Эталоны единиц основных величин системы SI
В России с 1918 г. принята международная система единиц физических величин SI (International System of Units). В ней предусмотрены 7 основных единиц (метр, секунда, килограмм, Ампер, Кельвин, моль, кандела). Остальные единицы являются производными от основных единиц величин.
Эталонная база России в 2016 г. в своем составе насчитывала 166 первичных государственных эталонов и более 270 вторичных эталонов единиц физических величин. Из них во Всероссийском научно исследовательском институте метрологии имени Д.И. Менделеева (ВНИИМ, г. Санкт-Петербург) находятся 53 эталона (в их числе эталоны метра, килограмма, ампера, кельвина и радиана). Во Всероссийском научно исследовательском институте физико-технических и радиотехнических измерений (ВНИИФТРИ, п. Менделеево) хранятся 53 эталона, в том числе эталон единиц времени и частоты. Во Всероссийском научно-исследовательском институте оптико-физических измерений (ВНИИОФИ, г. Москва) находятся 23 эталонов, в том числе эталон канделы. В Уральском научно-исследовательском институте метрологии (УНИИМ, г. Екатеринбург) хранятся 8 государственных эталонов и в Сибирском научно-исследовательском институте метрологии (СНИИМ, г. Новосибирск) – 6 эталонов.
Воспроизведение единиц величин может быть централизованным (килограмм, воспроизводится только в одном месте – во французском г. Севре) и децентрализованным (остальные единицы, воспроизводятся в разных странах в соответствии с их определением).
|
|
|
Метр – единица длины
Метр – расстояние, проходимое в вакууме плоской электромагнитной волной за 1/299792458 секунды (1983 г.).
Эталон метра был в числе первых эталонов единиц физических величин. Первоначально в период введения метрической системы мер за первый эталон метра была принята одна десятимиллионная часть четверти длины Парижского меридиана. В 1799 г. на основе ее измерения изготовили эталон метра в виде платиновой концевой меры (метр Архива), представлявший собой линейку шириной около 25 мм, толщиной около 4 мм с расстоянием между концами 1 м.
До середины XX века проводились неоднократные уточнения принятого эталона. В 1889 г. был принят эталон в виде штриховой меры из сплава платины и иридия. Он представлял собой платиноиридиевый брусок длиной 102 см, имеющий в поперечном сечении форму буквы «X», как бы вписанную в воображаемый квадрат, сторона которого равна 20 мм.
Платиноиридиевый прототип метра не мог дать погрешность воспроизведения менее ±0,1 мкм. Дальнейшие исследования позволили создать более точный эталон метра, основанный на длине волны в вакууме монохроматического излучения, генерируемого стабилизированным лазером на основе газов
(He-Ne/CH4).
|
|
|
Эталон метразаконодательно закреплен в декабре 1985 г. после утверждения единого эталона длины-времени-частоты на основе константы скорости света в вакууме 299792458±0 м/с (постулировано «точно», прежнее значение скорости света на основе этих же эталонов метра и секунды было в интервале (299792458,0±1,2) м/с). Это стало возможным благодаря комплексу аппаратуры для переноса измерений частоты в радиочастотном эталоне времени на измерение частоты высокостабильных лазеров (в оптическом диапазоне). Комплекс называется «Радиооптический частотный мост» (РОЧМ). Погрешность эталона метра на сегодня ±5·10-13, прецизионность (СКО случайной погрешности)
1·10-12. Имеются предпосылки уменьшить погрешности эталона метра еще на два порядка [9].
Секунда – единица времени
Секунда равна 9 192 631 770 периодам излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133 (1967 г.).
Секунда впервые определялась через период вращения Земли вокруг оси или Солнца. До недавнего времени секунда равнялась 1/86400 части солнечных средних суток. Если умножить 60 с на 60 мин и на 24 часа, то получим число 86400 с. За средние солнечные сутки принимался интервал времени между двумя последовательными кульминациями «среднего» Солнца.
|
|
|
Однако продолжительные наблюдения показали, что вращение Земли подвержено нерегулярным колебаниям, которые не позволяют рассматривать его в качестве достаточно стабильной естественной основы для определения единицы времени. Средние солнечные сутки определяются с абсолютной погрешностью до ±10-7 с. Этот показатель точности совершенно недостаточен для современного уровня техники.
Новый эталон секунды основан на способности атомов к излучению и поглощению энергии во время перехода между двумя энергетическими состояниями в области радиочастот.
В основу эталона секунды была положена константа, соответствующая резонансной частоте энергетического перехода между уровнями сверхтонкой структуры основного состояния атома цезия-133 при отсутствии возмущения внешними полями.
Единый эталон длины времени и частоты воспроизводит интервалы времени в диапазоне от 10-10 до 10-8 с и частоту в диапазоне от 1 до 1014 Гц.
Воспроизведение единицы времени обеспечивается со средним квадратическим отклонением 1·10-16 за три месяца. Относительная систематическая погрешность не превышают ±5·10-16. Нестабильность частоты эталона за интервал времени от 1000 с до 10 суток не превышает 0,5·10-16.
|
|
|
Килограмм – единица массы
Килограмм – масса одного кубического дециметра чистой воды при температуре ее наибольшей плотности (+4 °С).
Данное определение эталона килограмма действует до сих пор. Изготовленный при этом первый прототип килограмма представляет собой платиноиридиевую цилиндрическую гирю высотой 39 мм, равной его диаметру. Килограмм равен массе международного эталона килограмма(принято в 1901 г.). Ранее этот эталон массы назывался эталоном веса. Номинальное значение массы, воспроизводимое международным эталоном, составляет ровно 1 кг.
Были изготовлены 42 одинаковых платиноиридиевых эталона килограмма и розданы всем заинтересованным государствам в качестве государственных эталонов.
России были переданы прототип № 12 (первичный эталон) и № 26 (вторичный эталон).
В состав российского первичного эталона единицы массы входит платиноиридиевая гиря с номинальным значением массы 1 кг, тогда как действительное значение ее массы составляет 1,000000087 кг, полученное в результате последнего сличения с международным эталоном килограмма, хранящимся в Международном Бюро Мер и Весов. С учетом поправки российский эталон килограмма сегодня обеспечивает воспроизведение единицы массы со средним квадратическим отклонением 2·10-9 кг (2 микрограмма). Эталон килограмма подвержен старению и он может быть утерян.
Российские эталонные весы с пределами взвешивания от 2·10-3 до 1 кг,
с помощью которых производится передача единицы массы от вторичного государственного эталона к рабочим эталонам массы, имеют среднее квадратическое отклонение абсолютной погрешности взвешивания от 5·10-10 до 3·10-8 кг.
Дата добавления: 2018-06-01; просмотров: 1252; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!