Меню

Для чего нужен эталон измерения



Эталоны

Этало́н (фр. etalon ) — средство измерений (или комплекс средств измерений), обеспечивающее воспроизведение и (или) хранение единицы, а так же передачу её размера нижестоящим по поверочной схеме средствам измерений и утвержденное в качестве эталона в установленном порядке.

Содержание

Определение понятия

  • Точная мера или точный измерительный прибор, служащие для воспроизведения, хранения и передачи единицы измерения какой-либо величины.
  • Измерительный прибор большей точности, предназначенный для поверки других измерительных приборов.
  • Мерило, образец для подражания, сравнения.
  • До 2001 года в русскоязычной терминологии под понятием эталон понимались только эталоны высшего уровня — международные и государственные, рабочие эталоны назывались образцовыми средствами измерений.

Виды эталонов

  • 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.
  • Рабочий эталон — эталон, предназначенный для передачи размера единицы рабочим средствам измерений.
  • Государственный первичный эталон — первичный эталон, признанный решением уполномоченного на то государственного органа в качестве исходного на территории государства.
  • Национальный эталон — эталон, признанный официальным решением служить в качестве исходного для страны.
  • Международный эталон — эталон, принятый по международному соглашению в качестве международной основы для согласования с ним размеров единиц, воспроизводимых и хранимых национальными эталонами.

Наиболее известные эталоны

Эталоны длины и массы, хранящиеся в Международном бюро мер и весов в Севре. Первый из них — «архивный метр» — на сегодня имеет лишь исторический интерес. Второй — эталон килограмма — сохраняет функцию международного эталона массы.

Организации — хранители эталонов высших уровней

Международные

Российские

  • ФГУП СНИИМ
  • ВНИИФТРИ
  • ФГУП ВНИИР

Краткая история метрологии

Поговорка всяк купец на свой аршин мерит была верна буквально до начала 19 века, когда появился государственный эталон длины. В царской России всерьёз заинтересовались эталонами только в конце 19 века. Была создана Главная палата мер и весов и заказаны в Англии государственные эталоны длины и массы, согласованные с международными.

По мере развития науки и техники появилась нужда в большом количестве других эталонов. Например, эталон частоты, времени, температуры, напряжения и т. д. Прогресс не только вводил новые эталоны, но и повышал точность старых. Длина одного метра в настоящий момент установлена равной пути, проходимого светом в вакууме за (1 / 299 792 458) секунды.

Ссылки

См. также

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое «Эталоны» в других словарях:

ЭТАЛОНЫ — (франц. etalon образец, мерило), средства измерений или их комплексы, обеспечивающие воспроизведение и хранение узаконенных ед. физ. величин, а также передачу их размера др. средствам измерений. Без Э. невозможно добиться сопоставимости… … Физическая энциклопедия

Эталоны — [standards] средства измерения или их комплексы, обеспечивающие воспроизведение и хранение узаконенных единиц физических величин, а также передачу их размера другими средствами измерений. Без эталонов невозможно достичь сопоставимых результатов… … Энциклопедический словарь по металлургии

Эталоны — средства измерений или их комплексы, обеспечивающие воспроизведение и хранение узаконенных единиц физических величин, а также передачу их размера другими средствами измерений. Без Э. невозможно достичь сопоставимости результатов измерений … Большая советская энциклопедия

ЭТАЛОНЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН — эталоны, обеспечивающие воспроизведение и хранение установленных гос. стандартом (ГОСТ 8.417 81) ед. электрич. величин. В СССР в кач ве первичного эталона ед. силы пост. электрич. тока (1 А) утверждены токовые весы, представляющие собой рычажные… … Физическая энциклопедия

ЭТАЛОНЫ МАГНИТНЫЕ — В СИ единицы измерения магн. величин производные. В эталонной базе России им соответствуют государственные эталоны индуктивности (генри), магн. потока (вебер), магн. индукции (тесла), магн. момента (А/м 2), дифференциальной резонансной пара магн … Физическая энциклопедия

ЭТАЛОНЫ МАГНИТНЫХ ВЕЛИЧИН — эталоны, обеспечивающие воспроизведение и хранение установленных гос. стандартом (ГОСТ 8.417 81) ед. магн. величин. К осн. хар кам магн. полей и материалов относятся: магнитный поток, магнитная индукция и магнитный момент (или намагниченность… … Физическая энциклопедия

ЭТАЛОНЫ ДЛЯ СПЕКТРАЛЬНОГО АНАЛИЗА — набор образцов соответствующих минер. веществ (г. п., сухих остатков вод, металлов, искусственных смесей, растворов в т. д.), в которых точно установлено с помощью хим. анализа содер. интересующих исследователя элементов или искусственно… … Геологическая энциклопедия

Эталоны магнитные — Эталоны, применяемые для воспроизведения и хранения установленных законом (ГОСТ) единиц магнитных величин; обеспечивают единство магнитных измерений. Основными характеристиками магнитных полей и материалов являются: Магнитный поток,… … Большая советская энциклопедия

ЭТАЛОНЫ (ПРЕПАРАТЫ) РАДИОАКТИВНОСТИ — источники радиоактивных излучений, изготовленные по техническим условиям и аттестованные по соответствующему разряду. Источники 1 го разряда служат для проверки источников 2 го разряда и для градуировки дозиметрической и радиометрической… … Геологическая энциклопедия

ЭТАЛОНЫ МАГНИТНЫЕ — образцы материалов с известными, измеренными приборами высокого класса точности значениями магнитной восприимчивости и магнитного момента. Предназначены для эталонирования магнитометров и приборов для измерения магнитных свойств. Эталонами служат … Геологическая энциклопедия

Источник

Эталоны

Эталон – средство измерений (или комплекс средств измерений), обеспечивающее воспроизведение и (или) хранение единицы, а так же передачу её размера нижестоящим по поверочной схеме средствам измерений и утвержденное в качестве эталона в установленном порядке.

