Blog

Rola metrologii w codziennym życiu

Metrologia – nauka, z której dobrodziejstw korzystamy wszyscy. Pochodzi od greckich słów metreo – mierzę + logos – nauka. Jest więc nauką o pomiarach i ich zastosowaniu. Obejmuje wszystkie teoretyczne i praktyczne problemy związane z pomiarami, niezależnie od rodzaju mierzonej wielkości i dokładności pomiarów. Obecnie wszystkie gałęzie techniki, nauk ścisłych, a także nauki humanistyczne korzystają z możliwości, które oferuje metrologia.

Profesor Zbigniew Humienny z Politechniki Warszawskiej zauważa: Metrologia towarzyszy człowiekowi przez całe życie. Noworodek zaraz po urodzeniu jest ważony i mierzony. Fotorejstratory, z odpowiednimi świadectwami legalizacji, są używane do kontroli prędkości pojazdów (…)”.[1] Metrologia jest obecna na każdym kroku, choć często nawet nie zdajemy sobie z tego sprawy. Od momentu, gdy rano budzi nas wcześniej precyzyjnie nastawiony budzik, przez zakupy w sklepie, aż po wieczorne gotowanie według przepisu – wszędzie tam obecne są dokładne pomiary. To dzięki metrologii nasze życie jest bardziej przewidywalne i uporządkowane.

Metrologia w przemyśle – jak pomiary wpływają na jakość produktów i usług?

Metrologia przemysłowa jest dziedziną nauki zajmującą się pomiarem produkcji, a także kontrolą jakości. Główne wyzwania napotykane przez metrologię przemysłową lub techniczną to interwały i procedury kalibracji, kontrola sprzętu pomiarowego, weryfikacja procesu pomiarowego itp. Wszyscy wiemy, że kluczem do zapewnienia wysokiej jakości produktów, w przemyśle są precyzyjne pomiary. Dzięki temu możliwe jest utrzymanie niezmiennych i wysokich standardów produkcji, co przekłada się na zadowolenie klientów i konkurencyjność produktów na rynku. W produkcji samochodów, precyzja pomiarów części silnika przekłada się na jego trwałość i wydajności. Bez dokładnych narzędzi pomiarowych osiągniecie tak wysokiego poziomu precyzji byłoby niemożliwe. W dobie dynamicznych zmian, rosnącej konkurencji, oczekiwań na coraz to większe zyski i dążenia do coraz nowszych osiągnięć, precyzja, którą zapewnia metrologia, odgrywa kluczową rolę w tworzeniu innowacyjnych samochodów.

Metrologia przemysłowa oferuje systemy wizyjne, czujniki oraz zaawansowane oprogramowania, które wspierają kontrolę jakości na każdym etapie produkcji. Co przekłada się na mniejsze ryzyko błędów oraz wyższy poziom bezpieczeństwa.

Ponadto, jak możemy przeczytać na stronie Platforma Przemysłu Przyszłości metrologia przemysłowa jest niezbędna dla optymalizacji procesów wytwórczych, pozwalając na redukcję nadmiernych kosztów, optymalne zarządzanie zasobami i znaczącą poprawę wydajności. Jak podkreślają eksperci jest to szczególnie istotne w branżach wymagających precyzji, jak wspomniana wcześniej branża motoryzacyjna czy innych branżach wymagających ścisłej kontroli jakości, jak lotnictwo czy elektronika.[2]

Nowoczesny przemysł 4.0 i 5.0 jest źródłem niewyczerpanych wyzwań zarówno dla metrologii przemysłowej jak i naukowej.

Metrologia w energetyce i ochronie środowiska

Energetyka bez metrologii nie mogłaby funkcjonować. Procesy w tej branży będą działały tylko wtedy prawidłowo, gdy ich parametry będą regularnie mierzone. Obecnie, dzięki zawansowanym technologicznie przyrządom, jest to możliwe, a tego typu pomiary cechuje niezwykła dokładność, która zwiększa m.in. ogólne bezpieczeństwo oraz wydajność pracy.

