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

на поворотном столике, за счет поворота которого устанавливаетсяуголпаденияизлучениянаобразец. Вокруг образцанаспециальнойплатформеповорачиваетсяприемникизлучения, которыйавтоматическиустанавливаетсявнеобходимоеположениепопрограммевзависимости от заданного угла падения φ.

Принцип работы канала измерения СКЗО аналогичен принципу работы канала измерения СКНП и также основан на последовательном измерении сигнала от источника излучения при наличии и без исследуемого образца с учетом влияния фонового излучения.

Воспроизведение единицы величины СКДО в спектральном диапазоне от 380 до 800 нм осуществляется на отдельной установке, в которой реализован метод полусферы Эрба.

МетодЭрбаотноситсякгруппеметодовсиспользованиемполусферическихизлучателей. Измеряетсяяркость образцаL ияркостьполусферы, освещающейобразецL0. Тогда коэффициент яркости определяется по формуле:

ВсилупринципаобратимостиГельмгольцадлядиффузных образцов:

d d . (5)

Схема установки, реализующей метод Эрба, приведена на рис. 5 и 6.

Установка включает в себя интегрирующую сферу 1 с поворотным устройством, монохроматор 6, узел апертурных диафрагм 5 и приемник излучения 7. В центре сферы 1 расположен держатель с исследуемым образцом 4 и источник излучения (галогенная лампа) 2. Лампа отделена от держателя образцов светонепроницаемымэкраном3. Спомощьюповоротногоустройствасфера1 можетустанавливатьсявположение, когда измеряется яркость исследуемого образца, как показано на рис. 5, и в положение, когда измеряется яркость стенки сферы, освещающей образец, как показано на рис. 6. Чтобы уменьшить влияние неравномерности

внутреннего покрытия сферы на результат измерений СКДО, измерение яркости стенки сферы проводится для 6 разных углов поворота сферы с последующим усреднением.

ВоспроизведениеединицывеличиныСКДОосуществляется в соответствии с выражением:

где Vo( ) – сигнал приемника при измерении яркости образца;

Vс( )ср – среднее значения сигналов приемника при измерении яркости участков стенки полусферы, освещающей образец, расположенных под разными углами;

fc – геометрический фактор, учитывающий соотношение площадей портов и сферы, а также углы, на которые поворачивается сфера при измерении яркости участков ее стенки.

Метрологические и технические характеристики, состав эталона

Метрологические характеристики ГПЭ приведены

втаблицах 1–4.

Всостав ГПЭ входят:

–базовая спектрофотометрическая установка для измерения спектрального коэффициента направленного пропускания (СКНП) и спектрального коэффициента зеркального отражения (СКЗО) в диапазоне длин волн от 0,2 до 2,5 мкм,

–установка для измерения спектрального коэффициента диффузного отражения (СКДО) методом Эрба в диапазоне длин волн от 0,38 до 0,80 мкм,

–спектрофотометр Lambda 900 с приставкой для измерения СКДОвдиапазоне длинволнот0,2 до2,5 мкм,

–установка на основе ИК Фурье спектрометра для измеренияСКНПвдиапазонедлинволнот1 до20 мкм.

Назначение и область применения

ГПЭ обеспечивает единство измерений в области спектрофотометрии на современном уровне.

Спектрофотометрические измерения затрагивают многие отрасли промышленности и сельского хозяйства, они актуальны для химического производства и медицины.

Данные виды измерений позволяют определять количественный или качественный состав проб вещества, анализировать кинетику химических реакций, исследовать процессы при различных заданных температурах.

Вфармацевтикеданныйвидизмеренийприменяется для входного и выходного контроля качества сырья и готовых фармацевтических препаратов, для количественного и качественного анализа на подлинность и определения фальсификаций лекарственных средств.

При мониторинге окружающей среды спектрофотометрические измерения используются при выявлении вредныхпримесейвпробахвоздухаиводы, авпищевой промышленности они используются для определения крепостиспиртныхнапитковиспиртовогосырья, цветностиицветавинипива, раскрытияфальсифицированной водки, вина и табака.

