вимагалася також при розділі земельних ділянок (вимірювання площ); при встановленні розпорядку дня і доби, виробленню календаря (вимір часу), в астрономічних спостереженнях і кораблеводінні (вимірювання кутів і відстаней); в будівництві (вимірювання розмірів). В античну епоху в процесі наукових досліджень були виконані деякі тонкі вимірювання, наприклад були виміряні кути заломлення світла, визначена дуга земного меридіана. Приблизно до 15 ст. вимірювальна техніка не відділялася від математики, про що говорять такі назви, як «геометрія» (вимірювання Землі), «тригонометрія» (вимірювання трикутників), «тривимірний простір» тощо. Середньовічні математичні трактати часто містили просте перерахування правил вимірювання площ і об'ємів. Математична ідеалізація реального процесу вимірювання збереглася в ряді важливих математичних понять (від ірраціонального числа до інтеграла).
У 16-18 ст. вдосконалення вимірювальної техніки йшло разом з бурхливим розвитком фізики, яка, ґрунтуючись в той час тільки на експерименті, повністю спиралася на вимірювальну техніку. До цього періоду відносяться удосконалення годинників, винахід мікроскопа, барометра, термометра, перших електровимірювальних приладів та ін. вимірювальних пристроїв, що використовувалися головним чином в наукових дослідженнях. Вже в кінці 16 — початку 17 ст. підвищення точності вимірювань сприяло революційним науковим відкриттям. Так наприклад, точні астрономічні вимірювання Т. Браге дозволили Й. Кеплеру встановити, що планети обертаються по еліптичних орбітах. У створенні вимірювальних приладів та розробці їх теорії брали участь найбільші вчені — Г. Галілей, І. Ньютон, Х. Гюйгенс, — Г. Ріхман та ін. Кожне відкрите фізичне явище втілювалося у відповідному приладі, який, у свою чергу, допомагав точно визначити значення досліджуваної величини і встановити закони взаємодії між різними величинами. Так, наприклад, поступово було вироблено поняття температури і створена температурна шкала.
Наприкінці 18 і першій половині 19 ст. у зв'язку з поширенням парових двигунів і розвитком машинобудування різко підвищилися вимоги до точності обробки деталей машин, що зумовило швидкий розвиток промислової вимірювальної техніки. У цей час удосконалюються прилади для визначення розмірів, з'являються вимірювальні машини, вводяться калібри тощо. У 19 ст. були створені основи теорії В. т. та метрології; набула поширення метрична система мір, що забезпечила єдність вимірювань в науці та виробництві. Величезне значення для В. т. мали праці К. Гаусса, який розробив метод найменших квадратів, теорію випадкових похибок, абсолютну систему одиниць (CGSE) і заклав разом з В. Вебером основи магнітних вимірів. Завдяки розвитку теплоенергетики, впровадження електричних засобів зв'язку, а потім і перших електроенергетичних установок в промисловості почали використовуватися методи і засоби вимірювання, які до цього застосовувалися лише при наукових дослідженнях, — з'явилися теплотехнічні та електровимірювальні прилади. На рубежі 19 і 20 ст. в промислово розвинених країнах стали створюватися метрологічні установи. У Росії в 1893 була утворена Головна палата мір і ваги, яку очолив Д. І. Менделєєв.
Початок 20 ст. знаменує новий етап у розвитку В. т. — електричні, а пізніше і електронні засоби починають застосовуватися для вимірювання механічних, теплових, оптичних величин, для хімічного аналізу, геологічної розвідки тощо, тобто для вимірів будь-яких величин. З'являються такі нові галузі, як радіовимірювання, спектрометрія та ін. Виникає приладобудівна промисловість. Якісний стрибок у розвитку В. т. стався після 2-ої світової війни 1939–1945, коли В. т. виступила як галузь кібернетики, що займається одержанням і перетворенням інформації (вимірювальної), поряд з такими галузями, як автоматика та обчислювальна техніка.
Вимірювання — найважливіший етап діяльності дослідників і експериментаторів у всіх галузях науки і техніки. Вимірювальна апаратура — основне устаткування науково-дослідних інститутів і лабораторій, невід'ємна частина оснащення будь-якого технологічного процесу, головний корисний вантаж метеорологічних ракет, штучних супутників Землі і космічних станцій.
Сучасна вимірювальна апаратура
Сучасна вимірювальна апаратура призначається не тільки для впливу на органи чуття людини, як, наприклад, у випадку сигналізації або відліку результатів вимірювання спостерігачем, але все частіше для автоматичної реєстрації і математичної обробки результатів вимірювання та передачі їх на відстань або для автоматичного керування якими-небудь процесами. У приладах і системах на різних ділянках вимірювальних каналів використовуються механічні, електричні, пневматичні, гідравлічні, оптичні, акустичні сигнали, амплітудна, частотна і фазова модуляції; надзвичайно широко застосовуються імпульсні і цифрові пристрої, системи спостереження. Процес вимірювання сучасними вимірювальними пристроями полягає в цілеспрямованому перетворенні вимірюваної величини в форму, найбільш зручну для конкретного використання (сприйняття) людиною або машиною. Наприклад, сенс дії всіх електровимірювальних приладів (амперметрів, вольтметрів, гальванометрів тощо) полягає в тому, що з їх допомогою вимірювана електрична величина, зміни якої безпосередньо органами чуття людини не можуть бути оцінені кількісно, перетворюється в певне механічне переміщення покажчика (стрілки або світлового променя). Таке ж призначення і багатьох механічних вимірювальних приладів і вимірювальних перетворювачів, за допомогою яких різноманітні фізичні величини перетворяться в механічне переміщення (штангенциркуль, мікрометр, пружинні ваги, ртутний термометр, пружинний манометр або барометр, волосяний гігрометр тощо). Розвиток В. т. в кінці першої половини 20 ст. показало, що найбільш зручно таке перетворення вимірюваних величин, результат якого представляється не як механічні переміщення, а у вигляді електричної величини (струму, напруги, частоти, тривалості імпульсів та ін.) Тоді для всіх наступних операцій (передача результатів виміру на відстань, їх реєстрація, математична обробка, використання в системах автоматичного управління) може бути застосована стандартна електрична апаратура. Основні переваги використання електричних методів В. т. — простота регулювання чутливості і мала інерційність електричних пристроїв, можливість одночасного виміру безлічі різних за своєю природою величин, зручність комплектації з типових блоків електричної апаратури керуючих машин і вимірювально-інформаційних систем. За допомогою електричних вимірювальних пристроїв можна виміряти як повільні, так і дуже швидкоплинні процеси, передавати результати вимірювань на великі відстані або перетворювати їх в сигнали для управління контрольованими процесами, що має найважливіше практичне значення як для промисловості, так і для наукових досліджень.
