Метрология и стандартизация / Rossiyskaya metrologicheskaya entsiklopediya. Tom 1 (Okrepilov) 2015

Эталонную базу Российской Федерации образуют государственные эталоны единиц величин (статья 7 п. 1 Федерального закона Российской Федерации от 26 июня 2008 г. № 102-ФЗ «Об обеспечении единства измерений»). ВозглавляетэталоннуюбазуРоссиисистема государственных первичных эталонов (ГПЭ), которые воспроизводят единицы с наивысшей точностью, достижимой при существующих научно-технических возможностях в данной области измерений, и передают их подчиненным эталонам и средствам измерений, применяемым в различных отраслях экономики, социальной сферы и оборонном комплексе страны. Наиболее многочисленной структурой является база рабочих эталонов, которая в настоящее время расширяется за счет вовлечения в ее состав разрядных эталонов, заменяющихсобой(понаименованию) образцовыесредства измерений. Существуеттакжеразновидностьвторичных эталонов, например, военный эталон единицы величины – эталон, разработанный по заказу Министерства обороны Российской Федерации (РФ) и признанный Росстандартом в качестве исходного для Вооруженных сил РФ. Основу эталонной базы РФ составляют ГПЭ основныхединиц– метра, килограмма, ампера, секунды, кельвина и канделы. Седьмая единица Международной системы единиц – моль в настоящее время не воспроизводится с помощью национальных эталонов нигде в мире. ГПЭосновныхединицявляютсяфундаментомдля воспроизведения производных единиц Международной системыединиц, атакжерядавнесистемныхединиц, допущенныхкприменению. ЧислоГПЭбольше, чемчисло воспроизводимых ими единиц, так как для ряда единиц потребовалосьсозданиенесколькихпервичныхэталонов, и меньше, чем общее число единиц, используемых на практике, для некоторых из которых воспроизведение с помощью эталонов является нецелесообразным. По состоянию 01.01.2015 г. эталонная база России насчитывает 164 государственных первичных (первичных специальных) эталонов, которые содержатся в семи государственныхнаучныхметрологическихинститутах (ГНМИ) – метрологическихНИИ(МНИИ) Росстандарта: ВНИИМим. Д.И. Менделеева, ВНИИФТРИ, ВНИИОФИ, ВНИИМС, УНИИМ, СНИИМ и ВНИИР.

ЭталоннаябазаРоссииохватываетвсеобластиизмерений. НаибольшеечислоГПЭприходитсянаизмерения механических, электрических и магнитных величин. Существенноменьшеечислоэталоновнаходитсявтаких видах, кактеплофизическиеитемпературныеизмерения,

оптические и оптико-физические измерения, измерение физико-химического состава и свойств веществ, измерение характеристик ионизирующих излучений и ядерных констант. Одной из важных характеристик эталонной базы является ее моральный и физический износ, последнийхарактеризуетсясрокамиэксплуатации эталонов. База ГПЭ постоянно обновляется как за счет совершенствования существующих эталонов, так и в результате создания новых эталонов. По состоянию на начало 2015 г. более 50% эталонов имеют срок службы менее5 лет. ВысокийуровеньразвитиябольшинстваГПЭ подтверждается положительными результатами их сличений с международными эталонами и национальными эталонами иностранных государств.

