Эталон единицы величины находящийся в федеральной собственности это
Обновлено: 05.05.2024
Эталон единицы физической величины - 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.
Государственные эталоны единиц величин используются в качестве исходных для воспроизведения и хранения единиц величин с целью передачи их размеров всем средствам измерений данных величин на территории Российской Федерации.
Государственные эталоны единиц величин являются исключительной федеральной собственностью, подлежат утверждению Госстандартом России и находятся в его ведении.
Конструкция эталона, его свойства и способ воспроизведения единицы определяются природой данной физической величины и уровнем развития измерительной техники в данной области измерений.
Эталон должен обладать следующими существенными признаками (по М. Ф. Маликову): неизменностью, воспроизводимостью и сличаемостью.
Различают следующие виды эталонов: первичный; специальный; государственный; вторичный; эталон-свидетель; эталон-копия; эталон сравнения; рабочий эталон; международный эталон и др.
Наивысшей в стране точностью воспроизведения единицы физической величины обладает первичный эталон.
Первичный эталон – эталон, обеспечивающий воспроизведение единицы с наивысшей в стране (по сравнению с другими эталонами той же единицы) точностью.
Вторичный эталон – эталон, получающий размер единицы непосредственно от первичного эталона данной единицы.
Эталон сравнения – эталон, применяемый для сличений эталонов, которые по тем или иным причинам не могут быть непосредственно сличены друг с другом.
Исходный эталон – эталон, обладающий наивысшими метрологическими свойствами (в данной лаборатории, организации, на предприятии), от которого передают размер единицы подчиненным эталонам и имеющимся средствам измерений.
Исходным эталоном в стране служит первичный эталон, исходным эталоном для республики, региона, министерства (ведомства) или предприятия может быть вторичный или рабочий эталон. Вторичный или рабочий эталон, являющийся исходным эталоном для министерства (ведомства) нередко называют ведомственным эталоном.
Эталоны, стоящие в поверочной схеме ниже исходного эталона, обычно называют подчиненными эталонами.
Рабочий эталон – эталон, предназначенный для передачи размера единицы рабочим средствам измерений.
Термин рабочий эталон заменил собой термин образцовое средство измерений (ОСИ), что сделано в целях упорядочения терминологии и приближения ее к международной. При необходимости рабочие эталоны подразделяют на разряды (1-й, 2-й, n-й), как это было принято для ОСИ.
В этом случае передачу размера единицы осуществляют через цепочку соподчиненных по разрядам рабочих эталонов. При этом от последнего рабочего эталона в этой цепочке размер единицы передают рабочему средству измерений.
Государственный первичный эталон (государственный эталон) - первичный эталон, признанный решением уполномоченного на то государственного органа в качестве исходного на территории государства.
Пример - Государственные эталоны метра, килограмма, секунды, ампера, кельвина, канделы, ньютона, паскаля, вольта, беккереля.
Национальный эталон – эталон, признанный официальным решением служить в качестве исходного для страны. Данное определение по существу совпадает с определением понятия государственный эталон. Это свидетельствует о том, что термины государственный эталон и национальный эталон отражают одно и то же понятие.
Вследствие этого термин национальный эталон применяют в случаях проведения сличения эталонов, принадлежащих отдельным государствам, с международным эталоном или при проведении так называемых круговых сличений эталонов ряда стран.
Международный эталон – эталон, принятый по международному соглашению в качестве международной основы для согласования с ним размеров единиц, воспроизводимых и хранимых национальными эталонами.
Пример - Международный прототип килограмма, хранимый в международном бюро мер и весов (МБМВ), утвержден 1-й Генеральной конференцией по мерам и весам (ГКМВ).
Одиночный эталон – эталон, в составе которого имеется одно средство измерений (мера, измерительный прибор, эталонная установка) для воспроизведения и (или) хранения единицы.
Групповой эталон – эталон, в состав которого входит совокупность средств измерений одного типа, номинального значения или диапазона измерений, применяемых совместно для повышения точности воспроизведения единицы или ее хранения.
Групповые эталоны подразделяют на групповые эталоны постоянного или переменного составов.
За результат измерений принимают обычно среднее арифметическое значение результатов измерений однотипными средствами измерений или эталонными установками.
Эталонный набор – эталон, состоящий из совокупности средств измерений, позволяющих воспроизводить и (или) хранить единицу в диапазоне, представляющем объединение диапазонов указанных средств.
