Эталоны единиц физических величин

Эталон – средство измерений (или их комплекс), 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 устанавливают СТ.РК 2.3-01 «ГСИ. РК. Эталоны физических величин. Основные положения».

Перечень эталонов не повторяет перечня принятых ФВ. Для ряда единиц эталоны не создаются. Это происходит в том случае, когда нет возможности непосредственно сравнивать соответствующие ФВ. Например, нет необходимости в эталоне площади, так как она не поддается непосредственному сравнению. Не создаются эталоны и тогда, когда единица ФВ воспроизводится с достаточной точностью на основе сравнительно простых средств измерений других ФВ.

Конструкция эталона, его физические свойства и способ воспроизведения единицы определяются природой ФВ, единица которой воспроизводится, и уровнем развития измерительной техники в данной области измерений. Эталон должен обладать по крайней мере тремя тесно связанными друг с другом признаками: неизменностью, воспроизводимостью и сличаемостью.

Неизменность – свойство эталона удерживать неизменным размер воспроизводимой им единицы в течении длительного интервала времени, а все изменения, зависящая от внешних условий, должны быть строго определенными функциями величин, доступных точному измерению. Реализация этих требований привела к идее создания «естественных эталонов» различных величин, основанных на естественных физических постоянных.

Воспроизводимость – возможность воспроизведения единицы ФВ (на основе ее теоретического определения) с наименьшей погрешностью для данного уровня развития измерительной техники. Это достигается путем постоянного исследования эталона в целях определения систематических погрешностей и их исключения введением соответствующих поправок.

Сличаемость – возможность обеспечения с эталоном других средств измерения, нижестоящих по поверочной схеме, и в первую очередь вторичных эталонов с наивысшей точностью для данного уровня развития 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 при проведении сличений.

Различают следующие виды эталонов:

· Первичный – обеспечивает воспроизведение и хранение единицы с наивысшей единицы в стране (по сравнению с другими эталонами той же величины) с наивысшей точностью. Первичные эталоны - это уникальные СИ, часто представляющие собой сложнейшие измерительные комплексы, созданные с учетом новейших достижений науки и техники. Они составляют основу ГСИ.

· Государственный – первичный эталон, признанный решением уполномоченного на то Государственного органа в качестве исходного на территории государства. Государственные эталоны (ГЭ) создаются, хранятся и применяются центральными метрологическими научными институтами страны, а утверждаются Госстандартом. Точность воспроизведения единицы должна соответствовать уровню лучших мировых достижений и удовлетворять потребностям науки и техники. В состав ГЭ включаются СИ, с помощью которых воспроизводят и (или) хранят единицу ФВ, контролируют условия измерений и неизменность размера единицы, осуществляют его передачу.

· Национальный – эталон, признанный официальным решением служить в качестве исходного для страны.

· Международный – эталон, принятый по международному соглашению в качестве международной основы для согласования с ним размеров единиц, воспроизводимых и хранимых национальными эталонами.

· Вторичный – хранит размер единицы, полученный путем сличения с первичным эталоном соответствующей ФВ. Вторичные эталоны являются частью подчиненных средств хранения единиц и передачи их размеров, создаются, когда это необходимо для организации поверочных работ, а также обеспечения наименьшего износа ГЭ. В состав вторичных эталонов включаются СИ, с помощью которых хранят единицу ФВ, контролируют условия ее хранения и передают размер единицы.

По своему метрологическому назначению вторичные эталоны делятся на следующие:

· Эталон-копия – предназначен для передачи размера единицы рабочим эталонам. Он создается в случае большого числа поверочных работ с целью предохранения первичного или специального эталона от преждевременного износа. Эталон-копия представляет собой копию ГЭ только по метрологическому назначению и не всегда является его физической копией.

· Эталон сравнения – применяется для сличения эталонов, которые по тем или иным причинам не могут быть непосредственно сличаемы друг с другом.

· Эталон-свидетель – предназначен для проверки сохранности и неизменности ГЭ и замены его в случае порчи или утраты. В настоящее время только эталон килограмма имеет эталон-свидетель. Его основное назначение – обеспечивать возможность контролировать постоянство основного эталона.

· Рабочий эталон¹ – применяется для передачи размера единицы рабочим СИ с целью обеспечения их точности. Рабочие эталоны применяются во многих территориальных метрологических органах, возглавляя соответствующие локальные поверочные схемы.

При необходимости рабочие эталоны подразделяются на разряды – 1, 2 и т.д., определяющие порядок их соподчинения в соответствии с поверочной схемой. Для разных видов измерений число разрядов, исходя из требований практики, различное и определяется стандартами на поверочные схемы для данного вида измерений.

В Казахстане технической основой обеспечения единства измерений является эталонная база единиц физических величин. Уровень развития эталонной базы в конечном итоге определяет уровень всех измерений в стране, ибо именно эталоны создают объективную предпосылку для получения достоверной и точной информации, для сопоставления результатов измерений, то есть для решения главной и практической задачи метрологии – обеспечения единства измерений.

Эталонная база страны является сложнейшим научно-техническим комплексом, представляющим собой совокупность государственных первичных и вторичных эталонов, а также исходных для страны установок высшей точности для воспроизведения и хранения единиц физических величин (массы, длины, давления и др.) с целью передачи их размеров рабочим средствам измерений предприятий, учреждений, организаций и граждан – субъектов предпринимательской деятельности путем сличения, поверки и калибровки.

На сегодня, эталонная база республики включает 19 государственных эталонов и более 2000 единиц образцовых средств измерений 1-го разряда (Таблица).

Единица времени – секунда – одна из основных физических величин, составляющих международную систему единиц СИ и ее размер воспроизводится с наивысшей точностью. Измерение единиц – это наиболее массовые измерения, поскольку все, что происходит в природе и обществе – происходит во времени. Нарушения в области измерения времени приведет к нарушениям в жизни страны, начиная с часофикации и работы всех видов транспорта до работы всех видов навигационных систем и систем связи.

Служба времени страны, как непрерывно действующая и самая высокоточная техническая система, необходима для многих фундаментальных исследований и технического прогресса в навигации, связи, космической деятельности, геодезии картографии, геодинамике. Создание национальной службы единого времени и частоты является одним из обязательных условий достижения реального суверенитета и независимости государства, укрепления его обороноспособности.

Таблица

Государственные эталоны единиц величин Республики Казахстан

Вместе с тем, повышение требований к точности измерений времени и частоты уже сегодня диктуется внедрением новых технологий, стремительным развитием телекоммуникационных систем Казахстана. Вхождение этих систем в глобальную информационную инфраструктуру требует жесткой синхронизации работы аппаратуры передачи и приема сигналов, что повлечет установку большого количества стандартов частоты, которые в свою очередь должны быть аттестованы и синхронизированы с национальными эталонами времени и частоты.

Постановлением Правительства Республики Казахстан от 7 марта 2000 года № 367 «О Плане мероприятий по реализации Программы действий Правительства Республики Казахстан на 2000-2002 годы» Министерству энергетики, индустрии и торговли Республики Казахстан поручено создать республиканскую (Государственную) службу времени и частоты, что исполнено в декабре 2000 года.