Cпектрофотометрические измерения используются также в космической области и области военно-про- мышленного комплекса для разработки и исследования свойств материалов и покрытий.

Международное сотрудничество. Сличения

ЛабораторияспектрофотометриииИК-радиометрии ВНИИОФИ, хранящая ГЭТ 156-91, принимала участие

включевых сличениях единиц СКДО в диапазоне длин волн от 380 до 820 нм в период с 2001 по 2003 г. Всего

всличениях принимали участие 13 стран, включая Германию, США, Китай, Великобританиюидр. Результаты сличенийпоказали, чтоэталонсоответствуетсреднемировому уровню.

Впериодвременис2000 по2001 г. лабораторияпринимала участие в ключевых сличениях единиц СКНП в спектральномдиапазонеот380 до1000 нм. Всличениях участвовали 15 метрологических институтов из разных стран мира. ГЭТ 156-91 подтвердил свои метрологические характеристики.

С2013 г. ГЭТ156-91 принимаетучастиевновыхмеждународных сличениях единиц СКНП в спектральном диапазоне от 380 до 1000 нм. В сличениях принимают участие 12 метрологических лабораторий из ведущих стран мира.

Литература

1.W. Erb. PTB Mitteilungen, 87, 283 (1977).

2.Hanssen L.M. Integrating Sphere for Absolute Infrared Diffuse Reflectance Measurement’, presented at the 1996 CORM Annual Meeting, Gaithersburg, MD (1996).

В.И. Саприцкий

Описание вида измерений

Данные измерения относятся к группе оптико-фи- зических измерений спектральных и интегральных энергетических характеристик источников некогерентного оптического излучения. Измеряемые величины и единицы измерения представлены в таблице 1.

Метрологическое обеспечение указанного вида измерений возможно на основе использования моделей черного тела (МЧТ) и абсолютных радиометров (АР) в качестве первичных эталонов.

Историческая справка (история развития вида измерений)

Первыеисходныемерыспектральногораспределения излучениябылисозданывначалеХХвекаКобленцем[1]. Они представляли собой источники излучения, близкие посвоимхарактеристикамкчернотельномуизлучателю, что позволяло определять их спектр по закону Планка. Эталоны, созданныевпоследующиегодыметрологиче-

скими организациями различных стран, опирались на тот же источник – МЧТ. Усилия исследователей были направлены, с одной стороны, на улучшение качества модели – на повышение эффективного спектрального коэффициента излучения, с другой – на увеличение рабочей температуры с тем, чтобы захватить более коротковолновые участки спектра. Так, в Национальном бюро стандартов (НБС) США в начале 60-х гг. была введена МЧТ, работающая в диапазоне длин волн от 0,25 до 0,75 мкм при температуре от 2500 до 2600 К [2]. В 1969 г. в ФРГ была построена высокотемпературная МЧТ [3], также предназначенная для энергетической фотометрии. В 1968 г. в НБС Костковским разработана МЧТ, работающая при температуре 2500 К [4].

Созданиепервичныхэталоновнаосновеприменения абсолютных приемников излучения с электрическим замещением имеет более древнюю историю, чем создание МЧТ. Одним из первых эталонов этого типа стал созданныйв1893 г. термоэлектрическийкомпенсационный пиргелиометр Ангстрема. Один из таких приборов в 1896 г. был принят в качестве эталона европейской

0,2 мкм, атакжезаменыфизическииморальноустаревшего оборудования. Заменены, в частности, высокотемпературная МЧТ, спектральный компаратор и система слежения АР за Солнцем. Существенной модернизации подверглась система определения термодинамической температуры высокотемпературной МЧТ. Теперь она базируется на использовании абсолютного криогенного радиометра.

