Эталоны физических величин

Для обеспечения единства измерений необходимым усло­вием является тождественность единиц, в которых проградуированы все средства измерений одной и той же ФВ. Это достигается путем точного воспроизведения и хранения установленных единиц ФВ и пере­дачи их размеров СИ посредством эталонов и образцовых СИ.

Эталон единиц ФВ - СИ (или комплекс СИ), предназна­ченное для воспроизведения и (или) хранения единицы и переда­чи ее размера нижестоящим по поверочной схеме СИ и утверж­денное в качестве эталона в установленном порядке.

Классифика­ция, назначение и общие требования к созданию, хранению и применению эталонов устанавливает ГОСТ 8.057-80 «Эталоны единиц физических величин». Конструкция эталона, его свойства и способ воспроизведения единицы определяются природой данной ФВ и уровнем развития измерительной техни­ки в данной области измерений.

Эталон должен обладать, по крайней мере, тремя взаимосвязанными свойствами:

Неизменностъ — свойство эталона удерживать неизменным размер воспроизводимой им единицы в течение длительного ин­тервала времени.

Воспроизводимость — возможность воспроизведения единицы ФВ (на основе ее теоретического определения) с наименьшей погрешностью для существующего уровня развития измеритель ной техники.

Сличаемость — возможность сличения с эталоном других СИ нижестоящих по поверочной схеме с наивысшей точностью для существующей техники измерения. Это свойство предполагает, что эталоны по своему устройству и действию не вносят каких-либо искажений в резуль­таты сличений и сами не претерпевают изменений в результате сличений.

Поскольку число рабочих СИ по каждому из видов измерений достигает сотен тысяч и даже миллионов экземпляров (например, термометры, манометры), то передача размеров единиц величин осуществляется при помощи развернутой (многоступенчатой) системы эталонов. Различают следующие виды эталонов.

Первичный эталон – эталон, воспроизводящий единицу ФВ с наивысшей точностью, возможной в данной области измерений на современном уровне научно-технических достижений. Первичный эталон может быть национальным (государственным) и международным.

Государственный первичный эталон – государственный эталон единицы ФВ, обеспечивающий воспроизведение, хранение и передачу единицы ФВ с наивысшей в РФ точностью, утверждаемый в этом качестве в установленном порядке и применяемый в качестве исходного на территории РФ.

Международные первичные эталоны принимаются по международному соглашению в качестве международной основы для согласования с ними размеров единиц, воспроизводимых и хранимых национальными эталонами.

Первичному эталону соподчинены вторичные и рабочие эталоны.

Вторичные эталоны получают размер единицы путём сличения с первичыми эталонами рассматриваемой единицы.

Вторичные эталоны по метрологическому назначению делятся на эталоны-свидетели, эталоны-копии, эталоны сравнения и рабочие эталоны.

Эталон-свидетель – предназначен для проверки сохранности и неизмен- ности государственного первичного эталона и замены его в случае порчи или утраты. В настоящее время только эталон килограмма имеет эталон-свидетель. Его основные назначения – обеспечить возможность контроля постоянства основного эталона.

Эталон сравнения – вторичный эталон, применяемый для сличения эталонов, которые по тем или иным причинам не могут быть непосредственно сличаемы друг с другом. Примером эталона сравнения может служить нормальный элемент, используемый для сличения государственного эталона Вольта с эталоном Вольта международного бюро мер и весов.

Эталон-копия – вторичный эталон, предназначенный для передачи размеров единиц рабочим эталонам. Эталон-копия представляет собой копию государственного эталона только по метрологическому назначению, не всегда является его физической копией.

Рабочие эталоны воспринимают размер единицы от вторичных эталонов и, в свою очередь, служат для передачи размера менее точному рабочему эталону и рабочим средствам измерений, предназначенным для измерений, не связанных с передачей размера единицы другим средствам измерений

Воспроизведение единицы ФВ – это совокупность операций по материализации единицы ФВ с наивысшей в стране точностью с помощью государственного первичного эталона.

Хранение единицы ФВ – совокупность операций, обеспечивающих неизменность во времени размера единицы ФВ, присущего данному СИ.

В основе обеспечения единообразия СИ лежит система передачи размера единицы измеряемой ФВ.

Передача размера единицы представляет собой приведение размера единицы, хранимой СИ, к размеру единицы, воспроизводимой и хранимой эталоном.

Этот процесс осуществляется при поверке или калибровке СИ.

Калибровкой называют совокупность операций, устанавливающих соотношение между значением величины, полученным с помощью данного СИ и соответствующим значением величины, определенным с помощью эталона с целью определения действительных значений метрологических характеристик этого средства измерений.

Поверка СИ –это операции подтверждения соответствия СИ метрологическим требованиям.

Передача размера единицы осуществляется через цепочку соподчиненных по разрядам рабочих эталонов, при этом от последнего рабочего эталона в этой цепочке размер единицы передают рабочему средству измерений. Размер единицы передается «сверху вниз» – от более точных средств измерений к менее точным. От государственного эталона единица величины передается рабочим эталонам, а от них – рабочим средствам измерений (рис.1).

Рис. 1. Схематическое изображение системы передачи размера единицы ФВ

Иногда при ответе на вопрос, чем отличаются рабочие эталоны от рабочих СИ, можно услышать от студента, что рабочие СИ обладают меньшей точностью по сравнению с рабочими эталонами. Данное утверждение неверно, так как главное отличие рабочих эталонов от рабочих СИ заключается в том, что рабочие эталоны используются для передачи размера единиц измерений (т.е. для поверки или калибровки приборов), а рабочие СИ используются непосредственно в обычных измерениях. Что же касается соотношения точности этих средств измерений, то рабочие средства измерений высшей точности и рабочие эталоны второго разряда обладают примерно одинаковой точностью, а рабочие средства измерений высокой точности обладают большей точностью, чем, например, рабочие эталоны пятого или четвёртого разрядов.

Показанная на рис. 1. метрологическая цепь передачи размеров используется лишь для нескольких физических ве­личин. В других случаях число ступеней в иерархии может быть существенно меньшим. Это число и порядок передачи размера для каждой конкретной физической величины фик­сируются в поверочных схемах. Отметим, что во многих случаях корректная цепь передачи размеров вообще не может быть построена. Так обстоит дело, в частности, с количественным химическим анализом (КХА), который пред­ставляет собой весьма специфический вид измерений.