В Федеральном законе N 102-ФЗ от 26.06.2008 г. «Об обеспечении единства измерений» эталону дано следующее определение: эталон единицы величины – техническое средство, предназначенное для воспроизведения, хранения и передачи единицы величины.

Основным назначением эталонов является хранение и воспроизведения единицы физической величины для передачи ее размера другим эталонам и рабочим средствам измерений. Под передачей размера единицы величины понимается приведение размера величины, хранимой средством измерений, к размеру единицы, воспроизводимой эталоном. Эта процедура осуществляется при поверке средств измерений.

Виды эталонов:

  • Первичный эталон – это эталон, воспроизводящий единицу физической величины с наивысшей точностью, возможной в данной области измерений на современном уровне научно-технических достижений. Первичный эталон может быть национальным (государственным) и международным.
  • Государственный первичный эталон – первичный эталон, признанный решением уполномоченного на то государственного органа в качестве исходного на территории государства.
  • Национальный эталон – эталон, признанный официальным решением служить в качестве исходного для страны.
  • Специальный эталон – эталон, обеспечивающий воспроизведение единицы в особых условиях (смена характера объекта измерений) и заменяющий для этих условий первичный эталон. Единица, воспроизводимая с помощью специального эталона, по размеру согласована с единицей, воспроизводимой с помощью соответсвующего первичного эталона.
  • Международный эталон – эталон, принятый по международному соглашению в качестве международной основы для согласования с ним размеров единиц, воспроизводимых и хранимых национальными эталонами.
  • Эталон копия – применяется вместо государственного эталона для хранения единицы и передачи её размера рабочим эталонам. Эталон копия не всегда является физической копией государственного эталона, а применяется в качестве копии только по метрологическому назначению.
  • 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.
  • Одиночный эталон – эталон состоящий из одной меры, одного измерительного прибора или одной измерительной установки, обеспечивающих воспроизведение или хранение единицы самостоятельно, без других средств измерений того же типа.
  • Групповой эталон – эталон состоящий из совокупности однотипных мер, измерительных приборов или других средств измерений, применяемых как одно целое для повышения надежности хранения единицы. Размер единицы, хранимой групповым эталоном, определяется как среднее арифметическое их значений, найденных с помощью отдельных мер или измерительных приборов, входящих в групповой эталон. Групповые эталоны могут быть постоянного и переменного состава. В групповые эталоны переменного состава входят меры или измерительные приборы, периодически заменяемые новыми. Отдельные меры или измерительные приборы, входящие в групповой эталон, применяют в качестве рабочих эталонов, если это допустимо по условиям хранения единицы.
  • Рабочий эталон – эталон, предназначенный для передачи размера единицы рабочим средствам измерений.

Ученый-хранитель – ответственное лицо, назначаемое для ведения работ с эталонами, наблюдения за правильным хранением, сличением и исследованием эталонов в метрологических институтах, в том числе и межденародным сличением.

Эталонная база РФ насчитывает 118 государственных эталонов и более 300 вторичных эталонов. Государственные эталоны служат для воспроизведения физических величин, поэтому структура эталонной базы соответствует структуре единиц СИ. Основа этой базы – эталоны основных единиц СИ, кроме эталона единицы количества вещества (моль). Одной из причин того, что эталон единицы количества вещества не создан, является недостаточная четкость определения этой единицы и отсутствие метода ее измерения в соответствии с определением. Тем более, эту единицу трудно назвать основной, так как ее определение связано с единицей массы. Вполне возможно, что эта единица будет переведена в разряд специальных единиц массы.

Крупнейшие хранители эталонов РФ – метрологические институты: Всероссийский научно-исследовательский институт метрологии им. Д.И. Менделеева (ФГУП ВНИИМ) и Всероссийскй научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений (ФГУП ВНИИФТРИ).

Кроме национальных эталонов единиц существуют международные эталоны, хранимые в Международном бюро мер и весов (МБМВ). Программой деятельности МБМВ предусмотрены систематические международные сличения национальных эталонов крупнейших метрологических лабораторий разных стран с международными эталонами и между собой.

По инициативе международных метрологических организаций в октябре 1999г. директора национальных метрологических институтов большинства стран мирового сообщества – членов Метрической конвенции подписали «Договоренность» о взаимном признании национальных эталонов и сертификатов на измерения и калибровки, выдаваемых национальными метрологическими институтами». Согласно этому документу степень эквивалентности национальных эталонов будет определяться на основе результатов их международных сличений друг с другом, проводимых под эгидой консультативных комитетов Международного комитета по мерам и весам и региональных метрологических организаций и являющихся юридической основой признания эквивалентности сличаемых эталонов и соответственно правильности измерений и сертификационных испытаний в странах-участниках ключевых сличений.

Источник

Как выглядят и «живут» идеальные единицы измерения

Человечество окончательно отказывается от материальных эталонов, теперь все главные единицы СИ будут привязаны к фундаментальным физическим константам. От точных измерений времени, расстояний и масс сегодня зависит множество вещей — от спутниковой навигации до правильной работы магазинных весов. А точность этих измерений зависит от эталонов — сложных устройств, которые сегодня обслуживают тысячи ученых и инженеров. Нужны ли будут они в новой «нематериальной» метрологии, разбиралась редакция N + 1 .

В международной системе единиц измерения СИ (от французского Le Systeme International d’Unites, SI) приняты семь основных величин, через которые определяются все остальные, производные единицы. Для точного измерения этих величин ученые создают эталоны, ведь измерение и есть сравнение чего-либо с эталоном. Первый эталон системы СИ — эталон килограмма — был официально принят в июне 1799 года во Французской республике. С тех пор основные единицы не единожды переопределялись, например единица длины, метр, первоначально была привязана к длине парижского меридиана, потом — к длине волны излучения атома криптона-86 и, наконец, — к скорости света в вакууме. Почти все другие единицы тоже постепенно оказались привязаны к фундаментальным физическим константам (ФФК).

