2.2.7. Схема иерархии эталонов
Из представленных способов переноса меры первичного эталона на вторичный следует, что можно, исходя из одного эталона, создать систему эталонов с различными значениями и неточностями установленной меры, соответствующими способам ее определения. Примерная схема системы эталонов одной величины, для которой применен способ разделения и объединения, рассмотренный в разд. 2.2.5 и 2.2.6, представлена на рис. 2.5. Это упрощенная схема; например, на каждом уровне иерархии показано по одному эталону, тогда как государственный эталон состоит из нескольких экземпляров эталонов: а) основной эталон; б) эталон сравнения; в) эталон-свидетель; г) эталон соотнесения (рабочий). Кроме того, в ней не учтены физические ограничения, другие способы сравнения и т. п. Такую структуру системы эталонов имеют величины, аддитивные по природе.
Рис. 2.5. Примерная схема иерархии эталонов
Вторую группу составляют величины со сложной структурой системы эталонов. Например, температура, соответствующая МПТШ1, имеет несколько отдельных состояний сравнения в качестве констант, а для воспроизведения используются непрерывные эталоны: базовый платиновый термометр, РТ—Rh—РТ-термоэлемент, а также явление теплового излучения.
К третьей группе относятся некоторые производные величины. Система эталонов базируется на эталоне данной величины и на аддитивной структуре эталонов низшего порядка, а также на эталонах, мера которых устанавливается косвенным методом в соответствии с определением этой величины. На данном уровне иерархии существуют по крайней мере два пути определения меры эталона. Например, меру объема можно определить путем сравнения с эталоном высшего порядка либо оценить косвенно, используя эталоны длины. Такой же характер имеют эталоны давления, расчетный эталон емкости и т. д. При реализации выбранных состояний сравнения появляются различные физические и технические ограничения.
Разработка реальной иерархической структуры эталонов представляет собой сложную задачу ввиду трудности формулирования критерия оптимизации. Чаще всего ставится вопрос о соотношении мер неточности эталонов на соседних уровнях иерархии, а также связанный с этим вопрос о числе ступеней иерархии. На первый вопрос можно ответить с помощью выведенных выше формул, если известно соотношение систематической и случайной погрешностей. Например, для соотношения этих погрешностей 1:1, а также для пренебрежимо малых погрешностей компаратора из уравнения (2.32) следует, что отношение дисперсий
(2.64)
изменяется
от 2 (для n
= l)
до 1 (для
),
если g1=g2.
В ином понимании погрешностей, зная частное от деления погрешностей, а также требования к точности рабочих средств измерения, можно определить число уровней иерархии. На основе установленной заранее допустимой меры риска можно также найти требуемое число уровней иерархии эталонов. Более конкретная задача может включать учет стоимости калибровки.
Сохранение единства мер и соответствия их международным соглашениям относится к государственным задачам и реализуется государственной администрацией и соответствующими учреждениями. Государственная служба мер хранит государственные эталоны, устанавливает систему эталонов, проводит сравнения и аттестации эталонов и т. д.
По мере необходимости потребитель, выполняющий измерения, подвергает измерительную аппаратуру аттестации или контролю по эталонам, входящим в государственную систему эталонов, и осуществляет, таким образом, привязку аппаратуры к международной системе эталонов.