к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА

Глоссарий по физике

А   Б   В   Г   Д   Е   Ж   З   И   К   Л   М   Н   О   П   Р   С   Т   У   Ф   Х   Ц   Ч   Ш   Э   Ю   Я  
Метрология  

Эталоны и образцовые средства измерений

    1. Метрологические вопросы технологии эталонов
    2. Принципы формирования комплекса эталонов
    3. Эталоны основных единиц СИ
    4. Эталон единицы длины - метр
    5. Эталон единицы массы - килограмм
    6. Эталон единицы времени (длительности) - секунда
    7. Эталон единицы силы электрического тока - ампер
    8. Эталон единицы температуры - кельвин
    9. Эталон единицы силы света - кандела
    10. Эталон единицы плоского угла - радиан
    11. Эталонная база России
    12. Литература по эталонам
Эталон - (франц. etalon - образец, мерило) - измерит. устройство, предназначенное и утверждённое для воспроизведения и (или) хранения и передачи шкалы измерений или размера единицы измерений средствам измерений. Эталоны призваны обеспечивать единство измерений в той или иной области науки, а также в др. областях деятельности человека. Эталон воспроизводит и (или) хранит всю или к--л. часть шкалы измерений, одно значение (одну точку шкалы) или неск. значений измеряемой величины.

Различают первичные эталоны, предназначенные для передачи шкалы и (или) размера единицы измерений вторичным и рабочим эталоном, а также уникальным и высокоточным средствам измерений; вторичные эталоны, промежуточные между первичными и рабочими эталонами; рабочие эталоны (ранее наз. образцовыми средствами измерений), подразделяемые на разряды в порядке убывания их точности; Эталоны сравнения, применяемые для сличения эталонов, к-рые не могут быть непосредственно сличены друг с другом по разным причинам (разл. диапазоны значений воспроизводимых величин, разл. типы трактов и присоединит. устройств и т. п.); Эталоны - переносчики, предназначенные для транспортирования к поверяемому (калибруемому) рабочему эталону или иному средству измерений на месте его эксплуатации.

В законодат. метрологии, в основе к-рой лежит закон России "Об обеспечении единства измерений", применяется также классификация эталонов по правовым (юридич.) признакам: международные эталоны, принятые по междунар. соглашению в качестве первичных (исходных) международных эталонов и служащие для согласования с ними шкал и размеров единиц измерений, воспроизводимых и хранимых национальными (государственными) эталонами; государственные эталоны, признанные решением уполномоченного на то государственного органа (в России - Госстандарта) в качестве исходных эталонов на территории данного государства. Вторичные и рабочие эталоны могут использоваться в качестве исходных для республики, региона, ведомства или предприятия.

Первые эталоны (длины, массы) появились одновременно с древними цивилизациями (в Древнем Египте, Ассирии, Вавилонии). История совр. эталонов начинается с первого эталона метра, созданного (1799) после принятия метрич. системы мер (т. н. архивный метр). Он представлял собой концевую меру в виде платинового стержня прямоуг. сечения. Одновременно был выполнен и эталон массы - платиновый цилиндр массой 1 килограмм ("архивный килограмм"; назв. связаны с тем, что эти эталоны метра и килограмма хранились в архиве Франц. республики). Ныне все развитые страны располагают комплексами взаимосвязанных государственных эталонов основных и производных единиц измерения - эталонной базой. Уровень эталонной базы - показатель уровня науки и производства данной страны.

Государственные эталоны России хранятся в государственных научных метрологич. центрах Госстандарта (С--Петербург, Москва, Новосибирск), Германии - в РТВ (Phisikalisch-Technische Bundesanstalt, Брауншвейг), США - в NIST (National, Tnstitute Standarts and Technology, Гейтерсберг) и т. д. В; этих учреждениях ведутся также науч. работы по модернизации эталонов и работы по передаче шкал и единиц измерений вторичным и рабочим эталонам, испытаниям высокоточных средств измерений и проведению особо точных измерений.

Эталоны характеризуются значениями или диапазоном воспроизводимой величины и погрешностями их воспроизведения и хранения. В соответствии с поверочными схемами (документами, устанавливающими соподчинение средств измерений, участвующих в передаче размера единицы или шкалы измерений от эталона рабочим средствам измерений с указанием методов и погрешностей при передаче) практически используемые диапазоны значений величин (шкал измерений) обычно во много раз (иногда на неск. порядков) превышают диапазоны значений, воспроизводимые первичными эталонами.