Читайте также:  Нормативные документы по метрологической аттестации средств измерений

Сейчас во Франции проходит 26-я Генеральная конференции по мерам и весам, и на ней будет принято решение еще раз переопределить килограмм , моль , кельвин и ампер . Американский Национальный институт стандартов (NIST) называет это будущее решение «поворотным пунктом в истории человечества». Система СИ будет обновлена, и из нее исчезнет последний материальный эталон — эталон килограмма. Все единицы будут привязаны к константам, не подверженным износу.

В Россию, согласно реестру Росстандарта , хранятся 165 различных эталонов основных и производных единиц. Что же будет с ними дальше, после новой реформы?

«Система СИ будет окончательно „отвязана“ от материального мира. Килограмм, вслед за остальными единицами, будет переопределен через фундаментальную физическую константу. Но это не значит, что и метрология станет „нематериальной“. Останутся эталоны, останется необходимость их сличений, нужно будет, как и раньше, обеспечивать единство и точность измерений, технически совершенствовать оборудование, передавать единицы измерения основным потребителям — промышленности, медицине, науке. Более того, у нас прибавится работы — понадобится разрабатывать новые измерительные технологии для квантовых единиц», — сказал N + 1 руководитель ВНИИ метрологии имени Дмитрия Менделеева Антон Пронин.

В этой статье мы расскажем о том, как «живут» российские эталоны, как ученые следят за их «здоровьем» и какое будущее их ожидает.

Национальный килограмм

Российский национальный эталон килограмма (его номер в ресстре — ГЭТ 3-2008, у каждого эталона есть такой номер) — это цилиндр из сплава платины и иридия с массовыми долями 90 и 10 процентов соответственно, диаметром и высотой около 39 миллиметров. Хранится образец в лаборатории массы и силы петербургского ВНИИ метрологии . На самом деле эталонов сразу два — это копии № 12 и № 26. 12-й играет роль национального прототипа килограмма, а 26-й — роль эталона-свидетеля, способный в случае порчи или утраты 12-го его заменить.

Цифры 12 и 26 — это порядковые номера копий Международного прототипа килограмма (МПК), хранящегося в Международном бюро мер и весов (МБМВ) во французском городе Севр. Согласно парижскому соглашению 1875 года, за прототип — «истинный килограмм» — был принят оригинальный платино-иридиевый цилиндр, а 42 его точных копии были пронумерованы и разделены: две остались «дежурными» копиями прототипа, а остальные 40 поделили между собой страны-участницы метрической конвенции. Сплав платины и иридия химически инертен, имеет высокую твердость и износоустойчивость, относительно малый коэффициент теплового расширения, большую плотность и наделен парамагнитными свойствами.

Вес российского эталона килограмма менялся примерно на 0,3 микрограмма в год, то есть на 30 микрограмм за более чем 100 лет. Похудел эталон за счет испарения атомов с поверхности цилиндра. Остальные копии показали похожие темпы «потери массы» — от 20 до 50 микрограмм. Это достаточно большие значения для современных требований к точности. Килограмм является одной из семи основных единиц СИ, и накопленные отклонения могут стать причиной так называемого технического системного кризиса. Именно поэтому научное сообщество решило переопределить килограмм через точно измеренную и фиксированную постоянную Планка.

Свои копии килограмма Россия получила в 1893 году, и с тех пор эталон не покидал стены института метрологии, он оставался здесь даже во время блокады Ленинграда. Обе копии являются государственным достоянием и хранятся в историческом здании, спроектированном при участии самого Дмитрия Менделеева для хранения эталонов. Помещение имеет изолированный от остального здания собственный фундамент массой 750 тонн, а температура воздуха поддерживается постоянно на уровне от 18 до 22 градусов Цельсия, причем скорость изменения температуры не может меняться быстрее 0,1 градуса в час.

Но даже очень мощный фундамент не вполне спасает: все работы по передаче единицы для вторичных эталонов и метрологические сличения производятся в ночное время. Рядом с институтом — станция метро и днем возможны погрешности из-за вибраций. Кроме двух копий прототипа килограмма, в состав государственного эталона входят компараторы массы (специальные приборы для сравнения массы двух образцов), аппаратура для измерений плотности воздуха. После перехода СИ на определение всех величин через фундаментальные физические константы передача единицы должна осуществляться в условиях вакуума, поэтому недавно в лаборатории появился вакуумный компаратор.

Наша российская платино-иридиевая копия № 12 сличалась с главным эталоном недавно, в 2014 году, и перекалибровка потребуется только в 2024–2029 годах. К этому сроку в России планируется осуществить работы для независимой реализации килограмма через постоянную Планка с необходимой точностью порядка 2 × 10-8 килограмма.

После переопределения килограмма процедура сличений останется неизменной: техническим протоколом назначается лаборатория-пилот, организующая определенную программу мероприятия с указанием сроков и участников, она же посылает поочередно всем участникам сличений артефакт и рассчитывает отклонение каждой лаборатории от опорного значения.

Единственное новшество будет заключаться в следующем. Ранее единица (килограмм) передавалась от национального эталона вторичным эталонам при помощи компаратора массы (прибора для измерений разности массы между двумя эталонами) в условиях атмосферного воздуха. Теперь же передача единицы от национального прототипа килограмма вторичным эталонам будет осуществляться с помощью вакуумного компаратора в условиях вакуума, то есть в тех же условиях, в которых калиброван прототип.

От вторичных эталонов единица передается рабочим эталонам при помощи обычных компараторов в условиях атмосферного воздуха. Далее сохраняется вся действующая иерархическая система передачи единицы, вплоть до рабочих средств измерений масс: весов торговых, аналитических, весов для взвешивания вагонов и других.

Фонтаны времени

Единица измерения времени — секунда — с 1967 года определяется как интервал времени, соответствующий 9 192 631 770 периодов излучения между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133. Это позволяет государствам создавать свои первичные эталоны единиц времени независимо от других государств.

Российский государственный первичный эталон единицы времени (его номер в реестре ГЭТ 1-2018) хранится во Всероссийском научно-исследовательском институте физико-технических и радиотехнических измерений ( ВНИИФТРИ ). Это устройство на основе фонтана атомов цезия. «Фонтан» устроен так: облако сверххолодных атомов цезия помещают в оптическую ловушку, а затем под действием лазера они «подпрыгивают» вверх. Затем лазеры выключают, облако медленно опускается, а другой лазер считывает значения.