Существующаяструктураинаучно-техническийуро- вень эталонной базы России, которые формировались в течениемногихдесятилетий, вцеломпозволяютрешать многочисленные и разнообразные задачи обеспечения единства практических измерений как в стране, так и при международном сотрудничестве с иностранными государствами. Вместе с тем имеется широкий круг важнейших общегосударственных проблем как внутри РФ, такинапутяхинтеграциистранывмировоесообщество, требующихдальнейшегоразвитияэталоннойбазы России. Возможности повышения научно-технического уровнягосударственныхпервичныхивторичныхэталоновзависятотуровняразвитияобластейнаукииотраслей промышленности, достижения которых используются при совершенствовании существующих и создании новых эталонов. В немалой степени повышение науч- но-технического уровня государственных первичных эталоновдостигаетсяврезультатеихпостоянныхметрологических исследований, проведения научно-исследо- вательскихиопытно-конструкторскихработсцельюих совершенствования, участияэталоноввмеждународных сличенияхсэталонамидругихстран. Припланировании развитияэталоннойбазыРоссиинеобходимоучитывать не только первоочередные национальные потребности совершенствования обеспечения единства измерений в РФ, но и стратегические направления, разработанные Консультативными комитетами МКМВ и их рабочими группами на основе анализа тенденций и прогноза мировых потребностей в метрологической продукции и услугах. Важной задачей при развитии эталонной базы являетсяееоптимизацияпосоставуиструктуре, успешное решение которой зависит от правильного выбора критериев оптимизации, которые нельзя свести только

Эталоны единиц величин предназначены для воспроизведения, хранения и передачи единиц величин и/или шкал величин (шкал измерений), далее – единиц величин. Эталоны единиц величин подразделяют по подчиненности и уровням точности на исходные и подчиненные, первичные, вторичные и разрядные рабочие эталоны единиц величин, которые создают при необходимости.

ВкачествеисходныхнатерриторииРоссийскойФедерации применяют государственные первичные эталоны единиц величин. Государственные первичные эталоны единиц величин предназначены для воспроизведения, хранения и передачи единиц величин с наивысшей точностью. Государственныепервичныеэталоны, воспроизводящиеихранящиеединицывеличинвспецифических условиях (высокие и сверхвысокие частоты, малые и большие энергии, давления, температуры, особые состояния вещества и т.п.), называют государственными первичнымиспециальнымиэталонамиединицвеличин. Точностьвоспроизведенияединицвеличинприпомощи государственных первичных эталонов единиц величин должна удовлетворять потребностям государства в обеспечении единства измерений и соответствовать уровнямточностимеждународныхэталоновединицвеличин и/илинациональныхэталоновединицвеличиннаиболее техническиразвитыхиностранныхгосударств. Передачу единицвеличинотгосударственныхпервичныхэталонов средствам измерений осуществляют непосредственно или через совокупность иерархически подчиненных эталонов единиц величин различного уровня точности, обеспечиваятемсамым«прослеживаемость» измерений навсехуровняхпередачиединицвеличинсверхудонизу. Порядок передачи единиц величин от государственных первичныхэталоновединицвеличинсредствамизмерений устанавливается государственными поверочными схемами.

Подчиненными государственным первичным эталонам единиц величин являются эталоны единиц величин сболеенизкимипоказателямиточности, которые, вряде случаев, могутбытьвсвоюочередьисходнымиэталонамиединицвеличиндлясредствизмеренийорганизацийи предприятий, возглавляя их локальные поверочные схемы. Вторичные эталоны единиц величин получают единицы величин от государственных первичных эталонов единицвеличин. Квторичнымэталонамединицвеличин относят эталоны-копии, эталоны сравнения и рабочие эталоны единиц величин. Эталоны-копии единиц вели-

чин предназначены для уменьшения эксплуатационной нагрузкинагосударственныепервичныеэталоныединиц величин, в обоснованных случаях заменяя их.

Примечание. Эталон-копия единицы величины не всегда является физической копией государственного первичного эталона единицы величины

Эталоны сравнения единиц величин предназначены для сличения эталонов единиц величин, которые по тем или иным причинам не могут быть непосредственно сличеныдругсдругом. Рабочиеэталоныединицвеличин предназначеныдляпередачиединицвеличинменееточным эталонам единиц величин и средствам измерений. В случае необходимости передачи единицы величины большому числу средств измерений в рамках одной поверочной схемы создают цепочку из рабочих эталонов единицы величины разной точности. Возглавляет эту цепочку рабочий эталон единицы величины, который получает единицу величины непосредственно от государственного первичного эталона единицы величины и передает ее эталонам единицы величины различных разрядов (1-го, 2-го... k-го разряда), отличающихся по точности. В цепочке разрядных рабочих эталонов единиц величины рабочий эталон единицы величины 1-го разряда является более точным эталоном единицы величины, сувеличением значения k (разряда) точность эталонов единицы величины уменьшается. При этом от последнего разрядного рабочего эталона единицы величины в этой цепочке единица величины передается средствам измерений.