Погрешности эталонов высшего звена (международных, государственных) принято выражать тремя составляющими: ср. квадратическим отклонением (СКО) с указанием числа наблюдений при измерении, неисключённым остатком сис-тематич. погрешности (НСП) и там, где это возможно, долговременной нестабильностью - изменением воспроизводимого эталонного значения величины за определенный длительный период. Рабочие эталоны характеризуют либо суммарным СКО, либо значениями СКО и НСП, что предпочтительнее, т. к. позволяет оценивать значение случайной погрешности при разном числе наблюдений, уменьшать значения НСП (напр., непосредственным сличением с эталоном высшего звена).

Метрологические вопросы технологии эталонов

Все вопросы, связанные с хранением, применением и созданием эталонов, а также контроль за их состоянием, решаются по единым правилам, установленным ГОСТом <ГСИ. Эталоны единиц физических величин. Основные положения> и ГОСТом <ГСИ. Эталоны единиц физических величин. Порядок разработки и утверждения, регистрации, хранения и применения>. Классифицируются эталоны по принципу подчиненности. По этому параметру эталоны бывают первичные и вторичные.

Первичный эталон должен служить целям обеспечения воспроизведения, хранения единицы и передачи размеров с максимальной точностью, которую можно получить в данной сфере измерений. В свою очередь, первичные могут быть специальными первичными эталонами, которые предназначены для воспроизведения единицы в условиях, когда непосредственная передача размера единицы с необходимой достоверностью практически не может быть осуществлена например для малых и больших напряжений, СВЧ и ВЧ. Их утверждают в виде государственных эталонов. Поскольку налицо особая значимость государственных эталонов, на любой государственный эталон утверждается ГОСТом. Другой задачей этого утверждения становится придание данным эталонам силы закона. На Государственный комитет по стандартам возложена обязанность создавать, утверждать, хранить и применять государственные эталоны.

Вторичный эталон воспроизводит единицу при особенных условиях, заменяя при этих условиях первичный эталон. Он создается и утверждается для целей обеспечения минимального износа государственного эталона. Вторичные эталоны могут делиться по признаку назначения. Так, выделяют:

  1. эталоны-копии - эталоны, предназначенные для передачи размеров единиц рабочим эталонам;
  2. эталоны-сравнения - эталоны, предназначенные для проверки невредимости государственного эталона, а также для целей его заменяя при условии его порчи или утраты;
  3. эталоны-свидетели - эталоны, предназначенные для сличения эталонов, которые по ряду различных причин не подлежат непосредственному сличению друг с другом;
  4. рабочие эталоны - эталоны, которые воспроизводят единицу от вторичных эталонов и служат для передачи размера эталону более низкого разряда. Вторичные эталоны создают, утверждают, хранят и применяют министерства и ведомства.

    Существует также понятие

    эталон единицы - одно средство или комплекс средств измерений, направленных на воспроизведение и хранение единицы для последующей трансляции ее размера нижестоящим средствам измерений, выполненных по особой спецификации и официально утвержденных в установленном порядке в качестве эталона.

Есть два способа воспроизведения единиц по признаку зависимости от технико-экономических требований:

  1. централизованный способ - с помощью единого для целой страны или же группы стран государственного эталона. Централизованно воспроизводятся все основные единицы и большая часть производных;
  2. децентрализованный способ воспроизведения - применим к производным единицам, сведения о размере которых не передаются непосредственным сравнением с эталоном.

Трансляция размера может происходить разными методами поверки. Как правило, передача размера осуществляется известными методами измерений. С одной стороны, существует определенный недостаток передачи размера ступенчатым способом, который подразумевает, что порой происходит потеря точности. С другой стороны, есть здесь и свои положительные моменты, которые подразумевают, что данная многоступенчатость помогает оберегать эталоны и передавать размер единицы всем рабочим средствам измерения. Существует также понятие <образцовые средства измерений>, которые используются для закономерной трансляции размеров единиц в процессе поверки средств измерения и используются лишь в подразделениях метрологической службы. Разряд образцового средства измерения определяется в ходе измерений метрологической аттестации одним из органов Государственного комитета по стандартам. При необходимости особо точные рабочие средства измерения в вышеуказанном порядке могут быть аттестованы на обусловленный период как образцовые средства измерения. И наоборот, образцовые средства измерения, не прошедшие очередную аттестацию по разным причинам, используются как рабочие средства измерения.[1]