Основные направления развития

В настоящее время проводятся работы по совершенствованию эталона в следующих направлениях:

–дальнейшее усовершенствование системы определения термодинамической температуры высокотемпературной МЧТ;

–совершенствование парка высокотемпературных МЧТ за счет введение в состав эталона моделей черных телнафазовыхпереходахплавленияметаллоуглеродных эвтектик Re-C (2748 K) и WC-C (3021 К);

–дальнейшее усовершенствование спектрального компаратора с целью уменьшения неопределенности типа А при передаче размеров единиц спектральных величин в УФ- и ИКдиапазонах;

–поискновыхоптическихсхемспектральногокомпаратора, способствующихуменьшениюнеопределенности при передаче размеров единиц спектральных величин;

–совершенствованиеабсолютногорадиометраМАР-1

сцелью расширения диапазона измерений в сторону малых уровней освещенности.

Принцип действия

ГЭТ86-2010 воспроизводитединицыСПЭЯ, СПСИ, СПЭОнаосновезаконаПланкаспомощьюМЧТвсоответствии с формулами:

площадь апертурной диафрагмы МЧТ; l – расстояние

от апертурной диафрагмы до освещаемой плоскости;

– спектральная излучательная способность МЧТ;

. .

c1=(3,74177118 ± 0,00000019) 10-16 Вт м2 – первая радиационнаяпостоянная; c2=(1,4387752 ± 0,0000025).10-2 м.K –

вторая радиационная постоянная; – длина волны; Т– термодинамическаятемператураМЧТ; n – показатель преломления воздуха.

Вдиапазонедлинволнот0,2 до2,5 мкмвоспроизведениеосуществляетсяспомощьювысокотемпературной модели черного тела ВВ 3500М и системы измерения ее температуры, опирающейся на абсолютный криогенный радиометр. В диапазоне длин волн от 2,5 до

Рис. 2. Фильтровый радиометр, установленный напротив модели черного тела ВВ 3500М

Рис. 4. Радиометр МАР-1, оснащенный системой слежения за Солнцем

двойногодифракционногомонохроматора. Спектральная чувствительность трэп-детектора определяется, в свою очередь, по абсолютному криогенному радиометру. Структурная схема измерений при определении термодинамической температуры МЧТ приведена на рис. 1.

ТемператураМЧТ, определеннаяописаннымобразом на нескольких уровнях в диапазоне от 1600 до 3500 К, передается на радиационный термометр, который используется в дальнейшем для измерения температуры ВВ 3500М при воспроизведении и передаче размеров единиц СПЭЯ, СПЭО и СПСИ.

Воспроизведение единиц СИ и энергетической освещенности ЭО осуществляется на основе принципа электрического замещения оптической мощности с помощью абсолютного радиометра МАР-1. ЭО и СИ

Рис. 3. Система позиционирования спектрального компаратора

определяютсяпоразностиэлектрическихмощностейWЗ и WО в фазах замещения и облучения, соответственно, следующим образом:

где: I – СИ; Е – ЭО; Q – площадь апертурной диафрагмы радиометра; l – расстояние от источника до апертурнойдиафрагмырадиометра; αэфф – эффективный коэффициентпоглощенияприемногоэлемента; А– суммарный поправочный фактор.

Метрологические и технические характеристики, состав эталона

Диапазонызначений, вкоторыхГЭТ86-2010 хранит и передает единицы величин в диапазоне длин волн от 0,2 до 25,0 мкм, составляют:

СПЭЯ – от 1·105 до 1·1012 Вт/(ср·м3), СПСИ – от 1·102 до 1·1010 Вт/(ср·м),

СПЭО – от 1·102 до 1·1010 Вт/м3, СИ – от 10 до 100 Вт/ср, ЭО – от 10 до 2000 Вт/м2.

Точностные характеристики при воспроизведении единиц величин представлены в таблице 2.