Этот прибор работает не в постоянном режиме: значение частоты воспроизводится примерно каждые 150 секунд. Чтобы потребители имели доступ ко времени непрерывно, время хранят более простые устройства — водородные генераторы частоты. Но у них есть недостаток — дрейф, для компенсации которого используется рубидиевый хранитель. Все устройства комплекса работают сообща, как единый организм.

Государственный первичный эталон единицы времени существует в нашей стране с конца 1950-х годов. В лесном массиве в окрестностях поселка Менделеево, недалеко от Зеленограда, для эталона на территории ВНИИФТРИ построено отдельное трехэтажное здание. Такое расположение продиктовано требованиями к хранению и эксплуатации эталона: чтобы генератор не подвергался внешним воздействиям, рядом с ним не должно быть больших дорог и сильных электромагнитных полей.

Внутри здания специальная система кулеров следит за отсутствием больших перепадов температур (не более 0,3 градуса Цельсия). Для устранения блуждающих токов проведено высокоэффективное заземление. Предусмотрена защита от перебоев электропитания: в случае необходимости система аккумуляторов способна поддерживать работу всего комплекса в течение часа; если за это время неполадки не будут устранены, подключатся дизельные генераторы, способные снабжать эталон энергией в течение нескольких дней.

Каждые сутки данные от российского эталона поступают с помощью спутников в Международное бюро мер и весов для сличения: бюро сравнивает показатели нашего эталона с показателями эталонов других стран, анализирует полученные результаты и каждый месяц предоставляет информацию о точности работы эталона и отличии национальной шкалы времени от шкалы, формируемой самим бюро. Это отличие в настоящее время не превышает пяти наносекунд.

Способы передачи информации о времени от эталона потребителю зависят от требуемой точности. Один из наиболее массовых каналов передачи единицы времени у нас в стране использует для этого ГЛОНАСС: с его помощью данные непосредственно от эталона распространяются с точностью в несколько наносекунд. Также информацию о времени передают специальные серверы: чтобы воспользоваться ими, пользователи должны обратиться по установленному IP-адресу. Например, для пользователей операционной системы Windows достаточно поставить «галочку» в настройках, чтобы время на компьютере сверялось с серверами ВНИИФТРИ. Четыре сервера российского эталона обслуживают ежедневно несколько десятков миллионов запросов на предоставление данных о точном времени, с погрешностью в миллисекунды.

Специфический и дорогой способ получать точное время предоставляют специализированные радиостанции — это важно для тех, кто обязан его знать даже в том случае, если ГЛОНАСС выйдет из строя. Четвертый способ — использовать мобильные часы, изготовленные во ВНИИФТРИ.

Государственный первичный эталон единицы времени работает сегодня по принципу определения секунды через фундаментальную физическую константу, и изменения данного определения в ближайшее время не предвидится. Однако требования потребителей к точности измерения частоты и времени непрерывно возрастают, и все ведущие исследовательские лаборатории мира, в том числе и ВНИИФТРИ, разрабатывают все более точные часы на других атомных переходах, но уже в оптическом диапазоне, например с использованием стронция и иттербия. В результате этого развития «цезиевая» секунда может однажды смениться на «стронциевую» или «иттербиевую».

Градусы из чистых веществ

В России существуют два государственных первичных эталона температуры. Первый (ГЭТ 35-2010) находится во ВНИИФТРИ и работает в диапазоне от 0,3 кельвина до 273,16 кельвина. В его состав входят наборы эталонных термометров сопротивления в трех блоках сравнения, откалиброванные по газовому термометру постоянного объема, а также аппаратура для реализации плавления гелия-3, комплект аппаратуры для реализации температуры реперных точек международной температурной шкалы МТШ-90, криостаты сравнения, аппаратура для точных измерений сопротивления.

Сейчас этот эталон воспроизводит единицу температуры (которая по действующему до сегодняшнего дня определению равна 1/273,16 части термодинамической температуры тройной точки воды ) по температурным зависимостям эталонных термометров, стабильность которых проверяется сличением между собой в криостатах сравнения, а также с температурой реперных точек, что обеспечивает воспроизведение единицы температуры в соответствии с Международной шкалой МТШ-90 и Предварительной низкотемпературной шкалой ПНТШ-2000.

Кроме того, во ВНИИФТРИ разработали акустический газовый термометр, определяющий термодинамическую температуру по скорости звука в газообразном гелии с высокой точностью — в диапазоне от 4,2 до 293,16 кельвина. Именно этот термометр планируется ввести в состав ГЭТ 35-2010 для улучшения точности воспроизведения и передачи единицы температуры — кельвина на основе первичного метода акустической газовой термометрии, основанного на законах термодинамики и статистической физики. Это позволит воспроизводить и передавать единицу температуры в соответствии с новым определением кельвина и обеспечивать единство измерений в области низких температур после переопределения кельвина.

Второй государственный эталон (ГЭТ 34-2007) предназначен для высоких температур (от 0 до 3000 градусов Цельсия) и размещен во ВНИИ метрологии. В этот комплекс, во-первых, входят три платиновых термометра сопротивления для диапазона от 0 до 660,323 градуса Цельсия и три — для диапазона 419,527–961,78 градуса Цельсия. Во-вторых, установки для воспроизведения различных температур: тройной точки воды, плавления галлия, затвердевания индия, олова, цинка, алюминия, серебра. Далее, комплекс аппаратуры для измерения сопротивления термометров, фотоэлектрический компаратор яркостей тепловых излучателей, излучатель «черное тело» для воспроизведения температур затвердевания серебра, золота и меди, группа из трех температурных ламп и высокотемпературный излучатель «черное тело» для передачи размера единицы температуры.

Как и его низкотемпературный коллега, этот эталон работает на основе метода воспроизведения температур фазовых переходов чистых веществ, позволяющих определить точные значения сопротивлений стабильных платиновых интерполяционных термометров в реперных точках МТШ-90.

