Государственные эталоны основных единиц СИ

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

Введение………………………………………………………………………………………   3

1 Эталоны физических величин

1.1 Определение понятия «эталон»...........................................................................................4

1.2 Классификация эталонов....................................................................................................  6

1.3 Основные требования к государственным эталонам...................................................... 10

2 Структура и состав эталонной базы России........................................................................ 13

3 Государственные эталоны основных единиц СИ.............................................................. 20

Заключение…………………………………………………………………………………….22

Список использованной литературы………………………………………………………   23

Приложение 1………………………………………………………………………………….24

Приложение 2……………………………………………………………………………….....25

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

     Современная теория единства измерений (теория воспроизведения единиц физических величин и передачи их размеров) наряду с теориями построения средств измерений и точности измерений традиционно является центральным разделом в теоретической метрологии. В совокупности решаемых задач, единство измерений можно охарактеризовать как состояние измерений, при котором их результаты выражены в узаконенных единицах, размеры которых в установленных пределах равны размерам воспроизведённых величин, а погрешности измерений известны с заданной точностью. Во многом единство измерений достигается путём точного воспроизведения, хранения установленных единиц физических величин, и передачи их размеров применяемым средствам измерений. Воспроизведение, хранение и передача размеров единиц осуществляется с помощью эталонов и образцовых средств измерений. Высшим звеном в метрологической цепи передачи размеров единиц физических величин являются эталоны.[1]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 ЭТАЛОНЫ ФИЗИЧЕСКИХ  ВЕЛИЧИН

1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОНЯТИЯ «ЭТАЛОН»

 

Одной из главных  задач метрологии является обеспечение  единства измерений. Решение этой задачи невозможно без создания эталонной базы измерений. Попытки решения задачи обеспечения единства измерений привели более двухсот лет назад во Франции к идее создания метрической системы, а затем – к подписанию рядом стран метрической конвенции в 1875 году. Именно с тех пор в метрологическую практику вошло слово «эталон». [1]

Слово "эталон" — французского происхождения (etalon); в буквальном смысле означает образец, мерило, идеальный или узаконенный образец чего-либо. В словаре синонимов русского языка оно стоит в одном ряду с такими словами, как образец, пример, образчик. В этом широком значении слово "эталон" и производные от него слова находят употребление в самых различных областях практической деятельности.

В Законе Российской федерации «Об обеспечении единства измерений» дано следующее определение эталона: «эталон единицы величины – средство измерений, предназначенное для воспроизведения и хранения единицы величины (или кратных, либо дольных значений единицы величины». В этом определении не учитывается, что эталоны воспроизводят и хранят не только единицы, но и шкалы измерений. К тому же немногие современные государственные эталоны воспроизводят номинальное, кратное или дольное значение единицы измеряемой величины. Так, например, государственный эталон единицы электрического сопротивления воспроизводит 12906,4035 Ом; 6453,20175 Ом и 1,0 Ом. Цезиевый репер частоты воспроизводит интервал времени (период колебаний), равный 1/9122631770 части секунды. Для многих эталонов указывают не значения единиц, а диапазоны.

В реальности эталон может воспроизводить любое значение величины (любую точку или часть шкала), лишь бы эти значения были известны с требуемой точностью и стабильно воспроизводились. В определении эталона отсутствует также указание на то, что эталон должен воспроизводить единицу или шкалу с наивысшей при данном уровне науки и техники точностью. Точность государственного эталона должна быть достаточной для поверки (калибровки) основного парка эксплуатируемых в стране средств измерений. Наряду с государственными эталонами существуют уникальные независимо аттестуемые средства измерений, обеспечивающие проведение научных экспериментов, более точные, чем государственные эталоны производных единиц.

Наиболее удачным  определением эталона следует признать выдвинутое рядом метрологов следующее понятие: «Эталон (шкалы или единицы измерений) – устройство, предназначенное и утвержденное для воспроизведения и (или) хранения и передачи шкалы или размера единицы измерений средствам измерений».

В этом определении  подчеркивается, что эталон обязан передавать размер единицы или шкалу, а не значение величины, равное принятой единице. [2]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.2 КЛАССИФИКАЦИЯ  ЭТАЛОНОВ

 

В приведенном  выше определении понятие "эталон единицы" является собирательным, так  как на его основе образован целый ряд укоренившихся в отечественной литературе производных понятий-терминов, таких как "государственный эталон единицы", "первичный эталон", "специальный эталон", "вторичный эталон", "эталон-копия", "эталон сравнения", "эталон-свидетель" и "рабочий эталон".

Чтобы разобраться  в этом многообразии эталонов, следует рассмотреть, как практически строятся и реализуются системы обеспечения единства измерений отдельных физических величин. Очевидно, что достижению этой цели, прежде всего, будет способствовать применение одинаковых с точки зрения их определения единиц. В этом отношении очень важным этапом в решении обеспечения единства измерений явилась разработка международной системы единиц физических величин— СИ.

Однако "словесной" одинаковости единиц какой-либо физической величины (одинаковости их определения и наименования) еще недостаточно. Для обеспечения единства измерений этой физической величины важно, чтобы единицы были одинаковы в их вещественном выражении в тех образцах (эталонах), с которыми сравнивается измеряемая физическая величина. В то же время, очевидно, что любой такой образец создается специально, и никакие два подобных образца не могут быть сделаны абсолютно одинаковыми: реальные размеры единицы в образцах обязательно будут в той или иной мере отличаться друг от друга. Отсюда следует, что среди таких образцов следует выбрать и узаконить какой-либо один, наилучшим образом соответствующий определению единицы, в качестве самого "образцового образца" (исходного эталона единицы), относительно которого затем определять и контролировать размер единицы для всех остальных образцов.