В состав эталона включены:

–абсолютный криогенный радиометр;

–модель черного тела ВВ 3500М с регулируемой температурой от 1500 К до 3200 К для воспроизведения

ипередачи размеров единиц спектральных величин;

–системаопределениятермодинамическойтемпературыМЧТВВ3500М, включающаятрап-детектор, фильтровый радиометр, радиационный термометр, систему определения характеристик фильтрового радиометра;

–спектральный компаратор на основе двойного дифракционногомонохроматора, набораприемниковизлучения, фокусирующейоптикииинтегрирующейсферы для передачи размеров единиц спектральных величин;

–системапозиционированияспектральногокомпаратора;

–модель черного тела BB-Cu с температурой фазового перехода плавление/затвердевание меди для воспроизведенияипередачиразмеровединицспектральных величин;

–спектральный компаратор на основе дифракционного монохроматора, набора приемников излучения и фокусирующей оптики для передачи размеров единиц спектральных величин;

–абсолютный радиометр МАР-1 с системой термостабилизациидлявоспроизведенияипередачиразмеров единиц ЭО и СИ;

–система слежения за Солнцем абсолютного радиометра МАР-1;

–системы регистрации и обработки информации.

Назначение и область применения

ГЭТ 86-2010 предназначен для воспроизведения и хранения единиц СПЭЯ, СПСИ, СПЭО, СИ и ЭО в спектральномдиапазонеот0,2 до25,0 мкмипередачиразмеров единиц этих величин вторичным и рабочим эталонам и рабочим средствам измерений. Применение эталона распространяетсянаобластинаукиитехники, гдетребуется измерениеспектральныхиинтегральныхэнергетических характеристик оптического излучения естественных и искусственныхобъектов. Такиеизмеренияреализуютсяс помощьюаппаратурымониторингасолнечногоизлучения на уровне Земли и вне пределов атмосферы; наблюдения Земли космического, авиационного и наземного базирования; а также аппаратуры для исследования оптических свойствразличныхматериалов(краски, полимерныеполупроводникивсолнечныхэлементах, терморегулирующие покрытия, теплоизоляция, аэрозоли и т. д.)

Получаемые при этом радиометрические данные наиболее востребованы в таких направлениях применения как:

–развитие космической техники;

–получение метеоинформации, качественное предсказаниепогоды, предупреждениеимониторингопасных метеорологических явлений;

–контроль и прогнозирование климатических изменений на Земле;

–разработка новых энергосберегающих источников освещения;

–развитие фундаментальных и прикладных исследованийвразличныхобластяхастрофизики, геофизики, химии, медицины, металлургии, машиностроения.

Международное сотрудничество. Сличения

Эталон ГЭТ 86-2010 периодически участвует в международных сличениях.

Единица ЭО, воспроизводимая ГЭТ 86-2010, подтверждалась в сличениях WMO-IPC в 1995, 2000, 2005

и2010 гг. По результатам последних сличений отличие ГЭТ86-2010 оттакназываемого«мировогорадиометрического эталона» составило менее 0,01 %, что заведомо ниже стандартной неопределенности воспроизведения единицыЭО, составляющей 0,09%. Следующиемеждународные сличений ЭО состоятся в 2015 г.

ЕдиницыСПЭЯсличалисьвдвустороннихсличениях с NIST (США) в 1989 г., и сличениях МКМВ CCPR-S1, завершенныхв2008 г. ВпоследнихпомимоВНИИОФИ приняли участие NIST (США), PTB (Германия), NRC (Канада) и BNM/INM (Франция), при этом ВНИИОФИ выполнял роль лаборатории-пилота. Оба сличения подтверждали точностные характеристики эталона. Например, в сличениях CCPR-S1 отличия шкалы СПЭЯ ВНИИОФИотопорныхзначенийварьировалисьот0,1 % до0,7 % взависимостиотдлиныволны, инепревышали расширенной неопределенности. В настоящее время эталон участвует в региональных сличениях APMP-S6 совместно KRISS (Ю. Корея) и NIM (Китай).