Читайте также:  Как измерить влажность щепы для копчения

В связи с переопределением единицы кельвина во ВНИИ метрологии создают экспериментальный эталон единицы температуры, который будет основан на новом определении — через постоянную Больцмана. Завершить разработку и утвердить новый эталон планируется в 2019 году, но уже сейчас часть созданной аппаратуры была исследована и подтвердила высокие метрологические характеристики нового эталона на уровне лучших мировых достижений в области измерений температуры.

Сила через сопротивление

Государственный первичный эталон (ГЭТ 4–91) единицы силы постоянного электрического тока — ампера — тоже хранится во ВНИИМ. Он состоит из двух комплексов аппаратуры — в первом используются термостатированные меры (работающие при температуре около 30 градусов Цельсия) с номинальным сопротивлением 1 ом и 1 килоом для воспроизведения силы тока 1 ампер и 1 миллиампер соответственно и мера напряжения 1 вольт.

Источник

Эталоны

Этало́н (фр. etalon ) — средство измерений (или комплекс средств измерений), обеспечивающее воспроизведение и (или) хранение единицы, а так же передачу её размера нижестоящим по поверочной схеме средствам измерений и утвержденное в качестве эталона в установленном порядке.

Содержание

Определение понятия

  • Точная мера или точный измерительный прибор, служащие для воспроизведения, хранения и передачи единицы измерения какой-либо величины.
  • Измерительный прибор большей точности, предназначенный для поверки других измерительных приборов.
  • Мерило, образец для подражания, сравнения.
  • До 2001 года в русскоязычной терминологии под понятием эталон понимались только эталоны высшего уровня — международные и государственные, рабочие эталоны назывались образцовыми средствами измерений.

Виды эталонов

  • 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.
  • Рабочий эталон — эталон, предназначенный для передачи размера единицы рабочим средствам измерений.
  • Государственный первичный эталон — первичный эталон, признанный решением уполномоченного на то государственного органа в качестве исходного на территории государства.
  • Национальный эталон — эталон, признанный официальным решением служить в качестве исходного для страны.
  • Международный эталон — эталон, принятый по международному соглашению в качестве международной основы для согласования с ним размеров единиц, воспроизводимых и хранимых национальными эталонами.

Наиболее известные эталоны

Эталоны длины и массы, хранящиеся в Международном бюро мер и весов в Севре. Первый из них — «архивный метр» — на сегодня имеет лишь исторический интерес. Второй — эталон килограмма — сохраняет функцию международного эталона массы.

Организации — хранители эталонов высших уровней

Международные

Российские

  • ФГУП СНИИМ
  • ВНИИФТРИ
  • ФГУП ВНИИР

Краткая история метрологии

Поговорка всяк купец на свой аршин мерит была верна буквально до начала 19 века, когда появился государственный эталон длины. В царской России всерьёз заинтересовались эталонами только в конце 19 века. Была создана Главная палата мер и весов и заказаны в Англии государственные эталоны длины и массы, согласованные с международными.

По мере развития науки и техники появилась нужда в большом количестве других эталонов. Например, эталон частоты, времени, температуры, напряжения и т. д. Прогресс не только вводил новые эталоны, но и повышал точность старых. Длина одного метра в настоящий момент установлена равной пути, проходимого светом в вакууме за (1 / 299 792 458) секунды.

Ссылки

См. также

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое «Эталоны» в других словарях:

ЭТАЛОНЫ — (франц. etalon образец, мерило), средства измерений или их комплексы, обеспечивающие воспроизведение и хранение узаконенных ед. физ. величин, а также передачу их размера др. средствам измерений. Без Э. невозможно добиться сопоставимости… … Физическая энциклопедия

Эталоны — [standards] средства измерения или их комплексы, обеспечивающие воспроизведение и хранение узаконенных единиц физических величин, а также передачу их размера другими средствами измерений. Без эталонов невозможно достичь сопоставимых результатов… … Энциклопедический словарь по металлургии

Эталоны — средства измерений или их комплексы, обеспечивающие воспроизведение и хранение узаконенных единиц физических величин, а также передачу их размера другими средствами измерений. Без Э. невозможно достичь сопоставимости результатов измерений … Большая советская энциклопедия

ЭТАЛОНЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН — эталоны, обеспечивающие воспроизведение и хранение установленных гос. стандартом (ГОСТ 8.417 81) ед. электрич. величин. В СССР в кач ве первичного эталона ед. силы пост. электрич. тока (1 А) утверждены токовые весы, представляющие собой рычажные… … Физическая энциклопедия

ЭТАЛОНЫ МАГНИТНЫЕ — В СИ единицы измерения магн. величин производные. В эталонной базе России им соответствуют государственные эталоны индуктивности (генри), магн. потока (вебер), магн. индукции (тесла), магн. момента (А/м 2), дифференциальной резонансной пара магн … Физическая энциклопедия

ЭТАЛОНЫ МАГНИТНЫХ ВЕЛИЧИН — эталоны, обеспечивающие воспроизведение и хранение установленных гос. стандартом (ГОСТ 8.417 81) ед. магн. величин. К осн. хар кам магн. полей и материалов относятся: магнитный поток, магнитная индукция и магнитный момент (или намагниченность… … Физическая энциклопедия

ЭТАЛОНЫ ДЛЯ СПЕКТРАЛЬНОГО АНАЛИЗА — набор образцов соответствующих минер. веществ (г. п., сухих остатков вод, металлов, искусственных смесей, растворов в т. д.), в которых точно установлено с помощью хим. анализа содер. интересующих исследователя элементов или искусственно… … Геологическая энциклопедия

Эталоны магнитные — Эталоны, применяемые для воспроизведения и хранения установленных законом (ГОСТ) единиц магнитных величин; обеспечивают единство магнитных измерений. Основными характеристиками магнитных полей и материалов являются: Магнитный поток,… … Большая советская энциклопедия

ЭТАЛОНЫ (ПРЕПАРАТЫ) РАДИОАКТИВНОСТИ — источники радиоактивных излучений, изготовленные по техническим условиям и аттестованные по соответствующему разряду. Источники 1 го разряда служат для проверки источников 2 го разряда и для градуировки дозиметрической и радиометрической… … Геологическая энциклопедия

ЭТАЛОНЫ МАГНИТНЫЕ — образцы материалов с известными, измеренными приборами высокого класса точности значениями магнитной восприимчивости и магнитного момента. Предназначены для эталонирования магнитометров и приборов для измерения магнитных свойств. Эталонами служат … Геологическая энциклопедия

Источник

Где хранится международный эталон килограмма?

