Файл: Лекции по теоретической метрологии.doc

Метрологическую исправность средств измерений устанавливают по результатам их поверки или калибровки.

---

МОДУЛЬ 14. ЭТАЛОНЫ ЕДИНИЦ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН И ПЕРЕДАЧА ЕДИНИЦ ОТ ЭТАЛОНОВ

Размеры единиц воспроизводятся, хранятся и передаются с помощью эталонов. Эталон представляет собой средство измерений (или комплекс средств измерений) и предназначен для хранения и воспроизведения единицы физической величины. Определение эталона из РМГ 29 – 99: средство измерений (или комплекс средств измерений), предназначенное для воспроизведения и (или) хранения единицы и передачи ее размера нижестоящим по поверочной схеме средствам измерений и утвержденное в качестве эталона в установленном порядке.

Противопоставление двух функций эталона в определении (воспроизведение или хранение единицы) некорректно. Очевидно, что все эталоны должны обеспечивать хранение единицы физической величины, поскольку без этого невозможно ее воспроизведение в течение длительного отрезка времени.

Воспроизведением единицы физической величины РМГ 29 – 99 называет совокупность операций по материализации единицы физической величины с помощью государственного первичного эталона. Различают воспроизведение основных и производных единиц. Воспроизведение основной единицы осуществляют путем создания фиксированной по размеру физической величины в соответствии с определением единицы.

Воспроизведение единицы длины (метра) в соответствии с его определением, принятым на XVII ГКМВ в 1983 г, заключается в создании при помощи первичного эталона длины пути, проходимого светом в вакууме за промежуток времени, равный 1/299792458 с. Скорость света в вакууме принята за константу (299 792 458 м/с).

Единица массы (1 кг точно) воспроизведена в виде платино-иридиевой гири, хранимой в Международном бюро мер и весов (МБMB) в качестве международного эталона килограмма. Розданные другим странам эталоны имеют номинальное значение 1 кг, их действительные значения оценивались по отношению к международному эталону. На основании последних для СССР международных сличений (1979 г.) платино-иридиевая гиря, входящая в состав Государственного эталона единицы массы имела значение 1,000000087 кг

Под воспроизведением производной единицы часто понимают определение значения физической величины в выбранных единицах на основании измерений других величин, функционально связанных с измеряемой величиной. Например, воспроизведение единицы силы (ньютона) осуществляют с использованием известного уравнения механики

---

F = mg, где m – масса, g – ускорение свободного падения

В соответствии с РМГ 29–99 эталон должен обладать «неизменностью, воспроизводимостью и сличаемостью». Фактическими требованиями к эталону являются:

• 
  особо высокая точность воспроизведения единицы;
  
• 
  воспроизведение единицы в форме, удобной для передачи другому средству измерений и для сопоставления с другим эталоном;
  
• 
  стабильность хранения единицы в течение длительного времени;
  
• 
  «неуничтожимость».
  

Последнее требование не имеет столь абсолютного характера как предыдущие, что подтверждает пример международного эталона единицы массы – килограмма.

Требование высокой точности воспроизведения единицы эталоном определяется его назначением и обеспечивается использованием для его создания высших научно-технических достижений в данной области измерений.

В зависимости от точности и системы передачи единицы эталоны делят на первичные и вторичные.

Первичный эталон – эталон, обеспечивающий воспроизведение единицы с наивысшей в стране (по сравнению с другими эталонами той же единицы) точностью.

К первичным относят исходный эталон – эталон, обладающий наивысшими метрологическими свойствами (в системе субъекта хозяйствования, объединения, в стране), от которого передают размер единицы подчиненным эталонам и другим средствам измерений. Исходным эталоном для субъекта хозяйствования или объединения субъектов может быть вторичный или рабочий эталон, а также иное эталонное средство измерений.

Исходным эталоном в стране, как правило, является первичный эталон. Эталон, признанный в установленном порядке исходным для страны, называют национальным или государственным первичным эталоном (государственным эталоном). Термин «национальный эталон» обычно применяют при сличении эталонов разных стран, или эталона некоторого государства с международным эталоном. Государственные эталоны обычно хранятся в организациях Госстандарта (например, в метрологических научно-исследовательских институтах).