Примечание. Для сличения разрядных рабочих эталонов единиц величин, которые по тем или иным причинам не могут быть непосредственно сличены друг с другом, применяют эталоны сравнения единиц величин соответствующей точности

Эталоны единиц величин создают (при практической необходимости и технической возможности) для воспроизведения, храненияипередачиединицвеличин, допускаемых к применению в Российской Федерации. Эталон единицы величины может быть создан в виде одиночногоилигрупповогоэталонаединицывеличины, а также в виде эталонного набора или эталонного комплекса. Одиночный эталон единицы величины состоит изодногоосновноготехническогосредства: эталонной меры, эталонного измерительного прибора или эталонной установки. Групповой эталон единицы величины состоит из совокупности основных технических средств одного типа (одного номинального значения

илидиапазонаизмерений), применяемыхсовместнодля повышения точности воспроизведения и/или хранения единицы величины и ее передачи нижестоящим по поверочной схеме эталонам или средствам измерений. Эталонный набор состоит из совокупности основных технических средств, позволяющих воспроизводить и/или хранить единицу величины, а также передавать ее нижестоящим по поверочной схеме эталонам или средствам измерений в диапазоне, представляющем собой объединение диапазонов технических средств, включенных в данный эталонный набор. Различают групповые эталоны единиц величин и эталонные наборы постоянного и переменного состава. Эталоны единицвеличин, входящиевсоставгрупповыхэталонов единиц величин и эталонных наборов, допускается по мере необходимости заменять другими эталонами тех же единиц величин, имеющими метрологические характеристики не хуже, чем у заменяемых. Эталон единицы величины, включенный в групповой эталон единицывеличиныилиэталонныйнаборможетприменятьсявкачествесамостоятельногоодиночногоэталона единицывеличины, еслиэтонепротиворечитправилам содержанияиприменениягрупповогоэталонаединицы величины. Эталонныйкомплекссостоитизнескольких установок, воспроизводящих и/или хранящих единицу одной величины или единицы нескольких величин и передающих их нижестоящим по поверочной схеме эталонам единиц величин и средствам измерений.

Всоставэталоновединицвеличинвключаютосновныетехническиесредства, втомчислесредстваизмерений, при помощи которых:

–воспроизводят и/или хранят единицу величины,

–осуществляют передачу единицы величины,

–контролируют условия измерений и неизменность хранимой единицы величины.

При необходимости в состав эталонов единиц величин включают и другие технические средства, в том числевспомогательные, обеспечивающиеихработу. Все входящие в состав эталонов единиц величин основные технические средства, а также вспомогательные техническиесредства, безкоторыхневозможнообеспечитьсодержаниеифункционированиеэтихэталонов, являются неотъемлемой частью их имущественных комплексов, состав которых фиксируют в документации на эти эталоны единиц величин. Конструкция эталонов единиц величин должна обеспечивать ограничение доступа к определеннымчастямэталоновединицвеличин(включая программное обеспечение) в целях предотвращения несанкционированнойнастройкиивмешательства, которые могутпривестикискажениювоспроизведения, хранения

ипередачи единицы величины.

Государственныепервичныеэталоныединицвеличин специально создают для выполнения возлагаемых на них в сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений метрологических функций – централизованного воспроизведения и/или хранения единиц величин и их передачи средствам измерений в соответствии с поверочными схемами. Государственные первичные специальные эталоны единиц величин создают в случаях, когда передача единицы величины в специфическихусловияхотпервичногоэталонаединицы

величины подчиненным эталонам единиц величин или средствамизмеренийстребуемойточностьютехнически неосуществима. Единицавеличины, воспроизводимаяс помощью государственного первичного специального эталона единицы величины, должна быть согласована (при наличии технической возможности) с единицей величины, воспроизводимой государственным первичным эталоном единицы этой величины (например, путем сличений этих эталонов единиц величин в крайних общих точках диапазонов измерений или диапазонов влияющих величин).