Точность не бывает лишней. Именно поэтому во всем мире создана и существует система международных измерений, выраженная в эталонах всех известных человеку измерений. И только эталон килограмма выделяется в линейке единиц измерения. Ведь именно он единственный имеет физический реально существующий прототип. Сколько весит и в какой стране хранится международный эталон килограмма, ответим в этой статье.

Зачем нужны эталоны?

Килограмм, например апельсинов, весит одинаково в Африке и в России? Ответ — да, почти. А все благодаря международной системе определения стандартов эталона килограмма, метра, секунды и других физических параметров. Эталоны измерений необходимы человечеству для обеспечения экономической деятельности (торговли) и строительной (единство чертежей), промышленной (единство сплавов) и культурной (единство временных интервалов) и многих других сфер деятельности. И если в ближайшем будущем сломается ваш айфон, то весьма вероятно, что это случилось из-за изменений в весе самого главного эталона массы.

История стандартов

Каждая цивилизация имела собственные стандарты и эталоны, которые сменяли друг друга по прошествии веков. В Древнем Египте масса предметов измерялась в кантарах или киккарах. В Древней Греции это были таланты и драхмы. А в России масса товара измерялась в пудах или золотниках. При этом люди разных экономических и политических систем как бы договаривались о том, что единица измерения массы, длины или другого параметра будет сопоставима с единой договорной единицей. Что интересно, даже пуд в давние времена мог отличаться на треть у торговцев из разных стран.

Физика и стандарты

Договоренности, часто устные и условные, работали до того, пока человек не занялся всерьез наукой и инженерным делом. С пониманием законов физики и химии, развитием промышленности, созданием парового котла и развитием международной торговли появилась необходимость в более точных единых стандартах. Подготовительная работа была длительной и кропотливой. Физики, математики, химики всего мира работали над поиском универсального эталона. И в первую очередь – международного эталона килограмма, ведь именно от меры веса отталкиваются другие физические параметры (Ампер, Вольт, Ватт).

Метрическая конвенция

Знаменательное событие произошло в предместье Парижа в 1875 году. Тогда впервые 17 стран (и Россия в их числе) подписали метрическую конвенцию. Это международный договор, обеспечивающий единство стандартов. Сегодня к ней присоединились 55 стран в качестве полноправных членов и 41 страна как ассоциированные члены. Тогда же созданы Международное бюро мер и весов и международный комитет мер и весов, главная задача которых следить за единством стандартизации по всему миру.

Эталоны первой метрической конвенции

Эталоном метра стала линейка из сплава платины и иридия (9 к 1) длиною в одну сорокамиллионную часть Парижского меридиана. Эталон килограмма из такого же сплава соответствовал массе одного литра (дециметра кубического) воды при температуре в 4 градуса по Цельсию (наивысшая плотность) при стандартном давлении над уровнем моря. Стандартом секунды стала 1/86400 часть длительности средних солнечных суток. Все 17 стран участников конвенции получили по копии эталона.

Место Z

Прототипы и оригинал эталона сегодня хранятся в Палате мер и весов в г. Севр под Парижем. Именно в предместье Парижа и находится место, где хранится эталон килограмма, метра, канделы (сила света), ампера (сила тока), кельвина (температура) и моль (как единица вещества, физического эталона нет). Система мер и весов, которая основана на этих шести эталонах, названа Международной системой единиц (СИ). Но история эталонов на этом не окончилась, она еще только начиналась.

Система стандартов, которой мы пользуемся – СИ (SI), от французского Systeme International d’Unites – включает семь базовых величин. Это метр (длина), килограмм (масса), ампер (сила тока), кандела (сила света), кельвин (температура), моль (количество вещества). Все остальные физические величины получаются путем различных математических исчислений с использованием базовых величин. Например, единица силы равна кг х м/с 2 . Все страны мира, кроме США, Нигерии и Мьянмы, используют систему СИ для измерений, что означает сравнение неизвестной величины с эталоном. А эталон – это эквивалент физического значения, о котором все договорились, что он абсолютно точен.

Эталон кило это сколько?

Казалось бы чего проще – эталон 1 килограмма это вес 1 литра воды. Но на самом деле это не совсем так. Что принимать за эталон килограмма из порядка 80 прототипов – вопрос довольно сложный. Но волею случая был выбран оптимальный вариант состава сплава, который просуществовал более 100 лет. Эталон килограмма массы изготовлен из сплава платины (90 %) и иридия (10 %), и представляет собой цилиндр, диаметр которого равен высоте и составляет 39,17 миллиметров. Были также изготовлены и его точные копии, количеством в 80 штук. Копии эталона килограмма находятся в странах-участниках конвенции. Главный же эталон хранится в предместье Парижа и накрыт тремя герметичными капсулами. Везде, где находится эталон килограмма, с периодичностью в десять лет проводится сверка с самым главным международным эталоном.

Самый главный эталон

Международный эталон килограмма был отлит в 1889 году и хранится в г. Севр во Франции в сейфе Международного бюро мер и весов, накрытый тремя герметичными колпаками из стекла. Ключи от этого сейфа есть лишь у трех высокопоставленных представителей бюро. Вместе с главным эталоном в сейфе находится и шесть его дублеров или преемников. Каждый год главную меру веса, что принимается за эталон килограмма, торжественно извлекают для освидетельствования. И с каждым годом он становится все худее и худее. Причина такого похудения – отрыв атомов при извлечении образца.