Принципы формирования комплекса эталонов

Обычно эталоны охватывают принятую и действующую совокупность шкал и единиц измерений, использование к-рых осуществляется с помощью средств измерений. Практически необходимыми являются эталоны не только основных и многих производных единиц междунар. системы (СИ, SI), но и эталоны некоторых внесистемных единиц и шкал измерений. При разработке конкретных эталонов используются атомные и квантовые явления (см. Квантовая метрология), фундаментальные физические константы (ФФК), фундам. физ. принципы (взаимности, суперпозиции, эквивалентности разных видов энергии и др.), принятые по междунар. соглашениям специфич. метрологич. константы и табулированные функции. Учитываются также общие положения, вытекающие из теории шкал измерений: эталон шкалы отношений должен, как минимум, воспроизводить одну точку шкалы (при условии, что вторая опорная точка - естеств. нуль шкалы); эталон шкалы разностей (интервалов) должен как минимум воспроизводить две точки шкалы, одной из к-рых может быть точка условного нуля. Абсолютной шкалы могут воспроизводиться без эталона непосредственно в измерит. процедуре, когда эталоны создаются, то они воспроизводят одну или неск. точек абс. шкалы или её участок. Шкалы наименований и порядка также могут воспроизводиться без эталона путём пунктуального выполнения при измерениях требований, регламентированных в спецификациях. Если же эталоны создаются (напр., эталоны шкал твёрдости), то они должны воспроизводить все применяемые на практике участки шкал.

Комплекс эталонов должен быть взаимно согласованным: поскольку значения ряда производных единиц и шкал можно воспроизвести, применяя различные комбинации эталонов основных и производных единиц и шкал, любое такое комбинирование эталонов в измерит. процедурах должно давать сопоставимые (одинаковые в пределах объявленных погрешностей) результаты измерений. Проблема согласования эталонов усложнилась с введением квантовых эталонов производных единиц вольта и ома, воспроизводимых независимо от осн. электрич. единицы - ампера, и тесно сопряжена с согласованием соответствующих ФФК.

Формирование комплекса эталонов осуществляется с учётом правовых принципов организации системы обеспечения единства измерений (СОЕИ), гарантирующей правильность результатов многообразных измерений на между-нар., региональном или государственном уровнях. Возможны два предельных варианта построения СОЕИ.

Первый вариант - полностью централизованный, он опирается на единые междунар. или национальные эталоны, воспроизводящие систему шкал и единиц измерений, и на строго иерархический порядок передачи их с заданной точностью. Второй вариант связан с разработкой спецификаций, опирающихся на стабильные природные явления и позволяющих создать государственные эталоны основных шкал и единиц измерений, изначально воспроизводящие эти шкалы и единицы с гарантированной точностью; этот путь приводит к построению децентрализованной СОЕИ. Первый вариант неизбежен, когда значения осн. единиц системы выбраны произвольно и не связаны с природными явлениями. Соответствующая СОЕИ громоздка, неизбежны большие потери точности при передаче шкал и размеров единиц рабочим средствам измерений, сопряжена с принципиальной возможностью утраты соответствующих эталонов, т. е. с потерей шкал и размеров единиц. СОЕИ, построенная по второму варианту, свободна от большинства этих недостатков, но требует знания достаточно точных, согласованных на междунар. уровне значений комплекса ФФК, возможности точного воспроизведения квантовых эффектов и физ--матем. принципов. Оба пути построения СОЕИ не антагонистичны и дополняют друг друга.

Эталоны основных единиц СИ

Международная система физических единиц СИ является основной и наиболее адекватно отражает качество физических единиц. Она рекомендуется к применению для правильной интерпретации смысла физических размерностей и единиц измерения. Так называемая система единиц Гаусса (СГС), созданная для удобства математических манипуляций в физике, не отражает адекватно природы физических размерностей, и по этой причине не рекомендуется к применению в физике.

Эталон единицы длины - метр

Шкала длин (расстояний) является шкалой интервалов. Её особенность - отсутствие единого фиксированного в пространстве нуля отсчёта. Измеряются всегда только интервалы протяжённости- расстояния. Условный перемещаемый в пространстве нуль средства измерения длины (нуль шкалы отсчётного устройства) при измерении совмещается с нек-рой точкой измеряемого объекта.

В табл. 1 приведены все существовавшие определения метра и принципы построения СОЕИ длин.