Эталоны-копиисоздаютдляпредохранениягосудар- ственного первичного эталона единицы величины от преждевременногоизносаприбольшомобъемеработпо передачеединицывеличинырабочимэталонамединицы величины и средствам измерений. Эталоны сравнения создаютвслучаяхнеобходимостипроведениясличений государственныхпервичныхэталоновединицвеличинс международными и национальными эталонами единиц величин иностранных государств, а также сличений иных эталонов единиц величин друг с другом. Рабочие эталоны единиц величин создают для обеспечения рациональной системы передачи единиц величин от государственных первичных эталонов единиц величин средствам измерений.

Точностьэталоновединицвеличинследуетвыражать в соответствии с ГОСТ 8.381.

Утверждение эталонов единиц величин, используемых в сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений, осуществляет Федеральное агентствопотехническомурегулированиюиметрологии на основании результатов первичной аттестации эталонов, устанавливающей их соответствие предъявляемым

кэталонамединицвеличинобязательнымтребованиям.

Кэталонам единиц величин, применяемым в сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений, устанавливаются обязательные метрологические и технические требования, а также требования к содержанию и применению эталонов единиц величин. Обязательные требования к эталонам единиц величин устанавливаются Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии при утверждении эталонов единиц величин по результатам первичной аттестации. Обязательныетребованиякэталонамединиц величин, применяютсянаэтапахразработки, впроцессе содержания и применения эталонов единиц величин. Оценка соответствия эталонов единиц величин обязательнымтребованиямкэтимэталонамосуществляетсяв формахпервичнойипериодическойаттестации. Первичнаяаттестацияэталоновединицвеличиносуществляется всоответствиисгосударственнымиповерочнымисхемамиюридическимилицамиииндивидуальнымипредпринимателями, содержащими и применяющими эталоны единицвеличин. Первичнаяаттестациягосударственных первичных эталонов единиц величин осуществляется при проведении государственных испытаний государственных первичных эталонов единиц величин межведомственной комиссией. Периодическая аттестация эталоновединицвеличиносуществляетсяюридическими лицами и индивидуальными предпринимателями, содержащимииприменяющимиэталоныединицвеличин.

Периодическаяаттестациягосударственныхпервичных эталоновединицвеличиносуществляетсягосударственными научными метрологическими институтами.

Содержаниеиприменениеэталоновединицвеличин осуществляетсяюридическимилицамиииндивидуальными предпринимателями в соответствии с правилами содержания и применения эталонов единиц величин и государственнымиповерочнымисхемами. Содержание и применение государственных первичных эталонов единиц величин осуществляется государственными научными метрологическими институтами. При со-

держании и применении эталонов единиц величин периодическая аттестация эталонов единиц величин осуществляется в сроки, не превышающие межаттестационные интервалы. Поверка средств измерений, входящих в состав эталонов единиц величин, проводится в сроки, не превышающие установленные для них межповерочные интервалы. Государственные первичные эталоны единиц величин подлежат сличению с эталонамиединицвеличинМеждународногобюромер и весов и национальными эталонами единиц величин иностранных государств.

