6.3 Научная основа обеспечения единства измерений

Научную основы обеспечения единства измерений (ОЕИ) составляют система единиц физических величин (ЕФВ) и эталонов.

Для обеспечения единства измерений необходима тождественность единиц, в которых проградуированы средства измерения одной и той же величины.

Высшим звеном в метрологической цепи измерений является эталон – это СИ, предназначенное для воспроизведения и хранения единицы ФВ с целью передачи ее размера нижестоящим по поверочной схеме другим средствам измерения и утвержденное в качестве эталона в установленном порядке.

Воспроизведение ЕФВ – совокупность операций по материализации ЕФВ с помощью государственного первичного эталона. Воспроизведение единицы метра – длина пути, проходимого светом за 1/299792458 доли секунды в условиях вакуума. Передача размера единицы – приведение размера ЕФВ, хранимой поверяемым средством измерений, к размеру единицы, воспроизводимой или хранимой эталоном, осуществляемое при их поверке (калибровке). Нередко при поверке измеряют одну и ту же ФВ поверяемым СИ и эталоном с целью установления разницы в их показаниях и введения поправки. Размер единицы передают сверху вниз в соответствии с числом ступеней передачи, установленным поверочной схемой. Хранение единицы – совокупность операций, обеспечивающих неизменность во времени размера единицы, присущего данному СИ.

Эталоны бывают: первичные, вторичные и рабочие.

Первичный эталон – СИ воспроизводящее размер величины с наивысшей точностью, возможной в данной области измерений на современном уровне научно-технического достижения. Первичные эталоны составляют основу государственной системы обеспечения единства измерений, они могут быть международными и национальными. Международный эталон принимается по международному соглашению в качестве международной основы для согласования с ним размера единиц, воспроизводимых и хранимых национальными эталонами. Международный эталон хранится в Международным бюро мер и весов (МБМВ). Национальный эталон принимается официальным решением в качестве исходного для страны. Термин национального эталона совпадает с понятием государственного эталона

Важнейшей деятельностью МБМВ является сличение национальных эталонов и международным. Установлен определенный период между сличениями: например метра и килограмма – раз в 25 лет, электрические и световые эталоны – один раз в 3 года.

Самыми первыми официальными эталонами были прототипы метра и килограмма, изготовленные во Франции, которые в 1799 г. были переданы на хранение в Национальный архив Франции, поэтому их стали назвать «метр-архив» и «килограмм Архив». С 1872 г килограмм стал определяться как равный массе “ кг Архива”. Это платиновая цилиндрическая гиря высотой и диаметром 39 мм. Вторичный эталон – платиноиридиевая гиря. За 100 лет были попытки создать эталон кг на основе фундаментальных физических констант масс различных атомных частиц (протон, электрона),но пока не удается воспроизводить массу кг с меньшей погрешностью (1,0000000877 кг)

За эталон метра в 1791 г был принят эталон, равный одной десятимиллионной части четверти дуги парижского меридиана, который в 1837 г. пришлось пересмотреть. Французские ученые установили, что в четверти меридиана содержится не 10 млн., а 10 млн. 856 метров. Ученые Петербургской академии наук в 1872 г предложили создать международную комиссию о внесении изменений в эталон метра. В 1889 г был принят новый эталон метра, который был изготовлен из платино-иридиевого сплава, погрешность которого была 1,1 10⁷ м, в начале 20 века эта погрешность оценивалась как неудовлетворительная. В 1983 г. было принято новое определение метра: расстояние, проходимое светом в вакууме за 1/299792458 долю секунды.

Первичному эталону соподчиняются вторичные и рабочие.

Вторичный эталон – эталон получающий размер единицы непосредственно от первичного эталона данной единицы. Вторичные эталоны являются частью подчиненных средств хранения единиц и передачи их размеров, создаются и утверждаются в тех случаях, когда это необходимо для проведения поверочных работ, а также для обеспечения сохранности и меньшего износа государственного эталона.

Рабочие эталоны предназначены для передачи размера единицы рабочим СИ. Термин рабочие эталон заменил термин образцовое СИ (ОСИ), что сделано с целью приближения терминологии к международной. При необходимости рабочие эталоны могут подразделяться на разряды, как это было принято для ОСИ. Рабочие эталоны воспринимают размер величины от вторичных эталонов и передают его менее точному рабочему эталону (более низкого разряда) или рабочим средствам измерения.

Совокупность государственных первичных и вторичных эталонов составляет эталонную базу страны, которая является основой обеспечения единства измерений в стране. В настоящее время эталонная база России насчитывает 120 государственных эталонов, 76 установок высшей точности, 2500000 рабочих эталонов и средств испытаний, 8127 типов стандартных образцов. Эталонная база России в настоящее время не только полностью заменила эталонную базу СССР, но во многих областях измерений превзошла ее по точности. Ежегодная технико-экономическая эф­фективность от внедрения только части государственных эталонов (примерно 60% от общего числа) и только в ряде отраслей народного хозяйства составляет 130 мил­лионов долларов. Многочисленные международные сличения подтвердили высокий уровень российской эталонной базы. Эта база обеспечивает вступление России в ВТО в части присоединения к Соглашению по техническим барьерам в торговли.