Эталонные наборы создаются в тех случаях, когда необходимо охватить определенную область значений физической величины.
Пример - Эталонные разновесы (наборы эталонных гирь) и эталонные наборы ареометров.
Транспортируемый эталон – эталон (иногда специальной конструкции), предназначенный для его транспортирования к местам поверки (калибровки) средств измерений или сличений эталонов данной единицы.
Хранение эталона – совокупность операций, необходимых для поддержания метрологических характеристик эталона в установленных пределах.
При хранении первичного эталона выполняют регулярные его исследования, включая сличения с национальными эталонами других стран с целью повышения точности воспроизведения единицы и совершенствования методов передачи ее размера. Для руководства работ по хранению государственных эталонов устанавливают специальную категорию должностных лиц - ученых хранителей государственных эталонов, назначаемых из числа ведущих в данной области специалистов-метрологов.
Эталонная база страны (эталонная база) – совокупность государственных первичных и вторичных эталонов, являющаяся основой обеспечения единства измерений в стране.
Число эталонов не является постоянным, а изменяется в зависимости от потребностей экономики страны. Обычно прослеживается увеличение их числа во времени, что обусловлено постоянным развитием рабочих средств измерений.
ЭТАЛОНЫ. ПРИМЕРЫ ПОСТРОЕНИЯ ЭТАЛОНОВ ОСНОВНЫХ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
С точки зрения метрологии и стандартизации очень важной задачей является обеспечение единства измерений. Для того, чтобы выполнить эту задачу, необходимо обеспечить тождественность единиц градуировки всех средств измерений одной и той же физической величины.
Во всём мире пользуются эталонами для хранения и воспроизведения единиц величины как самыми надежными средствами поддержания единства измерений.
Эталон – это средство измерения (или комплекс таких средств), назначением которого является воспроизведение и хранение единицы физической величины и передачи параметров этой единицы (размера) нижестоящим по схеме поверки средствам.
Эталон единицы величины – техническое средство, предназначенное для воспроизведения, хранения и передачи единицы величины [1, ст.2].
Эталоны утверждаются в таком качестве в установленном порядке и представляют из себя высшее звено передачи размеров единиц в метрологической цепочке.
Существует Международное бюро мер и весов (МБМВ), в котором хранятся международные эталоны единиц различных физических величин.
Государственный эталон - эталон единицы величины, находящийся в федеральной собственности [1, ст.2]. Такие эталоны подразделяются на:
- первичные, обеспечивающие воспроизведение, хранение и передачу единицы величины с наивысшей точностью, достигнутой в данной области измерений, утверждаемые в этом качестве в установленном порядке и применяемые в качестве исходного на территории страны [1];
- вторичные, обеспечивающие воспроизведение единицы в особых условиях и заменяющие для этих условий первичные эталоны.
Широкое распространение эталонных средств более низкого уровня и рабочих средств измерений, градуированных в определённых единицах, а также целесообразность воспроизведения единицы величины в конкретной метрологической службе с определённой точностью определяют необходимость создания государственных эталонов.
Так же эталоны делят по типу единиц измерения. Ниже приведены самые распространённые из них [5]:
- Эталоны электрического тока;
- Эталоны силы света;
- Эталоны дополнительной единицы плоского угла.
В нашей стране (как и в большинстве развитых стран) в настоящее время создана эталонная база, считающаяся достаточно полной, представляющая из себя главное, центральное звено всей системы метрологического обеспечения страны. Считается, что о достигнутом уровне развития техники, промышленности, да и вообще всей науки в стране и о её потенциале можно судить по точности эталонов, считающихся национальными. В России существует около 120 первичных государственных и около 500 вторичных эталонов, которые обеспечивают хранение и воспроизведение около 70 величин во всех наиболее распространённых областях и видах измерений: механических и геометрических, теплофизических и температурных, магнитных и электрических, оптических, радиотехнических, и даже измерений параметров ионизирующих излучений и в области физикохимии.
Основные единицы, обеспеченные эталонами в России: длина (метр), масса (килограмм), время (секунда), сила электрического тока (ампер), термодинамическая температура (кельвин), сила света (кандела), дополнительная единица плоского угла (радиан). Любые производные единиц СИ, а также некоторые внесистемные единицы, допущенные к применению, возможно воспроизвести благодаря этим эталонам.