МеждународныесличенияединицСПЭОсучастием ГЭТ 86 впервые прошли в 1987 г. по инициативе CCPR. Затем в середине 1990-х гг., также под эгидой CCPR, были проведены сличения СПЭО в УФ диапазоне. В 1997 г. CCPR принял решение о необходимости проведения ключевых сличений по СПЭО. Первые ключевые сличения, CCPR-K1a, в диапазоне длин волн от 250 до 2500 нм, были начаты в 2001 г. и завершены в 2005 г. В сличениях приняли участие 12 ведущих НМИ, в том числеВНИИОФИ. ПозднееВНИИОФИучаствовалвре- гиональныхключевыхсличенияхAPMP.PR.K1a.1-2008,

иуже после утверждения ГЭГ 86-2010 – в региональных ключевых сличениях EURAMET.PR.K1a-2009, завершенных в 2015 г., в которых отличие шкалы СПЭО ВНИИОФИ от опорных значений составляло, в зависимости от длины волны, от 0,02 до 1 % и не превышало стандартной неопределенности измерений ВНИИОФИ. Следующие ключевые сличения CCPR единиц СПЭО начнутся в 2016 г. Лабораторией-пилотом в этих сличениях назначен ВНИИОФИ.

Литература

1. Coblents W.W. Bul. Bur. Std, 87–97, 1915.

Stair R., Johnston R.G., Halbach E.W. Res NBS, 64-a, 1960. Р. 291–296.

2.Groll M. Diss. Univ. Stuttgart, 1969.

3.Костовский Х. Дж., Эрмини Д.Е., Хаттенберг А.Т. //

Прецизионные радиационные измерения в метрологии. Л., Гидрометеоиздат, 1972. С. 102–118.

4.Guild I. Investigation in Absolute Radiometry. In: Proc. Poy., A, 1937, Vol. 161, p. 1–38.

5.Kendall J.M., Berdahl C.M. Two Blackbody Radiometers of High Accuracy. – Appl. Opt., 1970, Vol. 9, No 5. Р. 1082–1091.

6.Kendall J.M. Primary Absolute Radiometer. – U.S. Patent No 3, 601, 611, 1971.

7.Willson R.C. Active Cavity Radiometer. – Appl. Opt., 1973, Vol. 12, No 4, p. 810–817.

8.Willson R.C. Active Cavity Radiometer Type IV. – NAS

7– 100, G.P.L. Pasadena, 1977.

9.Crommelinck D. Théorie Instrumentale en Radiométrie Absolue. – Inst. Roy. Met. Belg., – Bruxelles, 1973.

10.Brusa R.W., Frohlich C. Realization of theAbsolute Scale of Total Irrediance. WRCD, Fourth International pyrheliometer comparisons, 1975, p. 35–44.

11.Brusa R.W., Frohlich C. The PMO-6 Radiometer and Its Characterization. WRCD Publ. No 563A, Davos, 1980. Р. 8.

12.Ситник Г.Ф. – «Астрономический журнал», 1969,

37.С. 6.

13.Степанов Б.М., Бачериков В.В., Сачков В.И. и др.

Государственнаясистемаобеспеченияединстваизмерений. Государственный первичный эталон и государственная поверочная схема для средств измерений спектральной плотности энергетической яркости, спектральной плотности силы излучения и спектральной плотности энергетической освещенности непрерывного оптического излучения в диапазоне длин волн 0,22–10,6 мкм (ГОСТ 8.196-81). М., Издательство Стандартов, 1981.

14.Саприцкий В.И., Бачериков В.В., Сачков В.И. и др.

Методические указания. Средства измерений образцовые

ирабочие силы излучения иэнергетической освещенности непрерывногооптическогоизлучениявдиапазонедлинволн 0,2–10,6 мкм. Методыисредстваповерки. РД50-442-83, М., Издательство Стандартов, 1983.

15.Морозов Н.А., Бачериков В.В., Самойлов Л.Н. и др.