Читайте также:  Как правильно измерить переходное сопротивление

Российская версия

Копия эталона есть и в России. Хранится он во ВНИИ метрологии им. Менделеева в Санкт-Петербурге. Это два платиново-иридиевых прототипа — № 12 и № 26. Они находятся на подставке из кварца, накрыты двумя стеклянными колпаками и закрыты в металлическом сейфе. Температура воздуха внутри капсул 20 °С, влажность 65 %. Отечественный прототип имеет вес 1, 000000087 килограмма.

Эталон килограмма худеет

Сверки эталона показали, что точность национальных эталонов порядка 2 мкг. Все они хранятся в аналогичных условиях, и расчеты показывают, что эталон килограмма за сто лет теряет в весе 3 х 10 −8 веса. Но по определению, масса международного эталона соответствует 1 килограмму, а любые изменения реальной массы эталона приводят и к изменению самого значения величины килограмма. В 2007 году выяснилось, что килограммовый цилиндр стал весить на 50 микрограмм меньше. И уменьшение его веса продолжается.

Новые технологии и новый эталон меры веса

Для устранения погрешностей ведется поиск новой структуры эталона килограмма. Есть разработки по определению эталоном определенного количества изотопов кремния-28. Существует проект «Электронный килограмм». В национальном институте стандартов и технологий (2005, США) сконструирован прибор, основанный на измерении мощности, необходимой для создания электромагнитного поля, способного поднять 1 кг массы. Точность такого измерения – 99,999995 %. Есть разработки определения массы в отношении к массе покоя нейтрона. Все эти разработки и технологии позволят уйти от привязки к физическому эталону массы, достичь более высокой точности и возможности проведения сверки в любой точке мира.

Другие перспективные проекты

И пока мировые светила науки определяются, какой путь решения проблемы более надежен, самым перспективным считают проект, при котором масса не будет меняться с течением времени. Таким эталоном стало бы тело кубической формы из атомов изотопа углерода-12 с высотой в 8,11 сантиметра. В таком кубе будет 2250 х 281489633 атомов углерода-12. Исследователи из национального института стандартов и технологий США предлагают определять эталон килограмма, используя постоянную Планка и формулу E=mc^2 .

Современная метрическая система

Современные эталоны совсем не те, что были ранее. Метр, первоначально соотнесенный с длиною окружности планеты, сегодня соответствует расстоянию, что проходит луч света за одну 299792458-ю секунды. А вот секунда – это то время, за которое проходит 9192631770 колебаний атома цезия. Преимущества квантовой точности в данном случае очевидны, ведь они могут быть воспроизведены в любом месте планеты. В итоге, единственным эталоном, который существует физически, остается пока эталон килограмма.

Сколько стоит эталон?

Просуществовав более 100 лет, эталон уже стоит немало, как предмет уникальный и артефактный. А в целом для определения ценового эквивалента необходимо подсчитать количество атомов в килограмме чистого золота. Число получится из порядка 25 цифр и это без учета идейной ценности данного артефакта. Но пока о продаже эталона килограмма говорить рано, ведь мировое сообщество пока не избавилось от единственно оставшегося физического эталона международной системы единиц.

Интересно об измерениях

Во всех часовых поясах планеты время определяется относительно всемирного времени UTC (например, UTC+4:00). Что примечательно, у аббревиатуры вообще нет расшифровки, она принята в 1970 году международным союзом электросвязи. Были предложены два варианта: английский CUT (Coordinated Universal Time) и французский TUC (Temps Universel Coordonné). Выбрали среднюю нейтральную аббревиатуру.

На море используется измерение «узел». Для измерения скорости корабля использовали специальный лаг с узлами на одинаковом расстоянии, который бросали за борт и отсчитывали количество узлов за определенный период времени. Современные приборы куда более совершенны, чем веревка с узлами, но название осталось.

Слово скурпулезность, значение которого чрезвычайная точность и аккуратность, пришло в языки от названия древнегреческого эталона веса – скрупула. Он был равен 1,14 грамму и использовался при взвешивании серебряных монет.

Название денежных единиц также часто берут начало в названиях мер веса. Так, стерлингами в Британии назывались монеты из серебра, а 240 таких монет весили фунт. В Древней Руси в ходу были «гривны серебра» или «гривны золота», что означало определенное количество монет, выраженное в весовом эквиваленте.

Странное измерение мощности автомобилей в лошадиных силах имеет вполне реальное происхождение. Изобретатель паровой машины Джеймс Уайт именно так решил продемонстрировать преимущество своего изобретения над тяговым транспортом. Он подсчитал, сколько лошадь может поднять груза в минуту и обозначил это количество как одну лошадиную силу.

Источник

Эталоны единиц величин

В России и многих других странах мира единство измерений обеспечивается функционированием централизованных систем воспроизведения единиц величин и передачи их размеров, которые представляют собой иерархические цепочки эталонов различной точности.

Эталон — СИ (или комплекс СИ), предназначенное для воспроизведения и (или) хранения единицы и передачи ее размера другим СИ.

По месту в этой иерархической цепочке эталоны подразделяют на первичные, вторичные и рабочие.

Первичным эталоном называют эталон, который воспроизводит единицу и передает ее размер вторичным эталонам. Первичный эталон выполняет задачу воспроизведения единицы величины для ее использования при всех измерениях данной величины. Очевидно, что уровни точности наиболее ответственных метрологических и рабочих измерений определяются точностями первичных эталонов. Поэтому при создании первичных эталонов всегда стремятся обеспечить наиболее высокую точность, которую можно достигнуть на данном этапе развития науки и техники. После воспроизведения единицы ее размер по иерархической цепочке эталонов доводится до каждого эталона.

Рисунок 1 иллюстрирует этот процесс. Из рисунка видно, что передача размера единицы идет двояко: не только от более точных эталонов менее точным, но и путем расширения диапазонов величины и условий измерений. При этом, поскольку результат каждого измерения отягощен какой-то неопределенностью, в системе передачи размера единицы непрерывно возрастает неопределенность этой единицы. Первичный эталон передает размер единицы вторичным эталонам, которые функционируют в более широком диапазоне измерений, но являются менее точными. Вторичные эталоны передают размер единицы рабочим эталонам (образцовым СИ (далее ОСИ)), а те — менее точным рабочим эталонам (ОСИ).