А.П. Себекин

Калибровочные и измерительные возможности

(Calibration and Measurement Capabilities – СМС) – это наивысший уровень калибровки и измерений, обычно предлагаемых потребителям, выраженный через доверительный уровень в 95 %, иногда называемый как наилучшиеизмерительныевозможности. Такоеопределение приведено в Договоренности (соглашении) о взаимном признании национальных эталонов и сертификатов калибровкииизмерений, выдаваемыхнациональнымиметрологическимиинститутами(далее– Договоренность), которая была подписана на совещании, состоявшемся в Париже 14 октября 1999 г., директорами национальных метрологическихинститутов(НМИ) изтридцативосьми стран-членов МБМВ и представителей двух международных организаций. От Российской Федерации Договоренность была подписана Госстандартом России от имени семи российских метрологических институтов (МНИИ) – ВНИИМ им. Д.И. Менделеева, ВНИИФТРИ, ВНИИОФИ, ВНИИМС, СНИИМ, УНИИМиВНИИР. На начало 2015 г. Договоренность уже подписана представителями 98 институтов – от 53 государств-участников Метрической конвенции, 41 страны-ассоциированного участника Генеральной конференции по мерам и весам (ГКМВ) и4 международныхорганизаций– иохватывает 152 института(лаборатории), назначенногоорганизация- ми-подписантами. Длявзаимногопризнаниянациональных эталонов и сертификатов калибровки и измерений Договоренность устанавливает необходимость:

–наличиярезультатоврядаключевыхсличений, проводимых по четко установленным методикам, которые ведут к количественной мере степени эквивалентности национальных эталонов;

–использования каждым НМИ соответствующей системы обеспечения качества;

–успешногоучастиякаждогоНМИвсоответствующих дополнительных сличениях.

Для целей данной Договоренности степень эквивалентности эталонов означает ту степень, с которой эти эталоны согласуются с опорными значениями, определяемыми в ходе ключевых сличений, и, следовательно, согласуются друг с другом. Степень эквивалентности национальных эталонов выражается количественно в значениях отклонения от опорного значения, полученногоприключевомсличении, инеопределенностиэтого отклонения. Договоренностьимеетприложения, которые поддерживаютсявэлектронномвидевбазеданных(БД) ключевых сличений МБМВ (KCDB). KCDB состоит из

двух основных разделов: один содержит информацию о международно признанных калибровочных и измерительныхвозможностях, адругойсодержитинформацию оключевыхидополнительныхсличениях, нарезультаты которых опираются эти возможности. Сведения о СМС разных стран, расположенные по областям измерений, опубликованы в разделе «Калибровочные и измерительныевозможности– СМС» БДМБМВ. Показателем, характеризующим калибровочные и измерительные возможности страны, является количество (число) соответствующих строк (позиций), представленных в этом разделе базы данных. Таким образом, как правило, и сравнительный анализ по СМС стран проводится по количествустрок, чтоможетприводитькопределенным неточностямвоценкефактическихвозможностейстран. Дело в том, что в одной строке может быть указаны данные о возможностях калибровки или измерений как в широком, так и узком диапазоне измерений с различными неопределенностями. Формально – строка одна, а возможностимогутотличатьсядруготдруга. Внесколькихстрокахдляоднойстранымогутбытьпредставлены возможности измерений одной и той же величины, но в разных поддиапазонах измерений; они, по сути, могут соответствовать аналогичным возможностям другой страны, но представленным уже только в одной строке, зато в более широком диапазоне измерений. Отличие – лишь в формах представления СМС.

По состоянию на конец 2014 г. в БД МБМВ зарегистрировано 23917 строк СМС. Россия сохраняет 2-ю позицию в мире, имея 1639 строку СМС, после США, имеющих 2169 строк СМС, опережая Германию, зарегистрировавшую 1545. Из 1639 строк СМС российских МНИИ наибольшее их количество у ВНИИМ им. Д.И. Менделеева – 1202, что составляет 73% от количества строк СМС России. На рисунке приведена динамика изменения калибровочных и измерительных возможностейРоссииирядазарубежныхстран, начиная с 1999 г. – года подписания Договоренности о взаимном признании национальных эталонов и сертификатов калибровки и измерений, выдаваемых национальными метрологическими институтами, по конец 2014 г.

