Эталоны единиц физических величин

Средство измерений или комплекс средств измерений, предназначенные для воспроизведения и хранения единицы и передачи ее размера нижестоящим по поверочной схеме средствам измерений и утвержденные в качестве эталона в установленном порядке, является эталоном единицы физической величины.

Конструкция эталона, его физические свойства и способ воспроизведения определяются природой физической величины (единица которой воспроизводится) и уровнем развития измерительной техники в данной области измерений.

Эталон должен обладать следующими существенными признаками: неизменностью, воспроизводимостью и сличаемостью.

Неизменность эталона — свойство эталона удерживать неизменным размер воспроизводимой им единицы в течение длительного периода времени, а все изменения, зависящие от внешних условий (температура, влажность, давление и т. п.), должны быть строго определенными функциями величин, доступных точному измерению.

Воспроизводимость эталона — возможность воспроизведения единицы физической величины с наименьшей погрешностью для данного уровня развития измерительной техники.

Сличаемость эталона — возможность обеспечения сличения с эталоном других средств измерений, нижестоящих по поверочной схеме, с наивысшей точностью для данного уровня развития техники измерений.

Различают следующие виды эталонов: первичный; специальный; государственный; вторичный; эталон-свидетель; эталон-копия; эталон-сравнения; рабочий эталон; международный эталон и др.

Под первичным эталоном понимается эталон, обеспечивающий воспроизведение единицы с наивысшей в стране (по сравнению с другими эталонами той же величины) точностью.

Первичные эталоны представляют собой уникальные средства измерений, часто представляющие собой сложнейшие измерительные комплексы. Они составляют основу государственной системы обеспечения единства измерений. Многие первичные эталоны утверждаются в качестве государственных эталонов.

В качестве специального эталона используется эталон, обеспечивающий воспроизведение единицы в особых условиях и служащий для этих условий первичным эталоном.

Государственный эталон единицы величины — эталон единицы величины, признанный решением уполномоченного на то государственного органа в качестве исходного на территории Российской Федерации.

Для того чтобы обеспечить воспроизведение единиц с максимально возможной точностью, государственные эталоны постоянно совершенствуются. Для обеспечения единства измерений физических величин в международном масштабе важную роль играют международные сличения национальных государственных эталонов. Эти сличения помогают выявить систематические погрешности воспроизведения единицы национальными эталонами, выявить, насколько национальные эталоны соответствуют международному уровню, и наметить пути совершенствования национальных (государственных) эталонов.

Например, по решению I Генеральной конференции по мерам и весам, России из 42 экземпляров прототипов килограмма были переданы № 12 и № 26, причем № 12 утвержден в качестве государственного эталона массы. Прототип № 26 использовался как вторичный эталон.

Национальный (государственный) эталон массы хранится в НПО «ВНИИМ им. Д.И. Менделеева» в г. Санкт-Петербурге на кварцевой подставке под двумя стеклянными колпаками в стальном сейфе, температура воздуха поддерживается в пределах 20 ± 3 °C, относительная влажность 65%. Один раз в 10 лет с ним сличаются два вторичных эталона. При сличении с международным эталоном наш национальный эталон массы получил значение 1,877 кг. Для передачи размера единицы массы от прототипа № 12 вторичным эталонам используются специальные весы № I и № 2 с дистанционным управлением на I кг; весы № 1 изготовлены фирмой «Рупрехт», а № 2 — НПО «ВНИИМ им. Д. И. Менделеева». Погрешность воспроизведения килограмма составляет 2−10″ ^.

Отклонения массы эталонов, определяемые при международных сличениях, показывают достаточную степень ее стабильности (табл. 3.1).

3.1. Результаты международных сличений эталона массы

Совокупность первичных эталонов составляет эталонную базу страны и является основой обеспечения единства измерений. Число эталонов не является постоянным, а изменяется в зависимости от потребностей народного хозяйства страны. Обычно прослеживается увеличение их числа во времени, что обусловлено постоянным развитием рабочих средств измерений.

В качестве вторичного эталона используется эталон, получающий размер единицы путем сличений с первичным эталоном рассматриваемой единицы.

Вторичный эталон является подчиненным по отношению к первичному эталону.

Эталон-свидетель — вторичный эталон, предназначенный для поверки сохранности и неизменности государственного эталона и для замены его в случае порчи или утраты. В настоящее время только эталон килограмма имеет эталон-свидетель.

Основное назначение эталона-свидетеля усилить уверенность в постоянстве основного эталона. По существу, с помощью эталона-свидетеля можно лишь констатировать постоянство или изменение отношения между единицами, воспроизводимыми эталоном-свидетелем и первичным эталоном. Можно также с определенной степенью достоверности утверждать, что в случае постоянстве этих отношений размеры единиц, воспроизводимых эталонами, остаются неизменными.

Эталон-копия — это вторичный эталон, предназначенный для передачи размера единицы рабочим эталонам. Такие эталоны создаются в случае большого числа поверочных работ с целью предохранения первичного или специального эталона от преждевременного износа. Эталон-копия представляет собой копию государственного эталона только по метрологическому назначению и может не всегда являться физической копией государственного эталона. При необходимости эталон-копия может заменить государственный эталон.

Эталон-сравнения — это вторичный эталон, который применяется для сличений эталонов, которые по тем или иным причинам не могут быть непосредственно сличаемы друге другом.

Рабочий эталон — это вторичный эталон, применяемый для передачи размера единицы образцовым средствам измерений высшей точности, и в отдельных случаях — наиболее точным рабочим средствам измерений. Рабочие эталоны являются наиболее распространенными вторичными эталонами.

Международный эталон — это эталон, принятый по международному соглашению в качестве первичного международного эталона и служащий для согласования с ним размеров единиц, воспроизводимых и хранимых национальными эталонами.