Созданные государственные эталоны в России по своим характеристикам точности ни в чём не уступают эталонам передовых зарубежных стран, а зачастую и превосходят их.
Эталон единицы длины. В системе СИ основной единицей измерения длины является метр. Изначально метр определялся как одна десятимиллионная часть четверти парижского меридиана. В ходе тщательных исследований пришли к выводу, что это определение очень трудно воспроизводимо с необходимой точностью. Поэтому его заменили на расстояние между осями двух средних штрихов, которые нанесены на платиново-иридиевом бруске, хранящимся в МБМВ. Однако погрешность и этого определения в условиях развития современной науки не устраивала мировое сообщество.
Именно поэтому в ХХ веке появилась идея использовать длину световой волны, а, именно, длину волны оранжевой линии спектра излучения криптона – 86 в вакууме, умноженную на 1650763,73, в качестве эталона метра. Это изменение не изменило размер метра, но существенно понизило погрешность измерения.
В СССР был создан такой эталон в 1968 году и принят за государственный. Однако велись работы по дальнейшему увеличению точности эталонов, и пришли к тому, что необходимо связать размер метра со временем прохождения волны в вакууме, при этом используя лазер, длина волны которого отличается удивительной стабильностью. Это изменение было внесено в определение эталона в 1983 году.
Метрологи, которые в определении эталона перешли из радиодиапазона в оптический, приблизились к созданию единого эталона длины, частоты и времени, который мог бы одновременно измерить и время, и пространство, и, что более важно, ещё на два порядка повысить точность воспроизведения.
Именно таким эталоном, который был создан в СССР в 1985 году и пользуются до сих пор. Погрешность при воспроизведении таким эталоном составляет порядок 10 -11 , что в современных условиях необходимо для многих областей техники, например, конструирование и расчёт космических кораблей.
В настоящее время в России 5 эталонов длины – метра. Это обуславливается тем, что кроме первичного эталона необходимы и специальные, учитывающие различные условия измерения.
Эталон единицы времени и частоты. В системе СИ основной единицей измерения времени является секунда. Изначально секунда считалась равной 1/86400 части средних солнечных суток, что было связано с вращением Земли вокруг своей оси. Однако учёные в ходе исследований установили, что скорость вращения Земли неравномерна, так как она очень медленно постепенно уменьшается. Вследствие этого появляется погрешность в определении секунды, недопустимая при современном уровне развития техники и науки в целом.
Поэтому в 1965 году повысили точность единицы времени в 100 раз, благодаря тому, что физический смысл секунды привязали к более постоянному значению – разности между двумя весенними равноденствиями, то есть к тропическому году.
Однако, пришли к выводу о том, что привязка определения эталона к астрономии не сможет обеспечить необходимую его точность, поэтому перешли в 1967 году к абсолютно новой концепции. Времяисчисление предложили вести на основе атомных принципов, и определение эталона привязали к количеству колебаний при резонансной частоте перехода между энергетическими уровнями основного состояния атома цезия -133. Погрешность при таком определении составляла всего 10 -13 .
В 1983 году в СССР установили новый эталон определения времени и частоты на основе двух квантовых мер: реперов и хранителей. Реперы включаются только время от времени и генерируют базовую частоту (опорную), задавая при этом эталонный размер секунды. Отталкиваясь от значений частоты репера (установив эталонный размер секунды), хранители (часы) ведут непрерывный отсчёт времени. Квантовые меры двух видов – водородный и цезиевый, где первый выполняет роль хранителя, а второй – репера. Водородный хранитель обладает большей стабильностью по сравнению с цезиевым репером, что снизило погрешность хранения размера эталона времени и частоты ещё на порядок.
Так и формируют шкалу времени, считающуюся эталонной, работая совместно, приборы трех типов: цезиевый репер задает базовый размер секунды, водородный его сохраняет, а водородные часы-хранители, отсчитывают время.
Этот эталон принят государственным в России в 1998, при том, что его прототип появился в 1967 году, и является единственным.
Эталон единицы массы. В системе СИ за единицу массы, как физической величины, принят килограмм. Его определяли изначально как массу кубического дециметра воды при температуре в 4 градуса по Цельсию, т.е. при наибольшей плотности воды.