Poza typowymi urządzeniami specjalizującymi się w pomiarach elektrycznych (m.in. liczniki energii elektrycznej, mierniki mocy, transformatory prądowe i napięciowe, które pozwalają na precyzyjne rozliczenie gazu czy wody między dostawcami a odbiorcami), w energetyce wykorzystywane są przede wszystkim: kamery termowizyjne, systemy pomiarowe dla źródeł odnawialnych, czujniki piezoelektryczne i tensometryczne oraz urządzenia do pomiarów akustycznych, rejestratory danych.[3]

Ochrona środowiska to główny temat w wielu globalnych dyskusjach. W obliczu nieuchronnych zmian klimatycznych coraz częściej stawia się na działania, które pomagają ochronić naszą planetę. Wykorzystujemy do tego precyzyjne narzędzia pozwalające na monitoring środowiska. Jest to system ciągłych lub okresowo powtarzalnych pomiarów i obserwacji, które umożliwiają śledzenie stanu środowiska i jego zmian w dłuższym okresie oraz pozwalających na prognozowanie dalszych postępujących zmian. Pozwala on także na ocenę skuteczności stosowanych metod ochrony środowiska.

Temat ochrony naszej planety zyskuje na znaczeniu, a metrologia odgrywa w nim kluczową rolę. Niech świadczy o tym hasło przewodnie organizowanej w 2023 roku Krajowej Konferencji Metrologów „Metrologia w służbie ochrony środowiska”, która odbyła się na Wydziale Chemii Uniwersytetu w Białymstoku. Konferencja podkreśliła znaczenie precyzyjnych pomiarów w monitorowaniu i ochronie środowiska.

Metrologia w medycynie – jak ratuje życie?

W medycynie precyzyjne pomiary są fundamentem diagnostyki i leczenia. Aby podkreślić ich kluczową rolę w ochronie zdrowia i poprawie jakości życia, tematem obchodów Światowego Dnia Metrologii w 2021 roku było właśnie znaczenie pomiarów dla zdrowia.

Medycyna dysponuje urządzeniami takimi jak termometry, ciśnieniomierze czy aparaty do rezonansu magnetycznego, które dostarczają niezbędnych informacji o stanie zdrowia pacjenta. Na przykład, dokładny pomiar ciśnienia krwi pozwala na wczesne wykrycie nadciśnienia i wdrożenie odpowiedniego leczenia, co może zapobiec poważnym powikłaniom, takim jak udar czy zawał serca. Bez precyzyjnych pomiarów wiele procedur medycznych byłoby niemożliwych do przeprowadzenia. Jakie to są procedury?

Dr Paweł Wołowiec, kierownik Zakładu Fizyki Medycznej w Świętokrzyskim Centrum Onkologii, w audycji ,,Jak systemy pomiarowe, obok ogromnej wiedzy i doświadczenia lekarzy, zapewniają bezpieczeństwo pacjentom podczas diagnostyki i leczenia?” podkreśla, że powszechnie są stosowane narzędzia diagnostyczne, takie jak rentgeny, mammografy komputerowe czy rezonanse magnetyczne.

,,Wszystkie te urządzenia wymagają testów i sprawdzenia, czy działają prawidłowo. Do tego używa się różnego rodzaju narzędzi, począwszy od zwykłej miarki, która służy do pomiaru odległości, poprzez taki termometr, aż po specjalne, zaawansowane multimetry – mierniki, które potrafią mierzyć różne parametry tych urządzeń, takie jak wysokie napięcie, dawka, ekspozycja. W zasadzie każdy z tych przyrządów, żebyśmy mieli pewność, że nasza praca jest wykonywana prawidłowo, musi być wzorcowany w Głównym Urzędzie Miar. Dostarczenie precyzyjnej dawki w przypadku radioterapii zaczyna się od metrologii”[4] – podsumował swoją wypowiedź dr Wołowiec.