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

---

. Пример самого «долгоживущего» международного эталона – Международный прототип килограмма, который был утвержден 1-й Генеральной конференцией по мерам и весам (ГКМВ) в 1889 году. Международные эталоны единиц физических величин хранятся в Международном бюро мер и весов (МБМВ).

Вторичный эталон – эталон, получающий размер единицы непосредственно от первичного эталона данной единицы. Вторичные эталоны нашли широкое распространение в метрологической практике. Они создаются (при необходимости) для обеспечения сохранности и наименьшего износа государственного эталона, в том числе и при сопоставлении с международными и другими национальными эталонами, и для лучшей организации поверочных работ.

По метрологическому назначению вторичные эталоны делятся на эталоны сравнения и рабочие эталоны. Кроме того, в метрологической литературе встречаются такие понятия, как эталон-свидетель, эталон-копия и специальный эталон.

Эталон-свидетель предназначен для проверки сохранности государственного эталона и для замены его в случае порчи или утраты. Эталон-копия представляет собой вторичный эталон, предназначенный для передачи размеров единиц от государственного эталона рабочим эталонам. Он часто не является физической копией первичного эталона, поскольку передачу размера единицы, например, от меры к мере удобнее осуществлять с помощью прибора сравнения (компаратора).

Специальный эталон разрабатывается в случае необходимости воспроизведения единицы в особых условиях. В метрологической литературе специальные эталоны относят к первичным эталонам.

Эталон сравнения применяют для сличения эталонов, которые не могут быть сличены непосредственно друг с другом, например, из-за нетранспортабельности эталонной установки (первичного эталона).

Рабочий эталон – вторичный эталон, применяемый для передачи размера единицы эталонным (образцовым) средствам измерений высшей точности и при необходимости наиболее точным рабочим средствам измерений.

Термин «рабочий эталон» с введением РМГ 29-99 распространяется не только на собственно вторичный эталон, он должен также заменить ранее использовавшийся термин «образцовое средство измерений». Цель замены – упорядочение терминологии для сближения ее с международной. В соответствии с классификацией образцовых средств измерений рабочие эталоны (эталонные средства измерений) подразделяют на разряды (первый, второй и т.д.). Передачу размера единицы эталонным (образцовым) и рабочим средствам измерений осуществляют через цепочку соподчиненных по разрядам рабочих эталонов.

---

Соподчиненность эталонов можно представить в виде схемы (рисунок 14.1).


Теоретически для воспроизведения всех единиц некоторой системы единиц физических величин достаточно воспроизвести с помощью эталонов только основные единицы этой системы. Однако фактически широко используют как эталоны для воспроизведения основных единиц физических величин системы, так и эталоны для воспроизведения ряда производных единиц, например, эталоны единиц электрических величин: ЭДС, сопротивления, емкости, индуктивности и др. При создании эталонов производных единиц обеспечивается их связь с эталонами основных единиц. Эталоны производных единиц в ряде случаев обеспечивают повышение точности, с которой размеры этих единиц воспроизводятся и передаются нижестоящим средствам измерений.

Совокупность государственных первичных и вторичных эталонов, являющаяся основой обеспечения единства измерений в стране, составляют эталонную базу страны. Число эталонов, входящих в эталонную базу, изменяется в зависимости от потребностей промышленности, научных и технологических возможностей. Обычно число эталонов со временем увеличивается, что связано с постоянным развитием средств измерений. Воспроизведение основных единиц Международной системы (SI) должно осуществляться с помощью государственных эталонов, т.е. в централизованном порядке.

Воспроизведение производных, а в случае необходимости и внесистемных единиц осуществляется одним из двух способов, определяемых, исходя из соображений технико-экономической целесообразности:

1) централизовано – с помощью единого для всей страны Государственного эталона;

2) децентрализовано – посредством косвенных измерений, выполняемых в органах метрологической службы с помощью эталонов первого и более низких разрядов (образцовых средств измерений).

Способ централизованного воспроизведения применяется для большинства важнейших производных единиц СИ (ньютона, джоуля, паскаля, ома, вольта, генри, вебера и др.).

Способ децентрализованного воспроизведения применяется для производных единиц, размер которых не может передаваться прямым сравнением с эталоном, например, для единицы площади (квадратного метра) или в тех случаях, когда поверка средств измерений посредством косвенных измерений проще, чем процесс сравнения с эталоном, или когда такая поверка обеспечивает необходимую точность.

---