Эталоны основных единиц СИ. Состав и метрологические характеристики. Справочное пособие

1.3. Общие сведения о Государственных первичных эталонах основных единиц СИ

Эталон единицы величины – техническое средство, предназначенное для воспроизведения, хранения и передачи единицы ФВ (ФЗ № 102 от 26 июня 2008 года)

Первичный эталон – эталон, призванный обеспечивать воспроизведение и хранение единицы с наивысшей в стране (по сравнению с другими эталонами той же единицы) точностью, достижимой в данной области измерений. Эти эталоны составляют основу государственной СОЕИ. Первичные эталоны подразделяются на национальные (государственные), международные и специальные. Первичные эталоны – это уникальные измерительные комплексы, созданные с учетом новейших достижений науки и техники на данный период и обеспечивающие единство измерений в стране.

Государственный первичный эталон – первичный эталон, при-

знанный решением уполномоченного на то государственного органа в качестве исходного на территории государства.

Основу эталонной базы России составляют государственные эталоны основных единиц СИ. Они обеспечивают возможность воспроизведения любых производных единиц СИ, а также некоторых внесистемных единиц, допущенных к применению (как, например, единиц твердости по различным шкалам, единиц оптической силы очковой оптики и некоторых др.). В настоящее время (по состоянию на 21 июля 2017 года) эталонная база России имеет в своем составе 165 ГПЭ (из них 68 специальных) и более 300 вторичных эталонов единиц ФВ. Из них 54 находятся во ВНИИМ им. Д.И. Менделеева (Все-

российский НИИ метрологии им. Д.И. Менделеева, г. Санкт-

Петербург), в том числе эталоны метра, килограмма, ампера, кельви-

на и радиана; 51 – во ВНИИФТРИ (Всероссийский НИИ физикотехнических и радиотехнических измерений, Моск. обл.,

п. Менделеево), в том числе эталоны единиц времени и частоты; 28 –

во ВНИИОФИ (Всероссийский НИИ оптико-физических измерений,

– 11 –

ния единицы ФВ. Эталон должен обладать, по крайней мере, тремя взаимосвязанными свойствами: неизменностью, воспроизводимостью и сличаемостью.

Таблица 1

Сравнительные метрологические характеристики ГПЭ

времени и частоты, подтвержденные в ходе международных сличений

По номенклатуре метрологических параметров, фиксируемых для государственных эталонов при их утверждении, для большинства эталонов указываются характеристики погрешности воспроизведения единицы в виде двух составляющих:

∙оценки случайной погрешности воспроизведения единицы в виде СКО результата измерения;

∙оценки НСП воспроизведения единицы.

Способы выражения погрешностей (точностей) устанавливает ГОСТ 8.381-2009 «Государственная система обеспечения единства измерений. Эталоны. Способы выражения точности» [8].

Все ГПЭ зарегистрированы в реестре Государственных первичных эталонов России и по состоянию на 21.07.2017 представлены на сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии (Росстандарт) (http://fif.vniiftri.ru/). Перечень ГПЭ основных единиц СИ приведен в табл. 2.

– 13 –

В табл. 2 также представлены номер ГПЭ в реестре ГПЭ России и сведения о нормативных документах, регламентирующих область применения, состав, метрологические характеристики ГПЭ, вторичных и рабочих эталонов и способы передачи единицы ФВ вниз по поверочной схеме. Перечень ГПЭ также опубликован в Интернете по адресу:

http://infom.metrologu.ru/metrologia/etalony/gosudarstvennye-

pervichnye-etalony.html

– 14 –

базироваться на фиксированных численных значениях постоянной Планка, элементарного электрического заряда, постоянной Больцмана и постоянной Авогадро соответственно. Всем этим величинам будут приписаны точные значения, основанные на наиболее достоверных результатах измерений, рекомендованных CODATA (см. прил. 2). Под фиксированием значения ФФК подразумевается «принятие некоторого точного численного значения величины по определению» [13]. В резолюции сформулированы следующие положения, касающихся этих единиц [12]:

∙килограмм останется единицей массы, но его величина будет устанавливаться фиксацией численного значения постоянной Планка, равного в точности 6,62606X·10−34 , когда она выражена единицей СИ м2·кг·с−1 , что эквивалентно Дж·с;1

∙ампер останется единицей силы электрического тока, но его величина будет устанавливаться фиксацией численного значения элементарного электрического заряда, равного в точности 1,60217X·10−19 , когда он выражен единицей СИ с·А, что эквивалентно Кл;

∙кельвин останется единицей термодинамической температуры, но его величина будет устанавливаться фиксацией численного значения постоянной Больцмана, равного в точности 1,3806X·10−23 , когда она выражена единицей СИ м−2 ·кг·с−2 ·К−1 , что эквивалентно Дж·К−1 ;

∙моль останется единицей количества вещества, но его величина будет устанавливаться фиксацией численного значения постоянной Авогадро, равного в точности 6,02214X·1023, когда она выражена единицей СИ моль−1 .

Резолюция не предполагает изменять существа определений метра, секунды и канделы, однако для поддержания единства стиля, планируется принять новые, полностью эквивалентные существующим определения в следующем виде:

∙метр, обозначение м, является единицей длины; его величина устанавливается фиксацией численного значения скорости света в ва-

1 Знак Х здесь и далее заменяет одну или более значащих цифр, которые будут определены в дальнейшем на основании наиболее точных рекомендаций

CODATA.

– 16 –

2.ЭТАЛОН ЕДИНИЦЫ МАССЫ

2.1.Состав ГПЭ единицы массы (килограмма)

Состав ГПЭ единицы массы определен ГОСТ 8.021-2015 [15]. ГПЭ единицы массы состоит из комплекса следующих средств измерений:

·национальный прототип килограмма – копия № 12 Международного прототипа килограмма (МПК) – гиря из платиноиридиевого сплава (рис. 2);

·копия № 26 МПК – гиря из платиноиридиевого сплава, служащая для проверки правильности первичного эталона или его замены в случае потери им своего метрологического качества или его утраты;

·компараторы массы на максимальные нагрузки, обеспечивающие передачу единицы в диапазоне от 1×10–6 до 50 кг (рис. 3).

2.2. Метрологические характеристики ГПЭ единицы массы

Номинальное значение массы, при котором воспроизводится единица, составляет 1 кг. Отклонение действительного значения мас-

– 18 –

сы национального прототипа от массы МПК по результатам сличений 2013 г. в МБМВ составляет +9,9×10–2 мг.

ГПЭ обеспечивает воспроизведение единицы с СКО суммарной погрешности при сличении с МПК, не превышающим 3×10–3 мг, при 10 независимых измерениях.

Суммарная стандартная неопределенность измерений при сличении с МПК [16–18, прил. 5] не превышает 3×10–3 мг.

Предел допускаемой нестабильности эталона за один год составляет 8×10–4 мг.

НЗД эталона – 1 кг, 1 мг – 20 кг. СПВ эталона – 2 ×10–4 – 1,0 мг.

Стандартная неопределенность по типу А3 – 2,3 ×10–3 мг.

ГПЭ применяют для передачи единицы массы эталонным гирям из состава эталонов-копий сличением при помощи компаратора и, в обоснованных случаях, эталонным гирям из состава вторичных эталонов единицы массы методом совокупных измерений при помощи компараторов.

Ни одна область науки и производственной деятельности не может обойтись без точных измерений массы. В приборостроении, машиностроении, на транспорте, в электронных, космических, оборонных технологиях, нано- и биотехнологиях, в судо-, авиа- и ракетостроении, в системах учета и контроля готовой продукции и др. необходимы и востребованы измерения массы с различной точностью и в различных диапазонах измерения.

В основу эталона положен метод воспроизведения единицы национальным прототипом килограмма, размер которой в соответствии с государственной поверочной схемой передается средствам измерений массы.

3 см. прил. 5

– 19 –