6.2. Научная основа обеспечения единства измерений

Научную основу обеспечения единства измерений (ОЕИ) составляет система единиц физических величин (ЕФВ) и эталонов.

Для обеспечения единства измерений необходима тождественность единиц, в которых проградуированы средства измерения одной и той же величины.

Высшим звеном в метрологической цепи измерений является эталон – средство измерения, предназначенное для воспроизведения и хранения единицы ФВ с целью передачи ее размера нижестоящим по поверочной схеме другим средствам измерения и утвержденное в качестве эталона в установленном порядке.

Воспроизведение ЕФВ – совокупность операций по материализации ЕФВ с помощью государственного первичного эталона. Воспроизведение единицы метра – длина пути, проходимого светом за 1/299792458 доли секунды в условиях вакуума. Передача размера единицы – приведение размера ЕФВ, хранимой поверяемым средством измерений, к размеру воспроизводимой или хранимой эталоном единицы при их поверке (калибровке). Нередко при поверке измеряют одну и ту же ФВ поверяемым СИ и эталоном с целью установления разницы в их показаниях и введения поправки. Размер единицы передают сверху вниз в соответствии с числом ступеней передачи, установленным поверочной схемой. Хранение единицы – совокупность операций, обеспечивающих неизменность во времени размера единицы, присущего данному СИ.

Эталоны бывают первичными, вторичными и рабочими.

Первичный эталон – это СИ, воспроизводящее размер величины с наивысшей точностью, возможной в данной области измерений на современном уровне научно-технических достижений. Первичные эталоны составляют основу государственной системы обеспечения единства измерений; они могут быть международными и национальными. Международный эталон принимается по международному соглашению в качестве международной основы для согласования с ним размеров единиц, воспроизводимых и хранимых национальными эталонами. Он хранится в Международном бюро мер и весов (МБМВ). Национальный (государственный) эталон является исходным для страны.

Важнейшим аспектом деятельности МБМВ является сличение национальных эталонов с международным. Установлена периодичность проведения сличения, например: сличение метра и килограмма – раз в 25 лет, электрических и световых эталонов – раз в 3 года.

Первыми официальными эталонами были прототипы метра и килограмма, изготовленные во Франции. В 1799 г. они были переданы на хранение в Национальный архив Франции, поэтому их стали называть "метр-архив" и "килограмм-архив". С 1872 г. килограмм стал определяться как равный массе " килограмм-архив". Первичный эталон килограмма представлял собой платиновую цилиндрическую гирю высотой и диаметром, равными 39 мм, вторичный эталон – платиноиридиевую гирю. Были предприняты попытки создать эталон килограмма на основе фундаментальных физических констант масс различных атомных частиц (протона, электрона), но до сих пор не удалось воспроизвести массу килограмма с погрешностью меньшей чем у действующего эталона (1,0000000877 кг).

В 1791 г. за эталон метра был принят эталон, равный одной десятимиллионной части четверти дуги парижского меридиана. Впоследствии французскими учеными было установлено, что в четверти меридиана содержится не 10 млн, а 10 млн 856 м. Ученые Петербургской академии наук в 1872 г. предложили создать международную комиссию о внесении изменений в эталон метра. В 1889 г. был принят новый эталон метра, который был изготовлен из платиноиридиевого сплава, погрешность которого составляла 1,1   10⁷ м; в начале ХХ века эта погрешность оценивалась как неудовлетворительная. В 1983 г. было принято новое определение метра: расстояние, проходимое светом в вакууме за 1/299792458 долю секунды.

Первичному эталону соподчиняются вторичные и рабочие.

Вторичный эталон получает размер единицы непосредственно от первичного эталона данной единицы. Он является частью подчиненных средств хранения единиц и передачи их размеров, создается и утверждается в тех случаях, когда это необходимо для проведения поверочных работ, а также для обеспечения сохранности и меньшего износа государственного эталона.

Рабочие эталоны предназначены для передачи размера единицы рабочим СИ. Термин рабочий эталон был введен вместо термина образцовое средство измерений (ОСИ) для приближения терминологии к международной. При необходимости рабочие эталоны могут подразделяться на разряды, как это было принято для ОСИ. Рабочие эталоны предназначены для передачи размера величины от вторичных эталонов рабочим средствам измерений.

Совокупность государственных первичных и вторичных эталонов составляет эталонную базу, которая является основой обеспечения единства измерений в стране. В настоящее время эталонная база России насчиты-вает 120 государственных эталонов, 76 установок высшей точности, 2 500 000 рабочих эталонов и средств испытаний, 8 127 типов стандартных образцов. Она не только полностью заменила эталонную базу СССР, но во многих областях измерений превзошла ее по точности. Ежегодная технико-экономическая эффективность от внедрения только части государственных эталонов (примерно 60 % от общего числа) в ряде отраслей народного хозяйства составляет 130 млн долларов. Многочисленные сличения российских эталонов с международными подтвердили высокий уровень российской эталонной базы.