В настоящее время эталон килограмма представлен как масса международного прототипа – платиноиридиевого цилиндра диаметром 39 мм, высотой 39 мм, который довольно стабильно сохраняет свою массу, при этом погрешность эталона при таком определении составляет порядок 10 -9 .
Государственный эталон единицы массы в СССР принят в 1984 году и используется по настоящее время.
Эталон единицы силы тока. В системе СИ единицей силы тока является ампер. Он определён как сила постоянного электрического тока, который, при прохождении по 2-ум прямолинейным параллельным проводникам бесконечной длины и бесконечно малого сечения, расположенным в вакууме на расстоянии одного метра один от другого, вызвал бы между этими проводниками на каждый метр длины силу в 2∙10 -7 Н. Данное определение недостижимо в практике, однако, на основе закона Ампера можно достаточно точно рассчитать силу взаимодействия токов, при условии их протекания по проводникам конечных размеров.
Государственный первичный эталон ампера, утверждённый в СССР в 1988 году - целый комплекс средств измерений, применяемых для воспроизведения, хранения и передачи единицы силы тока. Погрешность его воспроизведения – порядка 10 -5 .
Для ампера в России создано три государственных эталона, обеспечивающих единство измерений не только постоянных, но и переменных токов вплоть до СВЧ.
Эталон единицы температуры. В системе СИ принята единица термодинамической температуры – Кельвин. Кельвин определен как часть термодинамической температуры тройной точки воды.
Эталон единицы температуры в СССР создан в 1987-1992 годах. В 1998 году в состав эталона введена дополнительная аппаратура для реализации реперных точек. Эталон реализует международную температурную шкалу (МТШ), основанную на реперных точках (ряде значений температур) и интерполяционных приборах, которые градуируются в этих точках.
Реперные точки практически представляют из себя фазовые переходы чистых веществ, значения температур которых установлены. Интерполяционный прибор - платиновый термометр сопротивления (работает в диапазоне до 961,78 °С. В диапазоне 961,78 – 2500 °С шкала температур определяется решением уравнения Планка для спектральной плотности излучения черного тела в вакууме. Воспроизведение кельвина осуществляется с погрешностью 0,00005 К.
В России для кельвина создано семь эталонов, охватывающих диапазон температур сверхнизких (гелиевых) до сверхвысоких (температура плазмы).
Эталон единицы силы света. В системе СИ единицей силы света принята кандела. Кандела определяется, как сила света в заданном направлении источника, испускающего монохроматическое излучение частотой 540∙10 12 Гц, энергетическая сила света которого в этом направлении составляет 1/683 Вт/ср.
В СССР этот эталон создан в 1983 году, а принят государственным после модернизации в 1990 году. Погрешность воспроизведения эталона порядка 10 -2 .
Эталон единицы плоского угла. Единицей плоского угла является радиан (в системе СИ). Радиан определяется, как угол между двумя радиусами окружности, между которыми длина дуги равна радиусу.
Государственный первичный эталон радиана создан в СССР в 1960-1980 годах, а утверждён в 1980 году. Он состоит из кварцевой призмы, содержащей 12 граней, угломерной автоколлимационной установки и интерференционного экзаменатора. Погрешность воспроизведения единицы плоского угла составляет 0,02 секунды.
В заключение хочется сказать, что эталон является очень трудоёмким и дорогим в изготовлении средством измерительной техники. На его разработку, создание и модернизацию зачастую уходит не одно десятилетие. Однако, для любого развитого современного государства наличие необходимого количества эталонов, обеспечивающих необходимую точность воспроизведения единиц физических величин просто необходимо.
Во-первых, создание необходимой точности важно для научно-технического прогресса, ведь совершенствование систем, механизмов, конструкций обязательно ведёт за собой уточнение расчётов и проектирования, точность сборки и т.д.
Во-вторых, сам по себе эталон является показателем уровня развития страны в научно-техническом отношении, поэтому его наличие улучшает репутацию страны в целом, повышает её уровень в общемировом рейтинге.
Отрадно осознавать, что в нашей стране, начиная с 60-ых годов прошлого столетия, ведётся активная работа по созданию и усовершенствованию государственных эталонов, и, нужно сказать, определённых успехов в этом в России, как преемнице СССР достигли.
Список литературы
Кузнецов В.А., Ялунина Г.В. Основы метрологии. М. Изд. стандартов, 1995.
Читайте также: