 |
Эталоны единиц физических величин и эталонные средства измерений
|
|
|
|
Размеры единиц воспроизводятся, хранятся и передаются с помощью эталонов. Эталоны представляют собой средства измерений, предназначенные для хранения и воспроизведения физической величины определенного размера (одного размера или ряда размеров). В РМГ 29–99 дано следующее определение эталона: средство измерений (или комплекс средств измерений), предназначенное для воспроизведения и (или) хранения единицы и передачи ее размера нижестоящим по поверочной схеме средствам измерений и утвержденное в качестве эталона в установленном порядке.
Там же сказано, что эталон должен обладать «неизменностью, воспроизводимостью и сличаемостью». Фактическими требованиями к эталону являются:
· особо высокая точность воспроизведения единицы;
· воспроизведение единицы в форме, удобной для передачи другому средству измерений и для сопоставления с другим эталоном;
· стабильность хранения единицы в течение длительного времени;
· «неуничтожимость».
Последнее требование не имеет столь абсолютного характера как предыдущие, что подтверждает пример международного эталона килограмма.
Высокая точность воспроизведения единицы эталоном обеспечивается использованием для его создания высших научно-технических достижений. С этим связаны постоянный поиск возможностей более точного воспроизведения единицы и замена эталонов при получении качественно новых результатов.
В зависимости от точности эталонов и системы передачи единиц их делят на первичные и вторичные.
Первичный эталон – эталон, обеспечивающий воспроизведение единицы с наивысшей в стране (по сравнению с другими эталонами той же единицы) точностью.
Наряду с термином «первичный эталон» применяют понятие исходный эталон – эталон, обладающий наивысшими метрологическими свойствами (в системе субъекта хозяйствования, объединения, в стране), от которого передают размер единицы подчиненным эталонам и другим средствам измерений. Исходным эталоном для субъекта хозяйствования или объединения субъектов может быть вторичный или рабочий эталон, а также менее точное эталонное средство измерений.
|
|
|
Исходным эталоном в стране, как правило, является первичный эталон. Эталон, признанный в установленном порядке исходным для страны, называют национальным или государственным первичным эталоном (государственным эталоном). Термин «национальный эталон» обычно применяют при сличении эталонов разных стран, или эталона некоторого государства с международным эталоном. Государственные эталоны обычно хранятся в организациях Госстандарта (например, в метрологических научно-исследовательских институтах).
Международный эталон – эталон, принятый по международному соглашению в качестве международной основы для согласования с ним размеров единиц, воспроизводимых и хранимых национальными эталонами. Международные эталоны единиц физических величин хранятся в Международном бюро мер и весов (МБМВ).
Пример самого «долгоживущего» международного эталона – Международный прототип килограмма, который был утвержден 1-й Генеральной конференцией по мерам и весам (ГКМВ) в 1889 году.
Вторичный эталон – эталон, получающий размер единицы непосредственно от первичного эталона данной единицы. Вторичные эталоны нашли широкое распространение в метрологической практике. Они создаются (при необходимости) для обеспечения сохранности и наименьшего износа государственного эталона, в том числе и при сопоставлении с международными и другими национальными эталонами, и для лучшей организации поверочных работ.
|
|
|
По метрологическому назначению вторичные эталоны делятся на эталоны сравнения и рабочие эталоны. Кроме того, в метрологической литературе встречаются такие понятия, как эталон-свидетель, эталон-копия и специальный эталон.
Эталон сравнения применяют для сличения эталонов, которые не могут быть сличены непосредственно друг с другом, например, из-за нетранспортабельности эталонной установки (первичного эталона).
Рабочий эталон – вторичный эталон, применяемый для передачи размера единицы эталонным (образцовым) средствам измерений высшей точности и при необходимости наиболее точным рабочим средствам измерений.
Термин «рабочий эталон» с введением РМГ 29 распространяется не только на собственно вторичный эталон, он должен также заменить ранее использовавшийся термин «образцовое средство измерений». Цель замены – упорядочение терминологии для сближения ее с международной. Передачу размера единицы эталонным (образцовым) и рабочим средствам измерений осуществляют через цепочку соподчиненных по разрядам рабочих эталонов.
Эталон-свидетель предназначен для проверки сохранности государственного эталона и для замены его в случае порчи или утраты.