Таблица 1.

5130-32.jpg

* Скорость света в вакууме (для целей метрологии) возведена в ранг абсолютно точной ФФК, что на самом деле не соответствует физической реальности, но только релятивистской псевдоматематической и алогичной (фактически религиозной) модели СТО/ОТО Альберта Эйншейна.

Определение, принятое в 1983, удобно для измерения больших и сверхбольших расстояний, когда фигурируют достаточно длит. интервалы времени. Относительно небольшие длины определяют косвенным методом: с помощью радиооптич. частотных мостов (РОЧМ; см. ниже), входящих в состав эталона времени и частоты, измеряют частоты излучения стабилизированных лазеров и вычисляют соответствующие длины волн; затем с помощью оптич. интерферометров аттестуют и поверяют меры длины. Эта операция формально совпадает с процедурой воспроизведения размера метра с помощью криптоновой лампы, но в этом случае могут применяться гелий-неоновые лазеры, работающие на частотах ок. 88, 473, 489 и 520 ТГц (погрешности 1,3•10-10-1,1•10-9), аргоновый лазер на частоте ок. 582 ТГц (погрешность 1,3•10-9), а также спектральные лампы 86Kr, l98Hg, 114Co (погрешности ок. 4.10-9) и т. д. Радиооптич. мост России позволяет определить значение частоты перевозимого стабилизированного лазера с большей точностью, СКО <=1.10-11 и НСП<2.10-11, а также (с несколько меньшей точностью) определить частоту лазера, входящего в состав эталона метра России, СКО которого не превышает 2•10-11, а НСП-1•10-9.

Эталон единицы массы - килограмм

Шкала масс - аддитивная шкала отношений. Определения килограмма и принципы построения СОЕИ масс приведены в табл. 2.

Таблица 2.

5130-33.jpg

Междунар. прототип эталона массы хранится в Междунар. бюро мер и весов (МБМВ, Париж). Его копия - государственный эталон массы России - имеет абсолютную погрешность 2.10-3 мг.

Определение килограмма не связано с ФФК или другими основными единицами СИ. Международный прототип, безусловно, подвержен износу, степень к-рого определить принципиально невозможно, поэтому поиск путей создания эталона килограмма, опирающегося на ФФК или атомные константы,-важная проблема метрологии. Так, напр., ведутся работы по определению килограмма через вольт и ом с помощью обращённых ампер-весов (см. ниже). Теоретически эталон килограмма мог бы служить идеальный кристалл, содержащий известное число атомов определ. хим. элемента, но способов выращивания такого кристалла пока нет.

С эталоном массы связана др. осн. единица СИ-моль-кол-во вещества системы, содержащей столько же структурных элементов (атомов, молекул, ионов и т. п.), сколько содержится атомов в углероде-12 массой 0,012 кг. Масса 1 моля разл. веществ различна, поэтому эталона моля нет. Моль - счётная единица, численно равная числу Авогадро, т. е. он равен массе 6,025•1023 частиц. Включение моля в состав осн. единиц СИ обоснованно оспаривается.

Эталон единицы времени (длительности) - секунда

Шкала времени-типичная шкала разностей (интервалов). Секунда, как и шкалы счёта времени, занимает особое место среди др. осн. единиц СИ. Прежде всего, необратимость времени - одна из фундам. характеристик нашей Вселенной. Кроме того, существует стремление выразить через ФФК и секунду (или герц) др. единицы СИ.

В метрич. систему 1791 секунда не входила, измерение времени считалось задачей астрономов, а не метрологов. В последующие системы секунда была включена как осн. единица, её размер одинаков во всех системах. Определение секунды, однако, трижды менялось (табл. 3).

Таблица 3

5130-34.jpg

5130-35.jpg

Рис. 1. Структурная схема эталона времени и частоты:
1 -цезиевые реперы частоты; 2 - водородные реперы частоты; 3 - водородные хранители частоты и шкал времени; 4 - цезиевый хранитель шкал времени; 5 - система формирования рабочей шкалы времени; 6 - радиооптический частотный мост; 7 - аппаратура измерения интервалов времени; 8-аппаратура измерения частот; 9 - управляющая ЭВМ; 10 - приёмно-регистрирующий комплекс системы внешних сличений; 11 -аппаратура сличения шкал времени через метеорные следы; 12 - аппаратура сличения шкал времени через навигационные станции; 13 - перевозимые квантовые часы; 14 - перевозимый лазер; 15 - системы обеспечения эталона

Национальные эталоны времени имеют в своём составе цези-евые реперы (хранители), т. е. воспроизводят размер секунды в соответствии с её определением (см. Квантовые стандарты частоты). Иногда цезиевые реперы используются только для периодич. контроля неизменности размера секунды, а роль хранителей шкалы выполняют другие постоянно работающие устройства, напр. водородные генераторы.