Jakie są metody i przyrządy pomiarowe wyjaśnia Sylwia Zielińska- Dąbrowska, specjalistka fizyki medycznej, z Zakładu Fizyki Medycznej Świętokrzyskiego Centrum Onkologii.

,,Rozważając pomiary wielkości fizycznych, np. dawki promieniowania, jaką otrzymuje pacjent, należy mieć na uwadze dwa aspekty: przyrządy pomiarowe i metody pomiarowe. Przyrządy, które służą do wyznaczania odpowiedniej dawki tego promieniowania, żeby zapewnić ich odpowiednią jakość, są okresowo oddawane do wzorcowania do zewnętrznych laboratoriów wzorcujących, a także są te przyrządy sprawdzane wewnętrznie. Jeżeli chodzi o metody pomiarowe, które są stosowane, one muszą zapewniać pewną jakość. W związku z tym fizycy medyczni, którzy wykonują pomiary wielkości dawek otrzymywanych przez pacjentów, opierają się na takich dokumentach, które są wydane przez Międzynarodową Agencję Energii Atomowej. W tych dokumentach mamy opisane informacje dotyczące dozymetrycznych wielkości jednostek, np. dawki gruczołowej, tomograficznego indeksu dawki. Jest opisany formalizm dozymetryczny, mamy rekomendowane przyrządy, takie jak dawkomierze, detektory półprzewodnikowe, komory jonizacyjne oraz opisane są zasady pomiaru zarówno dawki promieniowania dla takich modalności, jak właśnie tomografy, mammografy komputerowe, aparaty rentgenowskie”.[5]

W audycji ,,Jak systemy pomiarowe, obok ogromnej wiedzy i doświadczenia lekarzy, zapewniają bezpieczeństwo pacjentom podczas diagnostyki i leczenia?” wspomniano również, że pierwszym przyrządem pomiarowym wykorzystywanym w medycynie był termometr. A pierwszym termometrem przypominającym z wyglądu współczesne termometry był termometr rtęciowy wynaleziony na początku XVIII wieku przez pochodzącego z Gdańska fizyka Gabriela Farenhaitaeta.

Metrologia w budownictwie i architekturze

W budownictwie i architekturze dokładność pomiarów jest niezbędna do zapewnienia bezpieczeństwa i trwałości konstrukcji. Oto kilka przykładów jej zastosowań: przed postawieniem budynku należy przeprowadzić precyzyjne pomiary geodezyjne, aby wiedzieć, jak kształtuje się teren i gdzie występują wysokości i spadki gruntów. Przed rozpoczęciem budowy należy przeprowadzić precyzyjne pomiary przyszłej konstrukcji – pomiar pionowości ścian i słupów czy pomiar dylatacji budynku. Ważne jest też sprawdzenie z jakich materiałów powstanie budynek. Badania wytrzymałości betonu, pomiar wilgotności drewna i innych materiałów czy badania termoizolacyjne to podstawa. Metrologia w systemach instalacyjnych, pomiary akustyczne i wibracyjne czy technologie cyfrowe w metrologii budowlanej gwarantują precyzyjne planowanie, kontrolę i optymalizację procesów budowlanych, co przekłada się na bezpieczeństwo i trwałość obiektów.

Przy budowie nawet najmniejsze odchylenia w pomiarach mogą doprowadzić do katastrofalnych konsekwencji. Dlatego inżynierowie korzystają z zaawansowanych narzędzi pomiarowych, aby zapewnić najwyższą jakość i bezpieczeństwo konstrukcji.