Воспроизведениеединицспектральнойплотностиэнергетическойяркости, спектральнойплотностисилыизлучения

испектральной плотности энергетической освещенности

вдиапазоне длин волн 0,22–10,60 мкм // Измерительная техника, 1983 г., № 12. С. 27–29.

16.Власов Л.В., Бачериков В.В., Самойлов Л.Н. и др.

Воспроизведение единиц силы излучения и энергетической освещенности непрерывного оптического излучения сплошного спектра в диапазоне длин волн 0,2–10,6 мкм // Измерительная техника, 1983 г., № 12. С. 29–30.

17.Бачериков В.В., Морозов Н.А., Самойлов Л.Н. и др.

Высокотемпературные излучатели для эталонов единиц энергетической фотометрии // Измерительная техника, 1983 г., № 12. С. 31–33.

18.Бачериков В.В., Сачков В.И., Саприцкий В.И. и др.

Методическиеуказания. Средстваизмеренийобразцовыеи рабочие спектральной плотности энергетической яркости, спектральной плотности силы излучения и спектральной плотности энергетической освещенности непрерывного оптического излучения в диапазоне длин волн 0,22–10,60 мкм. Методы и средства поверки. РД 50-441-83. М., Издательство Стандартов. 1984.

19.Кмито А.А., Скляров Ю.А. Пиргелиометрия – Л.:

Гидрометеоиздат, 1981.

20.Ивашкова Л.Ю., Ильин А.С., Павлович М.Н. и др.

Абсолютный радиометр // Измерительная техника, № 8, 1987. С. 23–25.

21.Павлович М.Н., Саприцкий В.И., Ивашкова Л.Ю.

Государственныйспециальныйэталонединицыэнергетическойосвещенностисолнечнымизлучением// Измерительная техника, № 8, 1987. С. 3–6.

22.Саприцкий В.И., Власов Л.В.., Мехонцев С.Н. и др.

Государственный первичный радиометрический эталон // Измерительная техника, 1990, № 11. С. 3–6.

В.И. Саприцкий

Принцип действия

Принципизмеренийпоказателяпреломления, реализованныйвГосударственномпервичномэталонеединицы показателяпреломлениядлятвердыхижидкихвеществ, основаннаявлениипреломления(рефракции) светапри прохождении границы двух разных сред. Известны три методапризмы: автоколлимации, наименьшегоотклоненияипостоянныхотклонений[1]. Наивысшуюточность измеренийимеетметоднаименьшихотклонений. Вэтом методеотносительныйпоказательпреломленияматериала призмы n вычисляется по формуле [1]:

n = sin αi +2εmin ,

sin αi2

где αi – i-й преломляющий угол призмы i = 1, 2, 3, εmin – наименьший угол отклонения луча призмой. Для измеренияпоказателяпреломленияжидкостейиспользуетсяполаятрехграннаяпризмаспрозрачнымирабочими гранями.

Во всех методах призмы для измерения углов применяется гониометр. Наивысшей точностью и возможностью автоматизации измерений обладает гониометр с

Рис. 1

кольцевымлазером[2, 3]. Однаковотличиеотобычных гониометров этот прибор производит все измерения в динамическом режиме при непрерывном вращении предметного стола.

Для реализации метода наименьших отклонений в динамическомрежимевэталонеиспользуетсядополнительное двустороннее зеркало 2 (рис. 1), установленное накраювращающейсяплатформы3 гониометравположении, при котором нормаль к зеркалу проходит через ось вращения. Трехгранная стеклянная призма 4 в этом случае устанавливается на другом поворотном столе 5, который механически не связан с непрерывно вращающейся платформой 3 гониометра. Во время измерений призма и этот стол неподвижны. Между измерениями производитсяповоротстоласпризмойспомощьюшаговогодвигателянауголоколо2,6 угловыхминут. Первый сигнал с нуль-индикатора 1 возникает при отражении лучаотвнешнейпоотношениюкосивращениязеркальнойповерхностидвухстороннегозеркала(верхрисунка). Он задает начало отсчета угловых измерений. Второй сигнал возникает от луча, прошедшего через призму и отраженного назад отвнутренней поверхности автоколлимационногозеркала(низрисунка). Этотсигналзадает угол отклонения преломленного луча по отношению к падающему лучу. Для нахождения наименьшего угла отклонения εmin в автоматическом режиме проводится серия измерений угла отклонения для различных угловых положений призмы , далее экспериментальная зависимость ( ) аппроксимируется полиномом второй степени и по нему вычисляется минимальное

значение εmin.