Эталоны времени не только воспроизводят размер секунды, но и ведут шкалы текущего времени - равномерного атомного времени, координированную шкалу времени, привязанную к Григорианскому солнечному календарю, к-рым пользуется большинство стран. В связи с этим эталоны времени функционируют непрерывно (в отличие от др. эталонов). Относит, погрешность лучших национальных эталонов времени (в т. ч. государственного эталона России) лежит в пределах 2.10-135130-36.jpg5.10-14. Эталоны времени - самые точные из всех эталонов шкал и единиц измерений.

Эталоны единицы времени воспроизводят одновременно и единицу частоты - герц, их и называют эталонами времени и частоты. Поскольку единица длины - метр - воспроизводится через секунду и скорость света, появилась тенденция к созданию единых исходных эталонов времени, частоты и длины. Эталоны времени и частоты - сложные комплексы, содержащие системы формирования единиц времени и частоты и шкал времени, системы измерения частот стабилизированных лазеров, служащих для воспроизведения размера метра, системы внешних сличений национальных эталонов между собой. На рис. 1 приведена структурная схема эталона времени и частоты России, являющегося частью единого эталона времени, частоты и длины.

5130-37.jpg

Связь эталонов времени и частоты с эталона метра осуществляется посредством транспортируемого лазера и при помощи радиооптич. частотного моста (РОЧМ) (рис. 2). На вход РОЧМ подаётся эталонная частота 5 МГц от генератора, синхронизированного и стабилизированного по водородным хранителям и цезиевым реперам. Гармоники этой частоты стабилизируют и частоты вспомогат. клистронов К1 - К4. Подавая на смесительно-умножительные диоды разл. комбинации частот (указанные на схеме) и используя системы фазовой стабилизации и автоподстройки частоты, добиваются достаточно точного совпадения с частотами стабилизированных лазеров. Остающуюся разность частот определяют с помощью анализаторов спектра и, т. о., измеряют значение частот этих лазеров с погрешностью до единиц кГц.

Эталон единицы силы электрического тока - ампер

Шкала силы электрич. токов - аддитивная шкала отношений. Определение ампера менялось дважды. По определению 1893, относящемуся к системе междунар. практич. электрич. единиц, междунар. ампер - неизменяющийся ток, к-рый, проходя через водный раствор азотнокислого серебра, при соблюдении спецификации выделяет 0,0011180 г серебра в 1 с. Эталоны ампера - серебряные вольтаметры - создавались децентрализованно, по определению и воспроизведению ампер не был независимой единицей, т. к. определялся через грамм и секунду.

В 1948 при создании МКСА (см. Система единиц)вместо междунар. практич. электрич. единиц были введены абс. практич. электрич. единицы: при этом размер ампера и др. электрич. единиц изменился. Междунар. ампер, определённый в 1893, стал равен 0,99985 абс. ампера. Абс. практич. электрич. единицы вошли в СИ. Определение ампера в СИ-сила неизменяющегося тока, к-рый при прохождении по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малой площади кругового поперечного сечения, расположенным в вакууме на расстоянии 1 м друг от друга, вызывал бы на каждом участке проводника длиной 1 м силу взаимодействия, равную 2•10-7 Н. Это определение связало ампер уже с тремя осн. единицами - метром, килограммом и секундой, оно не может быть воплощено в к--л. техн. устройстве. Поэтому в большинстве стран в качестве эталона ампера использовались (и частично используются) установки, реализующие ампер путём измерения либо силы (ампер-весы разл. конструкций), либо момента сил, действующих на катушку с током, помещённую в магн. поле др. катушки. Модельные расчёты такого рода устройств содержат неопределённости в реализации междунар. определения. Отсутствие единой пригодной для реализации междунар. спецификации для этих устройств сделало необходимыми междунар. сличения и принятие для единицы ампера нек-pогo ср. значения, т. е. введение централизованной СОЕИ. Т. к. эталонные меры силы тока отсутствуют, сличаются меры электрич. сопротивления, прокалиброванные на национальном эталоне ампера - ампер-весах.