Анализ изменения количества СМС для ряда стран показывает, что у США и европейских стран, включая Россию, вбольшинствеобластейизмерений, заисключением термометрии и электричества и магнетизма, существует тенденция, близкая к поддержанию практически неизменного количества СМС. У стран Восточной Азии

прослеживаютсяявныетенденциикнаращиваниюсвоих СМС по ряду областей измерений. Что касается тройки лидероввизмерительныхикалибровочныхвозможностях, то США за последние пять лет имеет четкую тенденцию к насыщению количества СМС почти во всех областях измерений. Германия заметно наращивала темпы роста СМСвобластитермометриис2008 г., унее, кромеэтого, наблюдалсяскачокколичествастроквобластиионизирующихизлученийв2010 г., азатемнекоторыйспадобщего количества СМС. Россия сохраняет устойчивую тенденциюплавногоповышенияколичестваСМСпочтивовсех областях измерений. Значительный рост можно увидеть только в 2011 г. в области фотометрии и радиометрии. Постепенноинестользначительноувеличивается число СМС в области физико-химических измерений.

Хотя, как уже было отмечено, Россия вышла на второе место среди стран по количеству СМС, имеется ее устойчивоеотставаниепосуммарномуколичествуСМС от США, в том числе по ряду жизненно важных для общества измерений, в таких областях, как материаловедение, нанометрология, здравоохранение, измерение параметров воды, биологической среды, продуктов питания и других. Экстраполяция слабой тенденции роста СМС России на последующие годы позволяет с уверенностью утверждать, что в ближайшее десятилетие нам врядлиудастсядогнатьСШАпоколичествуСМС(если, конечно, такаяцельсуществует). Значительноувеличить количество СМС будет практически очень трудно, если небудутпринятымерыпоувеличениюгосударственной поддержки развития центрального звена национальной системы обеспечения единства измерений – государственных первичных эталонов Российской Федерации.

Необходимымусловиеммеждународногопризнания калибровочныхиизмерительныхвозможностейявляется подтверждение эквивалентности национальных эталонов по результатам их ключевых и дополнительных сличений.

Ключевое сличение эталонов – это сличение национальных эталонов, выбранное из ряда таких сличений консультативнымкомитетомМеждународногокомитета по мерам и весам для проверки специальных приемов и методов в данной области измерений. Дополнительное сличение эталонов – сличение национальных эталонов, проводимоевцеляхудовлетворенияспецифическихпо-

требностей, не охватываемых ключевыми сличениями эталонов, втомчислесличениеэталоновдляподдержки доверияксертификатамкалибровкисредствизмерений.

Примечание. Ключевыеидополнительныесличения национальных эталонов проводят консультативные комитеты Международного комитета по мерам и весам (МКМВ), а также Международное бюро мер и весов (МБМВ) ирегиональныеметрологическиеорганизации

(РМО).

Ключевыесличения, проводимыеКонсультативными комитетами или МБМВ, называются ключевыми сличениямиМКМВ, аключевыесличения, проводимыерегиональнымиметрологическимиорганизациями, называются ключевымисличениямиPMO. КлючевыесличенияРМО должны быть связаны с соответствующими ключевыми сличениямиМКМВпосредствомобщихучастников. Степеньэквивалентности, полученнаяизключевыхсличений РМО, имееттотжестатус, чтоиполученнаяизключевых сличений МКМВ. Число зарегистрированных новых ключевых сличений в последние годы незначительно изменяетсявовремени, тоуменьшаясьилиувеличиваясь, но

всреднемоставаясьпрактическипочтипостоянным. Вто жевремянаблюдаетсятенденцияувеличенияколичества новых дополнительных сличений, регистрируемых в БД МБМВ. Это может быть связано с ростом активности региональныхметрологическихорганизацийпопроведе- ниюсличенийсучастиемстран-ассоциированныхчленов ГКМВ, число которых также возрастает. В БД МБМВ на конец 2014 г. зафиксировано 1302 ключевых и дополнительныхсличений, приэтомколичествосличенийРоссии

вбазе данных составляет 376. Участвуют в сличениях все МНИИ Росстандарта, наибольшее число сличений зарегистрировано с участием ВНИИМ им. Д.И. Менделеева– 253 сличения, чтосоставляет67 % отвсехсличений России, которая находится на 7-м месте среди всех стран по участию в ключевых и дополнительных сличениях. Отставание России в участии в сличениях национальных эталонов от передовых зарубежных стран является основным препятствием к наращиванию собственных калибровочных и измерительных возможностей, признанныхмеждународнымметрологическимсообществом. Как отмечалось выше, без участия страны в сличениях национальных эталонов невозможно претендовать на включение своих СМС в базу данных МБМВ.

