Общее понятие об эталонах и их квалификация

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание 

 

1. Определение понятия «эталон»…………………………………………..3
2. Классификация эталонов………………………………………………….4
3. Государственные эталоны основных единиц СИ………………………..7
4. Использованная литература………………………………………………9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Определение понятия «эталон»

 

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. 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 метроло-гические 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. 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 на-боры 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.

 

 

 

 

3. Государственные эталоны основных единиц СИ

 

В соответствии с современными положениями СИ в  качестве основных единиц приняты:

 

· единица длины — метр (м);

 

· единица массы — килограмм (кг);

 

· единица времени — секунда (с);

 

· единица силы электрического тока — ампер (А);

 

· единица термодинамической температуры —кельвин (К):

 

· единица силы света — кандела (кд);

 

· единица количества вещества — моль (моль).

 

Каждая из основных единиц имеет строгое определение, выработанное в решениях Генеральной  конференции мер и весов.

Метр — длина пути, проходимого в вакууме светом за 1/299792458 доли секунды.

Килограмм — масса, равная массе международного прототипа килограмма, хранящегося в международном бюро мер и весов.

Секунда — интервал времени, равный 9 192 631 770 периодов излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133 .

Ампер — сила неизменяющегося электрического тока, который при прохождении по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малой площади кругового поперечного сечения, расположенным в вакууме на расстоянии 1 м один от другого, вызвал бы на каждом участке проводника длиной 1 м силу взаимодействия, равную 2· 10-7 Н.

Кельвин — интервал температуры, равный 1/273,16 части термодинамической температуры тройной точки воды.

Кандела — сила света в заданном направлении источника, испускающего монохроматическое излучение частотой 540 ·1012 Гц, энергетическая сила излучения которого в этом направлении составляет 1/683 Вт · ср-1.

Моль — количество вещества системы, содержащей столько же структурных элементов, сколько содержится атомов в образце из углерода - 12 массой 0,012 кг.

Выбор размеров основных единиц, как известно, произволен. В приведенных определениях отражены принципы преемственности размеров единиц и максимальной точности их воспроизведения. Номенклатура основных единиц позволяет охватить все области науки и техники.

До недавнего  времени единицы плоского угла (радиан, равный углу между двумя радиусами окружности, длина дуги между которыми равна радиусу) и телесного угла (стерадиан, равный телесному углу с вершиной в центре сферы, вырезающему на поверхности сферы площадь, равную площади квадрата со стороной размером с радиус этой сферы) были выделены в особую группу так называемых дополнительных единиц. С 1995 года они переведены в разряд производных единиц.

В настоящее  время созданы и действуют  государственные эталоны для единиц длины, массы, времени, температуры, силы света, силы электрического тока. Для единицы количества вещества (моля) эталоны пока не созданы нигде в мире, по-видимому, прежде всего по той причине, что практическое использование такого эталона не очень ясно.

Общее число государственных  эталонов основных единиц (18) значительно (в 3 раза) превышает число воспроизводимых  ими основных единиц (6), так как  и для основных единиц потребовалось  создание не только первичных, но и  специальных эталонов. Так, для основной единицы длины (метра) функционируют 5 государственных эталонов: помимо первичного эталона метра, созданы специальные эталоны для таких специфических областей линейных измерений, как измерения длин волн оптического излучения в спектроскопии, измерения параметров шероховатости, измерения параметров эвольвентных поверхностей для зубчатых зацеплений, измерения амплитуды перемещений при колебательном движении твердых тел. Для основной единицы температуры — кельвина — функционируют 7 государственных эталонов; для единицы силы тока — ампера — 3 государственных эталона; для остальных основных единиц (килограмма, секунды и канделы) в настоящее время имеется только по одному (первичному) государственному эталону.