Разл. модификации ампер-весов конструктивно похожи. Все они выполняются из немагнитных материалов. К одной чашке весов подвешивается подвижная катушка, коаксиальная с неподвижной, большего диаметра. На другой чашке находится уравновешивающий груз. Обмотки катушек в простейшем случае соединены последовательно. Отличия сводятся к размерам катушек, числам витков, иногда к схеме подключения (со ср. точкой обмотки неподвижной катушки или без неё). При прохождении через них электрич. тока подвижная катушка втягивается в неподвижную или выталкивается из неё, и для восстановления равновесия нужно изменить массу уравновешивающего груза. Значение силы электрич. тока определяется выражением 5131-1.jpg, где т- масса уравновешивающего груза; g-ускорение силы тяжести; М-взаимоиндуктивность; х-взаимное смещение катушек.

В процессе исследования все величины правой части определяются возможно точнее. Поэтому можно рассчитать значение т, соответствующее, напр., силе электрич. тока в 1 А, а включив в цепь катушек эталонный резистор, можно откалибровать эталонные меры ЭДС.

Из приведённого описания ампер-весов следует, что если через катушки пропустить электрич. ток, сила к-рого определена с высокой степенью точности независимым методом, то можно рассчитать значение т, т. е. прокалибровать меру массы, не обращаясь к эталону килограмма. Такой путь создания эталона массы, связанного с ФФК и другими единицами, весьма привлекателен, однако пока не удалось достичь требуемой точности. Разрабатываются квантовые эталоны ампера, основанные на измерении магн. индукции методом ЯМР.

В 1992 утверждён национальный эталон ампера России, размер которого определяется с использованием квантовых эталонов вольта и ома (см. Квантовая метрология ),основанных на Джозефсона эффекте и квантовом Холла эффекте. Он воспроизводит нек-рые интервалы шкалы силы постоянных токов. В результате погрешности эталона ампера снизились на два порядка.

Эталон единицы термодинамической температуры - кельвин

Шкала термодинамич. температуры - пропорциональная шкала отношений. До введения термодинамич. шкалы температур применялись интервальные температурные шкалы (Фаренгейта, Реомюра, Цельсия), реализуемые с помощью жидкостных термометров. Их недостаток - нелинейное отклонение шкалы от термодинамической, обусловленное свойствами рабочих веществ. По предложению лорда Кельвина в 1848 размер единицы термодинамич. температуры был определён как 1/100 интервала температур между точками плавления льда и кипения воды. Эта единица позднее получила назв. "градус Кельвина" (°К). В 1954 X Генеральная конференция по мерам и весам (ГКМВ) определила единицу термодинамич. температуры- градус Кельвина как 1/273,16 термодинамич. температуры тройной точки воды. С 1967 единица термодинамич. температуры наз. кельвин (К).

Воспроизведение шкалы термодинамич. температуры по междунар. соглашениям регламентировано спецификациями, называемыми междунар. практическими температурными шкалами (см. Температурная шкала). На практике применялись последовательно (по годам принятия, начиная с 1948) МПТШ-48, МПТШ-68, предварительная шкала ПТШ-76 на диапазон 0,55131-2.jpg27 К, далее переходящая в МПТШ-68.

Шкала МТШ-90 распространяется на любые температуры выше 0,65 К, она приближена к термодинамической с отклонениями, не превышающими 15131-3.jpg3 мК. В криогенной области она опирается на значения термодинамич. температур тройных точек водорода, неона, кислорода, аргона, ртути и основную - тройную точку воды. При темп-pax выше 273,16 К МТШ-90 опирается ещё на ряд реперных точек в диапазоне до 1358,15 К (1085 °С).

Государственные первичные эталоны России воспроизводят МТШ-90 в двух поддиапазонах: 0,8-273,16 К и 273,16- 2773 К. Осн. часть низкотемпературного эталона составляют две группы железо-родиевых и платиновых термометров сопротивления. Каждая из них содержит 2 платиновых и 2 железо-родиевых термометра, постоянно помещённых в блок сравнения - массивный цилиндр с четырьмя продольными каналами для термометров, что существенно повышает их долговрем. стабильность. Градуировочные зависимости термометров определены по результатам междунар. сличений результатов, полученных национальными термометрич. лабораториями России, Великобритании, США, Австралии и Нидерландов; т. о. осуществлён централизованный вариант СОЕИ. В набор контрольной аппаратуры, помимо устройств для точных измерений сопротивлений и давлений, входит комплект установок для реализации температур реперных точек, газовый интерполяц. термометр и криостат сравнения.