Рис. 1. Схема воспроизведения единицы и передачи ее размера эталонам

Количество ступеней передачи определяется требованиями к точности рабочих СИ и поэтому не может быть очень большим. Во многих видах измерений увеличение диапазонов величины и условий измерений (частота, температура и т. д.) привело к невозможности обеспечить передачу размера единицы с требуемой точностью от действующего первичного эталона всем СИ этого вида. В этих случаях создают несколько первичных эталонов одной единицы, отличающихся диапазонами измерений или условий измерений.

Например, в России единицу давления воспроизводят семь различных первичных эталонов, шесть из которых хранятся во ВНИИМ им. Д.И. Менделеева и один во ВНИИФТРИ.

Другой пример: единицу удельной теплоемкости воспроизводят четыре первичных эталона, хранящихся во ВНИИМ им. Д.И. Менделеева, УНИИМ, НПО «Дальстандарт» и ВНИИФТРИ. Такая группа первичных эталонов фактически является эталонным набором, предназначенным для воспроизведения единицы во всем диапазоне измерений. При этом в России один из этих эталонов получает наименование «первичный эталон». Остальные эталоны этого набора называют специальными первичными эталонами (краткая форма— специальные эталоны).

В приведенных примерах первичными эталонами называются государственные эталоны, хранящиеся во ВНИИМ им. Д.И. Менделеева, единиц давления в диапазоне 0,05-10 МПа и удельной теплоемкости в диапазоне температур 273,15-700 К. Для обеспечения единства измерений размеры единицы, воспроизводимые этими эталонами, согласуются в граничных областях значений.

Все остальные эталоны не участвуют в воспроизведении единиц. Они хранят размеры единиц, полученные от более точных эталонов, и (или) передают их менее точным эталонам и рабочим СИ.

Вторичные эталоны получают размеры единиц от первичных эталонов и передают его рабочим эталонам.

Рабочие эталоны предназначены для поверки и калибровки рабочих СИ. При необходимости их подразделяют на разряды: 1-й, 2-й, 3-й и т. д. В этом случае рабочие эталоны 1-го разряда также передают размер единицы рабочим эталонам 2-го разряда, рабочие эталоны 2-го разряда — рабочим эталонам 3-го разряда и т. д.

Приведенные выше наименования соответствуют международной классификации эталонов, признанной во всем мире, в том числе и в России. В то же время классификация, принятая в России, несколько отличается от международной. Рабочие эталоны по международной классификации до последнего десятилетия в нашей стране назывались образцовыми СИ (ОСИ). Эти термины фактически являются синонимами: в свое время так перевели на русский язык французское слово «эталон». Но в России всегда имелись существенные различия в статусе первичных и вторичных эталонов (совокупность которых называют эталонной базой страны) и ОСИ и обусловленные ими различия в финансировании и системе метрологического обслуживания.

После перехода на международную классификацию статус ОСИ (в том числе серийно выпускаемых ОСИ низших разрядов) как бы сравнялся со статусом первичных и вторичных эталонов, со всеми вытекающими последствиями негативного характера для последних. Чтобы восстановить прежнее положение и в то же время не противоречить международной классификации эталонов, в настоящее время принято решение оба термина (и рабочий эталон, и ОСИ) применять в России как равноправные.

В состав эталонов включают:

  1. средства воспроизведения единицы (первичные измерительные преобразователи, измерительные установки);
  2. средства хранения размеров единицы (меры);
  3. средства передачи размеров единицы (компараторы, эталоны сравнения);
  4. средства хранения и передачи размеров единицы (измерительные приборы);
  5. другие СИ и технические средства (средства контроля условий измерений, вычислительные средства, системы питания, измерительные принадлежности и др.).

Конструктивно эталоны и ОСИ могут быть оформлены в виде измерительных установок, называемых в этом случае поверочными установками.

Основные метрологические требования к эталонам и ОСИ должны обеспечивать высокую точность результатов измерений при воспроизведении единицы, хранении и (или) передаче ее размера.

Важнейшим требованием является высокая стабильность, позволяющая обеспечить неизменность размера единицы. Именно этим объясняется осуществленный на рубеже XX и XXI веков переход на воспроизведение основных и многих производных единиц путем реализации высокостабильных квантовых физических эффектов. Необходимыми также являются высокая чувствительность и малая случайная погрешность эталона, а также его низкая чувствительность к изменению условий измерений.

Средством повышения точности измерений на эталоне и уменьшения личных погрешностей оператора является автоматизация измерительных и вычислительных операций. В то же время размер диапазона условий измерений не является существенной характеристикой, т. к. в целях повышения точности эталонных измерений эталоны, как правило, применяются при фиксированных (чаще всего нормальных) условиях измерений.

По числу одноименных СИ, входящих в эталон, различают одиночные эталоны, эталонные наборы и групповые эталоны.

Одиночный эталон состоит из одного СИ.

Другая разновидность эталонов — эталонный набор — представляет собой объединение одиночных эталонов с различными номинальными значениями, которое позволяет расширить диапазон воспроизводимых, хранимых как стандартное отклонение среднего арифметического значения.

Централизованную систему обеспечения единства измерени можно организовывать в метрологических службах различного уровня: на отдельном предприятии, в ведомстве, в стране в целом.

При этом иерархическую цепочку передачи размера единицы всем СИ этого вида измерений, применяемым в данной метрологической ской службе, будет возглавлять один, наиболее точный эталон. Этот эталон называется исходным эталоном (предприятия, ведомства, страны). Таким способом обеспечивается прослеживаемость всех измерений, выполняемых на предприятии или в ведомстве к своим исходным эталонам, а через них — к исходным эталонам страны.

Исходные эталоны страны в международной метрологической практике называются национальными эталонами, в нашей стране их называют государственными эталонами.

Источник