Описание вида измерений

XVII Генеральная конференция по мерам и весам (20.10.1983 г.) определиламетркакдлинупути, проходимогосветомввакуумезапромежутоквремениравный1/с секунды, гдес=299792458 м/с– скоростьсвета, принятая как постоянная неизменная величина.

Консультативный комитет по мерам и весам разработал рекомендации по практическому применению нового определения, суть которого заключается в том, что стандартом длины (с соответствующей погрешностью) может являться любое излучение, частота которого известна.

Также был разработан Перечень рекомендованных излучений для практических применений в метрологии длины, физическихисследованияхит. п. Переченьвключает в себя более десятка типов квантовых генераторов в сантиметровом, инфракрасном и видимом диапазоне излучения, атакжерядспектральныхламп, традиционно используемых в интерферометрии. Перечень этот постоянно уточняется и расширяется.

Для практической интерферометрии наиболее подходящимиявляютсяисточникиизлучениявидимогодиапазона, посколькуподавляющеечислоинтерферометров работают именно в видимом диапазоне спектра.

В таблице 1 представлены некоторые из рекомендованных частот излучения.

Историческая справка

Над выбором рациональных единиц длины и их воспроизведением реально стали работать лишь в XVIII в. Начало этому движению было положено во Франции и там же, во время революции 1789–1799 гг., была создана перваяединицаимерадлины, исходнымзначениемкоторой послужили элементы поверхности Земли.

К концу XVIII в. множественность и разнообразие мервЕвропевносилонеимоверныйхаосвмеждународные торговые связи. Необходимо было создать единую систему мер.

Временемрожденияметраследуетсчитать1791 год, когда физик, математик и астроном Пьер-Симон Лаплас предложил в качестве эталона единицы длины одну сорокамиллионную часть длины Парижского меридиана.

После подписания 20 мая 1875 г. Метрической кон- венцииРоссияполучиладваплатино-иридиевыхэталона.

Сэтогомоментасталивестисьработыпоисследованию

исовершенствованию эталона длины – метра. С развитием физики совершенствовалось и определение метра. Кардинально на этот процесс повлияли результаты исследований, проведенных Томасом Юнгом, открывшим явлениеинтерференциисвета, иАльбертомМайкельсоном, который экспериментально доказал, что точность воспроизведения длины интерференционным методом можетбытьвыше, чемсиспользованиемвещественных

мердлины. ЗасвоиработыМайкельсонв1907 г. получил Нобелевскую премию.

Потребовалосьнемаловремени, преждечемКонсультативныйкомитетМБМВпринялопределениеметра, ис 1960 г. метр стал определяться через длину волны в вакуумеоранжевойлиниикриптона. Этоопределениепросуществовалодо1983 г., когдаКонсультативныйкомитет принялновое, действующеесегодня, определениеметра.

Развитие вида измерений в России

Впоследнеегодысталабурноразвиватьсяобластьлинейныхизмерений, связаннаяслазерамииприборамина ихоснове. Внастоящеевремяотечественнойпромышленностьюпроизводятсясредстваизмерений, работающиена новых принципах и имеющие высокие метрологические характеристики. Такжеввозятсяиз-зарубежасредстваиз- меренийведущихзарубежныхпроизводителейвобласти измеренийдлины, чтотребуетразвитияновыхметодови средств их метрологического обеспечения.