Контрольная аппаратура позволяет в случае крайней необходимости произвести полную градуировку термометров эталона, т. е. возможен переход от централизованной к децентрализованной СОЕИ.

Погрешности эталона кельвина (СКО) составляют 0,3-1,0 мК, НСП - 0,4-1,5 мК, для любого значения температуры до 273,16 К, а при более высоких темп-pax - см. табл. 4.

Таблица 4. Погрешности эталона в реперных точках МТШ-90

5131-4.jpg

Примеч.: (тр) - тройная точка; (пл) - точка плавления; (з) -точка затвердевания. В промежуточных температурных точках погрешности могут быть несколько большими.

Эталон единицы силы света - кандела

Шкала силы света - аддитивная шкала отношений (см. Фотометрия). Определения канделы и соответствующие эталоны менялись. Первоначальные эталоны единицы силы света (свечи) представляли собой свечи, приготовленные из определ. материалов, затем лампы с жидким горючим с лучшими по сравнению со свечами метрологич. характеристиками. Междунар. фо-тометрич. комиссией и Междунар. комиссией по освещению (МКО) создан (1921) международный эталон силы света - междунар. свеча - группа постоянно возобновлявшихся электрич. ламп накаливания с угольной нитью.

В 1937 были созданы эталонные источники света, удовлетворяющие требованиям междунар. спецификации, в виде полных излучателей (моделей абсолютно чёрного тела)с приписанной яркостью 60 кд/см2 при температуре затвердевания платины. Т. о., был вновь осуществлён переход к децентрализованному воспроизведению свечи (название в СИ-кандела) на более высоком уровне точности. При этом определении канделы связь световых и энергетич. величин оставалась неоднозначной, по мере совершенствования техники измерений и междунар. сличений неоднозначность связи проявлялась всё заметнее. В 1979 на XVI ГКМВ принято новое определение канделы: сила света в заданном направлении источника, испускающего моно-хроматич. излучение частотой 540•1012 Гц, энергетическая сила света к-рого в этом направлении составляет 1/б83 Вт.ср-1. Так была установлена однозначная связь световых и энергетич. величин, а макс. световая эффективность Кт = 683 лм/Вт фактически возведена в ранг точных (не имеющих погрешности) метрологич. констант.

Государственный эталон России представляет собой первичный фотометр, созданный на основе неселективного радиометра, спектральная чувствительность к-рого скорри-гирована спец. жидкостным фильтром под функцию V(l) - эмпирич. функцию относит. спектральной световой эффективности монохроматич. излучения с длиной волны l. Коэф. преобразования радиометра без фильтра определяется путём измерений в вакууме интегрального по спектру потока излучения высокотемпературной модели абсолютно чёрного тела (модели чёрного тела - МЧТ)-двух коаксиальных трубок из карбида ниобия, нагреваемых в вакууме постоянным электрич. током до температуры 3000 К. В состав эталона входят также системы определения спектрального распределения излучения по температуре МЧТ, определения спектрального коэф. пропускания светофильтров, регистрации и обработки измерит. информации и передачи размера единицы. Первичный эталон воспроизводит единицу силы света в диапазоне 305131-5.jpg110 кд с СКО<=0,1.10-2 и НСП<=0,25.10-2.

Последовательно осуществляют два режима МЧТ при темп-pax T1 и Т2(Т2 > T1) и неселективным радиометром измеряют отношение z интегральных по спектру излучения МЧТ энергетич. яркостей L1b и L2, а также (с использованием монохроматора) отношение х спектральных плотностей энергетич. яркостей L1,l и L2,l на длине волны l, при к-рой достаточна точность Вина закона излучения. В соответствии с этим законом и с учётом Стефана-Больцмана закона излучения получаются соотношения

5131-6.jpg

Здесь c2 = hc/k- т. н. вторая постоянная излучения в Планка законе излучения. Преобразование этих соотношений даёт ф-лы для искомых значений температур:

5131-7.jpg

Эталон единицы плоского угла - радиан

Шкала плоских углов - ограниченная абсолютная. Государственный эталон России воспроизводит значения углов не в радианах, а в градусах, 1 рад = 57,29579° (угловые градус, минута и секунда относятся к единицам, используемым наравне с единицами СИ). Погрешность эталона не превышает 0,02'' или 5.10-6 рад. Основа эталона - 36-гранная кварцевая призма. В его состав входит также угломерная автоколлимац. установка, состоящая из фотоэлектрич. автоколлиматоров с электронным цифровым отсчётным устройством для установки и поворота 36-гранной призмы.