Trudno sobie wyobrazić współczesną budowę bez sprzętu budowlanego. Obecnie maszyny odgrywa kluczową rolę na każdym etapie prac – od momentu przygotowania terenu, poprzez dostarczenie materiałów, aż po dokładne stawianie konstrukcji. Ale co nam po niesprawnych, niedokładnych maszynach? Stanowiłby tylko zagrożenie, a nie wspierały procesu budowy.   Wiemy, że sprzęt budowlany należy regularnie serwisować i sprawdzać precyzję jego pomiarów. A jest to możliwe właśnie dzięki metrologii. To jej zawdzięczamy kontrolę parametrów maszyn, kalibrację narzędzi oraz utrzymanie najwyższej jakości i bezpieczeństwa pracy.

Metrologia w sporcie i rekreacji

Metrologia sportowa zajmuje się pomiarami w wychowaniu fizycznym i sporcie. Wyróżnia ją to, że obiektem jej badań jest człowiek. Pod tym względem metrologia sportowa ma szereg zasadniczych różnic w dziedzinie wiedzy, która uwzględnia tradycyjne klasyczne pomiary wielkości fizycznych. Metrologia sportowa zajmuje się nie tylko tradycyjnymi pomiarami technicznymi wielkości fizycznych, ale także rozwiązuje ważne zadania zarządzania procesem treningowym. Metrologia sportowa obejmuje monitorowanie stanu zawodnika jego obciążeń treningowych, techniki ćwiczeń, wyników oraz zachowania sportowca podczas zawodów. Jej celem jest wdrożenie zintegrowanej kontroli w celu osiągnięcia maksymalnych wyników sportowych i zachowania zdrowia sportowca na tle dużych obciążeń.[6]

Podczas ubiegłorocznej Olimpiady w Paryżu mogliśmy zobaczyć praktyczne zastosowanie metrologii. Sukces zawodników był mierzony w ułamkach setnych sekundy. Na igrzyskach każda sekunda i każdy centymetr był na wagę złotego medalu olimpijskiego. Systemy mierzące czas są coraz bardziej precyzyjne, kiedyś wystarczał refleks sędziego i stoper. Obecnie, gdy o zwycięstwie w sporcie wyczynowym decydują setne czy tysięczne części sekundy, konieczny jest niezawodny i niesamowicie precyzyjny system pomiaru czasu. O tym, kto otrzyma złoty medal w zmaganiach lekkoatletów, oprócz ich umiejętności, decydowała superprecyzyjna kamera. Jej obudowa ma czerwony kolor i charakterystyczny wydłużony kształt. Potrafi rejestrować 40 tysięcy klatek na sekundę, czterokrotnie więcej niż jej poprzedniczka. Kamerze, od niedawna, towarzyszy elektroniczny pistolet startowy. Ten pistolet, w przeciwieństwie do klasycznego pistoletu startowego, pozwala na precyzyjne rozchodzenie dźwięku. Do tej pory dźwięk wystrzału z klasycznego pistoletu rozchodził się na stadionie na tyle wolno, że zawodnicy na dalszych torach słyszeli sygnał startowy później niż biegacze bliżej sędziego. Kolejnym narzędziem, które wyrównuje szanse wszystkich zawodników są innowacyjne bloki startowe. Te używane podczas igrzysk w Paryżu pozwalały mierzyć czy nie doszło do falstartu. Platformy. o której opierają stopy biegacze, mają wbudowane czujniki nacisku działające z częstotliwością 4000 razy na sekundę. Taka informacja jest natychmiast wysyłana do komputera sędziego, co pozwala stwierdzić, czy któryś z zawodników nie popełnił falstartu.[7] To właśnie dzięki potędze precyzji i metrologii wielu zawodników otrzymało upragnione olimpijskie złoto.

W sporcie dokładne pomiary są podstawą uczciwej rywalizacji i monitorowania postępów zawodników. Czasy biegu mierzone z dokładnością do tysięcznych sekundy, precyzyjne pomiary odległości w skoku w dal czy dokładne liczenie punktów w gimnastyce – wszystko to opiera się na metrologii. To dzięki niej możliwe jest ustanawianie rekordów i ich późniejsze porównywanie.