Приведенные выше факторы требуют комплексного решения вопросов метрологического обеспечения в области измерений длины на новом уровне в части точности, диапазона и автоматизации. Поэтому является актуальной задача совершенствования эталонной базы России в области измерений длины.

На сегодняшний день в Российской Федерации насчитываются 1 военный эталон ВЭ-52, вторичных эталонов находящихся в эксплуатации более 10, а эталонов 1 разряда более 100. Кроме того, в ЦСМ и ведущих промышленных предприятиях, таких как ОАО«Производственноеобъединение«Северноемашиностроительноепредприятие», ОАО«Ижорскиезаводы», ОАО «Компания «Сухой» и т. д., эксплуатируются лазерныесканерытипаTOPKON, прецизионныелазерные интерферометрыперемещенийтипаRenishaw, HP, Zigo, которые требуют комплексной поверки.

Насегодняшнийденьвповседневнойметрологической практикеширокоиспользуютсякомпактныетранспортируемыестабилизированныепонасыщенномупоглощениюв йоде-127 лазеры, с длиной волны 633 нм разработки ФГУП «ВНИИМ им. Д.И. Менделеева». Они успешно применяютсяприкалибровкахпромышленныхлазерных интерферометров отечественного и зарубежного производства, для аттестации стабилизированных лазеров

метрологических центров стран ближнего зарубежья, а также для проведения международных и региональных сличений эталонов длины

В 2010 г. на основе теоретических и экспериментальных работ, выполненных сотрудниками отдела геометрических измерений ФГУП «ВНИИМ им. Д.И. Менделеева» с привлечением информационных и технических ресурсов ведущих отечественных и зарубежных предприятий и институтов, таких как МБМВ, фирмы

Renishaw (Великобритания), Precision Instrument (Герма-

ния), ЛОМОит. д., былутвержденновыйГосударственный первичный эталон ГЭТ 2-2010.

Основные направления развития

Дальнейшее повышение точности воспроизведения единицы длинысвязано сисследованиями новыхреперов частотывоптическомдиапазоне, втомчислеядерныхпереходов, атакжеприменениемдляизмеренийчастотКОМБгенераторов. Решениерядазадач, такихкакизмерениеочень малыхперемещений, атакжерегистрациягравитационных волн требует повышения точности. Кроме того, следует сказать о проверке общей теории относительности, уточнении физических констант, так как современные теории, которые пытаются объединить гравитацию с другими фундаментальными взаимодействиями, могут приводить к выводам о пространственных и временных вариациях фундаментальных констант. Имеется в виду постоянная тонкойструктурыиотношениемасспротонаиэлектрона.

Следует отметить, что все эталоны длины и частоты используютвкачестверепероватомныеимолекулярные переходы. Частота излучения (поглощения) для этих переходов зависит от температуры вещества, от примесей, плотности вещества поглотителя и многих других факторов, поэтомунеприходитсяожидатьзначительного повышенияточностивоспроизведениябезпоискановых физическихреперовчастотыдлястабилизациилазерного излучения. Такими новыми реперами могут являться низкоэнергетическиеядерныепереходы, таккаквлияние внешнихусловийнаядра, какминимум, напятьпорядков меньше, чем на атомы и молекулы. В последние годы обнаружены переходы в ядрах с оптической частотой, которыемогутбытьиспользованыдлясозданияэталонов нового поколения. Очевидно, что этот резерв будет исследованииспользованвметрологиивближайшиегоды.

Ю.Г. Захаренко, Н.А. Кононова, В.Л. Федорин, К.В. Чекирда

Принцип действия

Воспроизведение единицы длины осуществляется частотно-стабилизированным He-Ne/I2 лазером.

В таблице 1 представлены составляющие систематической погрешности воспроизведения единицы длины.

Метрологические и технические характеристики, состав эталона

В состав Государственного первичного эталона единицы длины – метра ГЭТ 2-2010 включены:

– источник эталонного излучения – He-Ne/I2 лазер, стабилизированныйполиниинасыщенногопоглощения в молекулярном йоде-127;