Эталон-копия представляет собой вторичный эталон, предназначенный для передачи размеров единиц от государственного эталона рабочим эталонам. Он часто не является физической копией первичного эталона, поскольку его главная функция – передача размера единицы. Например, передачу размера единицы от меры к мере удобнее осуществлять с помощью прибора сравнения (компаратора), а передавать единицу от прибора к прибору удобнее с помощью меры.
Специальный эталон разрабатывается в случае необходимости воспроизведения единицы в особых условиях. В метрологической литературе специальные эталоны относят к первичным эталонам.
Соподчиненность эталонов можно представить в виде схемы (рисунок 13.1).
Теоретически для воспроизведения всех единиц некоторой системы единиц физических величин достаточно воспроизвести с помощью эталонов только основные единицы этой системы. Однако фактически эталоны широко используют как для воспроизведения основных единиц физических величин системы, так и для воспроизведения ряда производных единиц, например, эталоны единиц электрических величин: ЭДС, сопротивления, емкости, индуктивности и др. При создании эталонов производных единиц обеспечивается их связь с эталонами основных единиц. Эталоны производных единиц в ряде случаев обеспечивают повышение точности, с которой размеры этих единиц воспроизводятся и передаются нижестоящим средствам измерений, по сравнению с точностью косвенного воспроизведения тех же единиц через основные.
|
|
|
| Государственный (национальный) эталон |
| эталон сравнения |
| эталон-копия |
| рабочий эталон |
| эталон-свидетель |
| Международный эталон |
| Национальный эталон другого государства |
| Рисунок 13.1 – Схема соподчиненности эталонов |
Совокупность государственных первичных и вторичных эталонов, являющаяся основой обеспечения единства измерений в стране, составляют эталонную базу страны. Число эталонов, входящих в эталонную базу, изменяется в зависимости от потребностей промышленности, научных и технологических возможностей. Обычно число эталонов со временем увеличивается, что связано с постоянным развитием средств измерений. Воспроизведение основных единиц Международной системы (SI) должно осуществляться с помощью государственных эталонов.
Конструкция эталона, его свойства и способ воспроизведения единицы определяются природой данной физической величины и уровнем развития измерительной техники в данной области. Для воспроизведения эталонных значений физической величины изготавливают и применяют одиночные и групповые эталоны, а также эталонные наборы.
Одиночный эталон – эталон, в составе которого имеется одно средство измерений (мера, измерительный прибор, эталонная установка) для воспроизведения и (или) хранения единицы.
Групповой эталон – эталон, в состав которого входит совокупность средств измерений одного типа, номинального значения или диапазона измерений, применяемых совместно для повышения точности воспроизведения единицы или ее хранения.
Эталонный набор – эталон, состоящий из совокупности средств измерений, позволяющих воспроизводить и (или) хранить единицу в диапазоне, представляющем объединение диапазонов указанных средств.
|
|
|
Примечание – Эталонные наборы создаются в тех случаях, когда необходимо охватить определенную область значений физической величины.
Пример – Эталонные разновесы (наборы эталонных гирь) и эталонные наборы ареометров.
Если воспроизведение величины для всего необходимого диапазона одним первичным эталоном технически нецелесообразно, создают несколько первичных эталонов, охватывающих части диапазона с тем, чтобы в итоге был охвачен весь диапазон. Очевидно, что комплекс таких средств измерений воспроизводит не одну единицу, а ряд единиц (дольных или кратных базовой) в некотором выбранном диапазоне. В этом случае возникает задача согласования размеров единиц, воспроизводимых разными первичными эталонами.
При необходимости создают также эталонные установки – измерительные установки, входящие в состав эталона, который может включать несколько эталонных установок. Например, в состав российского государственного первичного эталона единицы активности радионуклидов входит шесть эталонных установок.
Эталоны используют для хранения единицы физической величины под которым понимают совокупность операций, обеспечивающих неизменность во времени размера единицы, присущего данному средству измерений. Хранение единицы величины, очевидно, подразумевает хранение эталона – выполнение всех мероприятий, необходимых для поддержания метрологических характеристик эталона в установленных пределах.