Вычисление абсолютного показателя преломления призмы и пересчет его к нормальным условиям проводится по формуле

nабс = n(t) Nвозд(tвозд, p, f ) − βабс (t − 20D),

где n(t) –относительный показатель преломления

призмы при температуре t, Nвозд(tвозд, p, f) – значение показателя преломления воздуха при условиях измерения

и температуре tвозд, βабс – температурный коэффициент

показателя преломления материала призмы. Показатель преломлениявоздухавычисляетсяпоформулеЭдлена[4]:

гдеp – давлениевоздуха, кПа; tвозд – температуравоздуха, ºС; f – парциальное давление водяного пара, кПа;

k0 – волновое число в вакууме, равное λ1 , мкм-1.

Метрологические и технические характеристики, состав эталона

Диапазон значений показателя преломления n, воспроизводимых эталоном, составляет от 1,0 до 3,0. Государственный первичный эталон обеспечивает воспроизведение единицы показателя преломления:

–длятвердыхтелсосреднимквадратическимотклонениемрезультатаизмеренийSт, непревышающим1.10-6 при 50 независимых измерениях, и неисключенной систематическойпогрешностьюθт, непревышающей2.10-6;

Стандартная неопределенность:

оцененная по типу А 1,0.10-6; оцененная по типу В 1,2.10-6;

суммарная стандартная неопределенность 1,5.10-6; расширенная неопределенность 3,9.10-6;

–для жидкостей со средним квадратическим отклонениемрезультатаизмеренийSж, непревышающим5.10-7 при50 независимыхизмерениях, инеисключеннойсистематической погрешностью θж, не превышающей 1.10-6;

Стандартная неопределенность:

оцененная по типу А 5,0.10-7; оцененная по типу В 5,8.10-7;

суммарная стандартная неопределенность 7,6.10-7; расширенная неопределенность 2,0.10-6. Эталонный комплекс, предназначенный для вос-

произведения, хранения и передачи размера единицы показателяпреломлениядлятвердыхижидкихвеществ, состоит из:

–гониометра-спектрометра с кольцевым лазером для воспроизведения и хранения единицы показателя преломления твердых и жидких веществ и передачи ее размера;

–мер показателя преломления в виде трехгранных стеклянных призм и плоскопараллельных пластин из различных марок стекла в диапазоне nт от 1,41 до 3,00

иполойтрехграннойпризмыснаборомрефрактометрических жидкостей nж в диапазоне от 1,33 до 2,00 для контроля стабильности эталона;

–климатической камеры с активной термостабилизацией и многоканальным цифровым термометром с выносными термодатчиками;

–барометра для измерений атмосферного давления в камере;

–гигрометра для измерений влажности воздуха в камере.

Назначение и область применения

Эталон предназначен для воспроизведения и храненияединицыпоказателяпреломленияипередачиразмера единицы:

–рефрактометрамПульфриха, Аббе, работакоторых основана на явлении полного внутреннего отражения (рефрактометров ПВО);

–рефрактометрам, работа которых основана на нарушении условий полного внутреннего отражения (рефрактометров НПВО);

–дифференциальным рефрактометрам;

–гониометрам-спектрометрам;

–интерференционным рефрактометрам. Выполнениевысокоточныхидостоверныхрефракто-

метрических измерений необходимо в оптической промышленностидляповышениякачестваинадежностиоптическихприборов, вхимическойпромышленностидля контроля состава веществ. В топливно-энергетическом комплексе страны рефрактометры применяют для оперативногоконтролячистотытопливаианализасложных углеводородныхсмесейвжидкомигазообразномсостоянии. Большоеколичестворефрактометровиспользуется в пищевой промышленности при производстве сахара, соков, вина, спиртныхнапитков, пива, жиров, маселит. п. Фармакологические заводы, медицинские учреждения и аптеки также широко используют рефрактометры при проведении анализов и контроле качества изготовления лекарственных препаратов.