При наличии  большого парка рабочих средств  измерений различной точности возникает необходимость в создании системы образцов разной степени точности для данной измеряемой физической величины, и тем самым — к иерархической соподчиненности образцов единицы в такой системе. Именно по такому иерархическому принципу разрабатываются в нашей стране так называемые общероссийские поверочные схемы для средств измерений отдельных физических величин. Эти поверочные схемы являются нормативными документами (как правило, в виде ГОСТ), устанавливающими номенклатуру и соподчиненность средств измерений данной физической величины, обеспечивающих рациональную систему передачи размера единицы от единого исходного образца всем имеющимся в стране средствам измерений данной физической величины.

Непременным элементом  любой из действующих сейчас общероссийских поверочных схем является государственный  эталон России единицы данной физической величины, обеспечивающий централизованное воспроизведение и хранение единицы для передачи ее размера всем остальным средствам измерений в соответствии с утвержденной поверочной схемой. Все остальные разновидности эталонов называют вторичными.

К ним относятся:

• эталоны-копии;
• эталоны-свидетели;
• эталоны сравнения;
• рабочие эталоны.

В настоящее  время различают следующие виды эталонов:

Первичный эталон — эталон, обеспечивающий воспроизведение единицы с наивысшей в стране (по сравнению с другими эталонами той же единицы) точностью. Первичные эталоны подразделяются на национальные (государственные), международные и специальные.

Вторичный эталон — эталон, получающий размер единицы непосредственно от первичного эталона данной единицы. Вторичные эталоны подразделяются на эталоны-копии и эталоны сравнения.

Термин "рабочий  эталон" заменил используемый ранее  термин "образцовое средство измерений".

Национальный  эталон — эталон, признанный официальным решением служить в качестве исходного для страны. Первичный эталон, признанный решением уполномоченного на то государственного органа в качестве исходного на территории Российской Федерации, называется государственным первичным эталоном. Оба термина имеют адекватное значение. Термин "национальный эталон" применяется тогда, когда хотят подчеркнуть соподчиненность государственного эталона международному.

Международный эталон — эталон, принятый по международному соглашению в качестве международной основы для согласования с ним размеров единиц, воспроизводимых и хранимых национальными эталонами.

Специальный эталон — эталон, обеспечивающий воспроизведение единицы в особых условиях и заменяющий для этих условий первичный эталон. Единица, воспроизводимая с помощью специального эталона, по размеру должна быть согласована с единицей, воспроизводимой с помощью соответствующего первичного эталона.

Эталон-копия — вторичный эталон, предназначенный для передачи размеров единиц рабочим эталонам. Эталон-копия не всегда является физической копией государственного эталона, он копирует лишь метрологические свойства государственного эталона.

Эталон  сравнения — вторичный эталон, применяемый для сличения эталонов, которые по тем или иным причинам не могут быть непосредственно сличены друг с другом.

Рабочий эталон воспринимает размер единицы от вторичных эталонов и, в свою очередь, служит для передачи размера менее точному рабочему эталону (низшего разряда) или рабочим средствам измерений.

Разрядный эталон — эталон, обеспечивающий передачу размера единицы физической величины через цепочку соподчиненных по разрядам рабочих эталонов. При этом от последнего рабочего эталона в этой цепочке размер единицы передается рабочему средству измерения. Принцип использования разрядов в метрологической цепочке передачи размера единицы показан на рисунке 1 (см. Приложение 1). Число разрядов для каждого вида средств измерений устанавливается государственной поверочной схемой.

В зависимости  от назначения и исполнения эталоны  подразделяются следующим образом:

• одиночный эталон, в составе которого имеется одно средство измерений (мера, измерительный прибор, эталонная установка) для воспроизведения и хранения единицы;

 

• групповой 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; за результат измерений обычно принимается среднее арифметическое значение из результатов измерений однотипными средствами измерений или эталонными установками;
• эталонный набор, состоящий из совокупности средств измерений, позволяющих воспроизводить и хранить единицу в диапазоне, представляющем объединение диапазонов указанных средств; эталонные наборы создаются в тех случаях, когда необходимо охватить определенную область значений физической величины, например набор эталонных гирь;
• транспортируемый эталон, иногда специальной конструкции, предназначенный для его транспортировки к местам поверки или калибровки средств измерений или сличений эталонов данной единицы.

     Совокупность всех государственных и вторичных эталонов образует эталонную базу России — одно из ценнейших национальных достояний страны. [2]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.  ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ГОСУДАРСТВЕННЫМ ЭТАЛОНАМ

 

Главная функция  и одновременно главная отличительная особенность любого государственного эталона состоит в том, что он (и только он!) воспроизводит единицу данной физической величины, ибо государственный эталон является исходным, т. е. "самым образцовым" (в рамках государственной системы обеспечения единства измерений) образцом единицы, а под воспроизведением единицы и понимается осуществление материализации единицы, наилучшим образом соответствующей ее определению, т. е. ее исходная материализация. Все остальные средства измерений получают размер единицы от соответствующего государственного эталона и, в лучшем случае, обеспечивают хранение этой единицы. Государственные эталоны обеспечивают также хранение единицы, т. е. обеспечивают неизменность ее размера во времени, с тем, чтобы в любой момент времени от государственного эталона можно было бы передавать по возможности один и тот же размер единицы. [2]

Основные функции  государственного эталона (воспроизведение и хранение единицы), зафиксированные в его определении по основополагающему стандарту (ГОСТ 8.057 - 80), определяют основные требования и к метрологическим параметрам, и к составу, и к условиям хранения и применения государственных эталонов.