Хранение первичного эталона сопряжено с выполнением ряда исследований, включающих оценку стабильности размера и сличение эталона с национальными эталонами других стран с целью повышения точности воспроизведения единицы и совершенствования методов передачи ее размера. Хранение государственных эталонов поручают специальной категории должностных лиц – ученым хранителям государственных эталонов, назначаемых из числа ведущих в данной области специалистов-метрологов. Ученый хранитель государственного эталона – должностное лицо государственного научного метрологического центра, несущее ответственность за правильное хранение и применение государственного эталона и его совершенствование.
Эталон единицы физической величины утверждают в установленном порядке, и после реализации эталона в виде технического устройства размер единицы от эталона передают средствам измерений, имеющим более низкую точность. Поскольку в большинстве случаев передача единицы непосредственно от первичного эталона всем средствам измерений, входящим в сферу государственного метрологического надзора, физически невозможна, специально для передачи единицы используют эталонные средства измерений.
|
|
|
Единицу передают от государственного эталона вторичным эталонам, а затем и иным эталонным средствам измерений. От более точных эталонных средств измерений единицу передают менее точным эталонным средствам измерений или рабочим средствам измерений.
Различия между эталонными и рабочими средствами измерений заключаются в том, что эталонные средства измерений официально утверждаются в этом статусе после проведения соответствующих метрологических мероприятий. Эталонные средства измерений должны использоваться только для передачи единицы другим средствам измерений.
Передачу единицы другим средствам измерений осуществляют в ходе поверки или калибровки.
Ранее эталонные средства измерений (рабочие эталоны первого и более низких разрядов) называли «образцовыми средствами измерений», это наименование и сейчас встречается в метрологической литературе и в значительной части стандартов на поверочные схемы и поверку СИ.
В приложении представлен доклад директора БелГИМ, а отдельным файлом – презентация эталонов Республики Беларусь.
МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ
«МЕТРОЛОГИЯ И МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ», МИНСК 2007
ЖАГОРА Н.А.
Белорусский государственный институт метрологии, г.Минск, Беларусь
РАЗВИТИЕ ЭТАЛОННОЙ БАЗЫ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
Показана эффективность разработок, выполненных в рамках Государственной научно-технической программы «Эталоны Беларуси» 2001-2005 гг. Приведены характеристики созданных в рамках программы эталонов, эталонных комплексов, стандартных образцов. Кратко охарактеризована подпрограмма «Эталоны Беларуси» на 2006-2010 гг.
В 2001 году постановлением Совета Министров Республики Беларусь утверждена ГНТП "Эталоны Беларуси" со сроками выполнения: 2001 – 2005 г.г Основными целями программы стали:
· обеспечение единства измерений;
· совершенствование национальной эталонной базы;
· повышение конкурентоспособности продукции отечественных изготовителей;
· повышение точности учета сырья, материалов, энергии, продукции;
· обеспечение взаимного доверия к результатам измерений;
· освоение новых перспективных видов продукции приборостроения, машиностроения, радиоэлектроники.
Всего в программу вошло 21 задание.
В результате выполнения программы созданы:
· по десяти заданиям – эталоны, из них два эталона (задания 1.1 и Н 1.1) объединены, итого – 9 эталонов;
· по семи заданиям – эталонное оборудование;
· по трем заданиям разработаны и произведены стандартные образцы (12 типов);
· по двум заданиям выполнены работы научно-методического направления.
Эффективность разработок, выполненных в рамках программы (подпрограммы) "Эталоны Беларуси" выражается, в первую очередь, в сохранении экономической независимости Беларуси, т.е. создании таких условий, когда точность используемых эталонов позволит обеспечить поддержание точности имеющегося парка измерительного оборудования без использования эталонной базы других стран. При этом эффективность создания эталонов, в основном, оценивается суммой средств, сэкономленных организациями республики за счет поверки или калибровки собственных средств измерений на территории Беларуси и сэкономленными средствами при расчетах за поставляемые энергоносители и сырье за счет повышения точности измерений.
Другими показателями эффективности, которые сложно оценить в денежном выражении, являются:
· повышение научно-технического потенциала республики в области создания высокоточных средств измерений и новых методов измерений;
· возможность перехода на новые, более эффективные технологические процессы за счет применения повышенных норм точности при производстве и контроле производимой продукции;
· повышение надежности результатов экологического контроля, диагностики здоровья населения и др.
Характеристики созданных эталонов приведены ниже.
|
|
|