Основные научные результаты, уникальность и преимущество

Основные научные результаты изложены в наших работах [3, 5, 6]. В эталоне реализован оригинальным способом метод наименьших отклонений в динамическом режиме. Ранее в работах ЦКБ «Арсенал» были предложенынескольковариантовиспользованиядинами- ческогогониометра-спектрометраГС-1Лдляизмерения показателя преломления многогранной призмы [7, 8]. Основной недостаток схем измерения, предложенных в этих работах, состоит в том, что в них используется излучение, отраженное как от граней призмы (около 4%), так и от автоколлимационного зеркала (около 100%). Поэтомуинтенсивностьотраженного излучениясильно различается, ивыходныесигналысфотоэлектрического автоколлиматора будут разными по амплитуде, что создает большие трудности при их дальнейшей обработке и сказывается на точности измерений.

Основное отличие нашей схемы состоит в использовании двустороннего зеркала. Поэтому все сигналы с нуль-индикатора возникают от излучения, отраженного отзеркальныхпокрытийзеркал. Коэффициентотражения этихзеркалблизокк100%. Внашейсхемеизмеренияугла наименьшего отклонения не используются сигналы от излучения, отраженногоотнепокрытыхгранейпризмы. Поэтому все сигналы будут одинаковой амплитуды, что позволяет значительно повысить точность измерений. Измерение углов преломления производились на гониометре скольцевым лазером. Основу такогогониометра

Рис. 2

составляетлазерныйгироскоп(см. рисунок), разработанныйисозданныйвАОЗТ«УМЦ«Диагностика», Москва. СамгониометрразработанвСанкт-Петербургскомгосу- дарственномэлектротехническомуниверситете(ЛЭТИ) [9, 10]. Для нахождения угла наименьшего отклонения εmin в автоматическом режиме выполняется следующая последовательность операций:

1.Проводитсясерияавтоматическихизмеренийугла отклонения при различных угловых положениях призмы относительно неподвижного луча, т. е. при различных углах падения .

2.Строитсяэкспериментальнаязависимость ( ).

3.Полученная зависимость аппроксимируется полиномом, покоторомучисленнымметодомвычисляется

εmin.Таким образом, оператор из такой схемы измерений исключен, поэтому измерения можно проводить в автоматическом режиме.

Дляуменьшениявлияниятемпературныхградиентов и поддержания постоянной температуры в измерительном объеме эталон помещен в климатическую камеру. Всетепловыделяющиеблокиконтрольно-измерительной аппаратуры, источники электрического питания, источникиоптическогоизлученияикомпьютердляобработки результатов вынесены за пределы камеры. Оптическое излучение заводится внутрь камеры через волоконнооптический жгут.

Дляобеспечениятребуемыхпараметровокружающей среды камера оснащена прецизионной сплит-системой инверторного типа. Система кондиционирования обеспечивает во внутреннем объеме камеры постоянство температуры воздуха 20,0±0,10С. Камера оснащена системами увлажнения и очистки воздуха, гигрометром и барометром, а также многоканальным цифровым термометром, так как в процессе работы необходимо непрерывноизмерятьтемпературуэталонноймерыивоздуха внутри камеры. Предел допускаемой погрешности измерения термометра не превышает 2 мК.

Международное сотрудничество. Сличения

Лаборатория измерений оптических постоянных веществ ФГУП «ВНИИОФИ», хранящая эталон ГЭТ