Metrologia w gastronomii

W kuchni metrologia odpowiada za precyzyjne pomiary składników i temperatury, w których powstają dania. Niejedna osoba przekonała się, że nawet najmniejsze odstępstwo w proporcjach dodawanych składników może niekorzystnie wpłynąć na smak czy wygląd przygotowanej potrawy. Szczególnie w przypadku ciast, precyzja w odmierzaniu składników odgrywa bardzo dużą rolę. Zbyt mała ilość składników może sprawić, że ciasto nie wyrośnie, a zbyt duża – że będzie zbyt ciężkie. Dlatego użycie wagi kuchennej, zamiast dodawania składników ,,na oko” pozwoli osiągnąć dużo smaczniejsze efekty.  

Temperatura, w której przygotowujemy potrawy jest również bardzo ważna w osiągnieciu zamierzonego celu. Na przykład w przypadku smażenia mięsa, zbyt wysoka temperatura, sprawi, że nasze mięso będzie twarde, a zbyt niska, że nie będzie odpowiednio dopieczone. W precyzyjnym i perfekcyjnym gotowaniu mogą wesprzeć nas narzędzia takie jak termometry kuchenne które mierzą temperaturę potraw.

Podczas gotowania czas jest tak samo istotny jak składniki czy temperatura. Gdy będziemy gotować nasze dania zbyt długo mogą stać się suche lub w najgorszym przypadku przypalą się. Tutaj z pomocą idą nam precyzyjnie ustawione minutniki i timery w piekarnikach.

Warto również zauważyć, że metrologia odgrywa również rolę w precyzyjnych pomiarach przy przygotowywaniu napojów. W przypadku espresso, dokładność pomiaru ilości mielonej kawy i wody jest kluczowa dla uzyskania odpowiedniego smaku napoju. W profesjonalnych kawiarniach stosuje się odpowiednią wagę do precyzyjnego odmierzania składników napoju.

Rola metrologii w kuchni może na pierwszy rzut oka wydawać się niezauważalna, ale jej znaczenie jest nieocenione. To dzięki precyzyjnym pomiarom składników, temperatury, czasu gotowania i wielu innych parametrów, możemy tworzyć smaczniejsze potrawy, a gotowanie może być łatwiejsze i bardziej satysfakcjonujące.

Metrologia, jak widać na powyższych przykładach, jest obecna w naszym codziennym życiu, zapewniając nam bezpieczeństwo i komfort. Dzięki precyzyjnym pomiarom możemy podróżować samochodem po solidnie zaprojektowanym moście, korzystać z opieki zdrowotnej opartej na najwyższych standardach oraz mieszkać w bezpiecznych domach, gdzie dokładny pomiar energii wpływa na efektywność jej wykorzystania. Dzięki temu narzędzia w kuchni pozwalają nam przygotować idealną kawę, którą wypijemy w naszym domu z widokiem na bieżnię, gdzie przyszły olimpijczyk może doskonalić swoją formę.

[1] Prof. Zbigniew Humienny „Podstawy nowoczesnej metrologii warsztatowej”, strona 8.

[2] Rozwiązania metrologii przemysłowej i kontroli procesów - Platforma Przemysłu Przyszłości

[3] Automatyka i pomiary - Kompendium energetyki - zpe.gov.pl

[4] Jak metrologia pomaga nam żyć długo i w zdrowiu? - Politechnika Świętokrzyska

[5] Jak metrologia pomaga nam żyć długo i w zdrowiu? - Politechnika Świętokrzyska

[6] kiero.net/downloads/pomiary/pomiary.html

[7] Andrzej Chojnowski „Jak działa system pomiaru czasu podczas igrzysk olimpijskich w Paryżu?”

Paryż 2024: jak działa system pomiaru czasu podczas igrzysk? - rp.pl