Осн. причины принятия при построении эталона градусной, а не радианной меры следующие: технологически легче изготовить и метрологически аттестовать призму, имеющую пары взаимно параллельных граней, чем клин, с углом при вершине в 1 рад; средства измерений, програду-ированные в радианах, не выпускаются, т. к. наиб. употребительные в технике и быту углы (90°, 60°, 45°, 30°) не выражаются целочисленно в радианной мере; поскольку на сегодня мы располагаем сколь угодно точным значением p, пересчёт градусной меры в радианную не даёт дополнит. погрешности, даже на эталонном уровне.

Эталон телесного угла - стерадиана - не существует, нет и средств измерений для телесных углов. Телесные углы определяют путём измерения плоских углов; при телесном угле в 1 ср плоский угол при вершине конуса составляет 65°32'. Значение телесных углов W с осевой симметрией определяется по ф-ле

5131-8.jpg

где a - плоский угол при вершине конуса в градусах.

В настоящее время (1996) радиан и стерадиан отнесены к безразмерным производным единицам СИ.

Эталонная база России

. В государственных научных метрологич. центрах Госстандарта России имеется (по данным Государственного реестра) более 230 государственных эталонов и средств измерений высшей точности, централизованно воспроизводящих и хранящих исходные для страны шкалы и размеры единиц измерений, наиб. широко используемых в народном хозяйстве (табл. 5).

Таблица 5

5131-9.jpg

Литература по эталонам

  1. Камке Д., Кремер К., Физические основы единиц измерения, пер. с нем., М., 1980;
  2. Актуальные проблемы метрологии в радиоэлектронике, под ред. В. К. Коробова, М., 1985;
  3. Самойлов Л. Н., О метрологическом обеспечении измерений редуцированных величин, в сб.: Метрологическое обеспечение световых измерений, М., 1986;
  4. Брянский Л. Н., Дойников А. С., Краткий справочник метролога, М., 1991;
  5. Брянский Л. Н., Дойников А. С., Крупин Б. Н., Шкалы измерений, "Законодательная и прикладная метрология", 1993, № 3.

Л. Н. Брянский, А. С. Дойников, Б. Н. Крупин

к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

Знаете ли Вы, что, как и всякая идолопоклонническая религия, релятивизм представляет собой инструмент идеологического подчинения одних людей другим с помощью абсолютно бессовестной манипуляции их психикой для достижения интересов определенных групп людей, стоящих у руля этой воровской машины? Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМАФорум Рыцари теории эфира
Рыцари теории эфира
 03.12.2019 - 22:04: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Марины Мелиховой - Карим_Хайдаров.
03.12.2019 - 11:12: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Ю.Ю. Болдырева - Карим_Хайдаров.
30.11.2019 - 19:55: ТЕОРЕТИЗИРОВАНИЕ И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ - Theorizing and Mathematical Design -> ФУТУРОЛОГИЯ - прогнозы на будущее - Карим_Хайдаров.
30.11.2019 - 18:13: СОВЕСТЬ - Conscience -> РУССКИЙ МИР - Карим_Хайдаров.
29.11.2019 - 08:14: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Декларация Академической Свободы - Карим_Хайдаров.
27.11.2019 - 08:31: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> КОМПЬЮТЕРНО-СЕТЕВАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ДЛЯ ВСЕХ - Карим_Хайдаров.
27.11.2019 - 08:30: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> ЗА НАМИ БЛЮДЯТ - Карим_Хайдаров.
27.11.2019 - 08:27: НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ - New Technologies -> ПРОБЛЕМА ИСКУССТВЕННОГО ИНТЕЛЛЕКТА - Карим_Хайдаров.
23.11.2019 - 12:17: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> ЭКОЛОГИЯ ДЛЯ ВСЕХ - Карим_Хайдаров.
19.11.2019 - 09:07: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Андрея Маклакова - Карим_Хайдаров.
18.11.2019 - 19:10: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> Проблема государственного терроризма - Карим_Хайдаров.
Bourabai Research Institution home page

Bourabai Research - Технологии XXI века Bourabai Research Institution