Эталоны физических величин. Учебное пособие

Кроме первичных эталонов в качестве государственных эталонов (ГЭ) официально утверждены специальные эталоны.

Эталон сравнения – эталон, применяемый для сличения эталонов, которые по тем или иным причинам не могут быть непосредственно сличены друг с другом (например, находятся в различных ведомствах и их нельзя транспортировать). По метрологическому назначению эталоны сравнения относятся к вторичным эталонам. Примером эталона сравнения может служить нормальный элемент, используемый для сличения государственного эталона вольта с эталоном вольта Международного бюро мер и весов.

В зависимости от числа средств измерений, входящих в эталон, различают:

Групповые эталоны подразделяются на эталоны постоянного или переменного состава. Размер единицы, хранимой групповым эталоном, определяется как среднее арифметическое их значений, найденных с помощью отдельных мер или измерительных приборов, входящих в групповой эталон. Например, групповой эталон – вторичный эталон вольта – группа из 20 нормальных элементов.

Термин «образцовое средство измерений» заменен на «рабочий эталон», что сделано для гармонизации терминологии с международной.

Рабочие эталоны при необходимости подразделяются на разряды (первый, второй и последующий), определяющие порядок их соподчинения в соответствии с поверочной схемой. Для различных видов измерений устанавливается исходя из требований практики, различное число разрядов рабочих эталонов, определяемых стандартами на поверочные схемы для данного вида измерений. При этом от последнего рабочего эталона в этой цепочке размер единицы передается мерам или измерительным приборам. Схема соподчинения систем эталонов приведена на рис. 2.

УВТ часто используют в качестве государственных эталонов в соответствующих видах измерений.

Пример: международный прототип килограмма, хранимый в МБМВ, утвержден 1-й Генеральной конференцией по мерам и весам (ГКМВ).

По инициативе международных метрологических организаций в 1999 г. национальные метрологические институты большинства стран мирового сообщества – членов Метрической конвенции – подписали «Договоренность о взаимном признании национальных эталонов и сертификатов на измерения и калибровки, выдаваемых национальными метрологическими институтами», согласно которой степень эквивалентности национальных эталонов будет определяться на основе результатов их международных сличений (ключевые сличения) друг с другом. Ключевые сличения проводят под эгидой консультативных комитетов Международного комитета по мерам и весам и региональных метрологических организаций, что является юридической основой признания эквивалентности сличаемых эталонов и правильности измерений и сертификационных испытаний в странах, вступивших в конвенцию. Ключевые сличения и подготовка государственных эталонов требуют определенных затрат. Они оправданы, так как результаты сличений используют для подтверждения соответствия международному уровню проводимых в стране измерений, испытаний, сертификации и, в конечном итоге, качества выпускаемой продукции.

За последние годы получены высокие результаты точности и надежности эталонов, создаваемых на основе использования квантовых эффектов, что позволяет предположить возможность создания новых эталонов. Специалисты полагают, что квантовые эталоны можно будет считать «вечными мерами», так как способность воспроизведения единиц физических величин у таких эталонов не подвержена влиянию внешних условий, географического местонахождения и времени.

Число эталонов не является постоянным, а изменяется в зави­симости от потребностей экономики страны. Обычно прослеживается увеличение их числа во времени, что обусловлено постоянным разви­тием рабочих средств измерений.

Воспроизведение единицы физической величины – совокуп­ность операций по материализации единицы физической величины с помощью государственного первичного эталона.

Воспроизведение единицы путем создания фиксированной по размеру физической величины в соответствии с определением едини­цы является воспроизведением основной единицы. Оно осуществля­ется с помощью государственных первичных эталонов.

Нередко при поверке (или калибровке) измеряют одну и ту же физическую величину поверяемым средством измерения и эталоном с целью установления разности в их показаниях и введения поправки (в показания поверяемого средства измерений).

Воспроизведение единиц осуществляется двумя способами исходя из технико-экономических требований: централизованным или децентрализованным. Централизованным способом воспроизво­дят все основные единицы Международной системы единиц и боль­шую часть производных (ньютон, джоуль, паскаль, ом, вольт и др.) путем прямых сравнений с государственным эталоном. При этом обеспечивается высокий уровень точности поверки, требующий нали­чия специального оборудования, которое целесообразно создавать и использовать в нескольких местах. Децентрализованный способ при­меним к производным единицам ФВ, размер которых не может пере­даваться прямым сравнением с эталоном (например, единица площа­ди – м2), а воспроизводится при поверке мер косвенным методом из­мерений, что проще, чем их сравнение с эталоном, и обеспечивает необходимую точность (например, мера объема – м3). Иногда требуе­мую точность измерений можно обеспечить только при наличии спе­циально сконструированных измерительных установок – поверочных установок высшей точности.

В настоящее время эталонная база России имеет в своем составе 126 государственных эталона (57 первичных и 69 специальных), более 300 вторичных эталона, более 70 установок высшей точности, 52 военных эталона и около 100000 государствен­ных рабочих эталонов, а также около 75000 эталонов, принадлежащих юридическим лицам, аккредитованным на право поверки средств из­мерений.)

Каждому из государственных эталонов РФ присвоен номер по Государственному реестру, официальное наименование, диапазон измеряемых величин (или ее номинальное значение), а также имеются метрологические характеристики – среднее квадратическое отклонение (СКО) и неисключенная систематическая погрешность (НСП). Если для СКО и НСП указана размерность, то предельное значение соответствующей погрешности дано в абсолютной форме, если размерность не указана – то в относительной.