3-2. ЭТАЛОНЫ ЕДИНИЦ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН

Эталоны единиц физических величин — средства измерений (или комплексы средств измерений), обеспечивающие воспроизведение и (или) хранение единиц с целью передачи их размеров рабочим средствам измерений. Передача размеров единиц осуществляется с помощью поверочных схем (см. § 3-3).

В настоящее время в стране действует примерно 130 эталонов единиц физических величин. Эталоны единиц классифицируют по ряду признаков. Соответственно делению физических величин различают эталоны основных и производных единиц, а по точности воспроизведения единиц и подчиненности — первичные (исходные) и вторичные.

Первичные эталоны воспроизводят и (или) хранят единицы и передают их размеры с наивысшей точностью, достижимой в данной области измерений. Разновидностью первичных эталонов язляются специальные эталоны, предназначенные для воспроизведения единиц в установленных особых условиях (сверхвысокие частоты, малые и большие энергии, давления, температуры и т.п.). Первичные и специальные эталоны, официально утвержденные в качестве исходных для страны, называют государственными, на каждый из них утверждают государственный стандарт.

К вторичным эталонам относят эталоны-копии, эталоны сравнения и рабочие эталоны. Эталоны-копии предназначены для передачи размера единицы рабочим эталонам, которые служат для поверки образцовых и наиболее точных рабочих средств измерений. Эталоны сравнения предназначены для взаимного сличения эталонов, которые не могут быть непосредственно сличены друг с другом.

По своему составу эталоны могут быть одиночные и групповые. Одиночный эталон представляет собой одну меру (прибор или установку), а групповой эталон состоит из однотипных мер (измерительных устройств), воспроизводящих размер единицы в виде среднего арифметического результатов воспроизведения каждым из элементов этой совокупности.

Кроме национальных эталонов, имеются международные эталоны, принадлежащие группе стран и предназначенные для поддержания единства измерений в международном масштабе путем периодического сличения национальных эталонов с международным и между собой.

Государственный первичный эталон единицы массы — килограмма состоит из национального прототипа килограмма (гири из платиново-иридиевого сплава) и эталонных весов, предназначенных для передачи размера единицы массы вторичным эталонам. Среднее квадратическое отклонение относительной погрешности воспроизведения эталоном единицы массы равно

В настоящее время ведутся работы по созданию «естественного» эталона единицы массы, например, используя счет числа молекул.

Государственный первичный эталон единиц длины — комплекс средств, воспроизводящих метр в виде 1650763,73 длин волн излучения в вакууме, соответствующего переходу между определенными уровнями атома криптона-86. Эталон обеспечивает воспроизведение метра с относительным средним квадратическим отклонением результата измерений, не превышающим

Государственный первичный эталон единицы времени — комплекс средств, воспроизводящих секунду в виде 192 631 770

периодов колебаний электромагнитного излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133. Этот эталон является также эталоном единицы частоты — герца. Он обеспечивает воспроизведение единиц с относительным средним квадратическим отклонением результата измерений, не превышающим при неисключенной относительной систематической погрешности, не превышающей

Появление высокостабильных лазеров позволило осуществить согласованное определение метра и секунды на основе одной линии излучения. В связи с этим в 1983 г. XVII Генеральной конференцией по мерам и весам принято решение о новом определении метра, в соответствии с которым метр определен как длина пути, проходимого светом за долю секунды. В настоящее время ведутся работы по созданию единого эталона единиц времени, частоты и длины. При этом используется фундаментальная зависимость где — путь, проходимый излучением; — скорость света (излучения); — время.

Государственный первичный эталон единицы силы постоянного электрического тока — ампера — это комплекс средств, в состав которых входят токовые весы. В токовых весах, представляющих собой рычажные равноплечие весы, с одной стороны на коромысло действует сила взаимодействия двух соленоидов, обтекаемых постоянным током, а с другой стороны — гиря известной массы. При равновесии весоц сила тока определяется через массу гири, ускорение свободного падения в месте расположения весов и постоянную электродинамической системы (двух соленоидов), зависящую от формы и размеров соленоидов, диаметра сечения провода соленоидов, значения относительной магнитной проницаемости среды и т. д.). Таким образом, ампер воспроизводится через основные единицы — метр, килограмм и секунду. Эталон воспроизводит размер ампера с относительным средним квадратическим отклонением результата измерений, не превышающим 4 10—6, при относительной систематической погрешности, не превышающей

Для поддержания единства измерений можно ограничиться созданием эталонов только основных величин. Однако для облегчения выполнения этой задачи созданы эталоны производных единиц. Рассмотрим некоторые эталоны производных единиц электрических величин.

В состав государственного эталона вольта входят: мера напряжения на основе эффекта Джозефсона (возникновение напряжения между разделенными тонким слоем диэлектрика двумя сверхпроводниками в высокочастотном электромагнитном поле);

группа насыщенных нормальных элементов (см. § 5-1) для хранения размера единицы, компенсатор постоянного тока для сличения нормальных элементов. Эталон воспроизводит размер вольта с относительным средним квадратическим отклонением результата измерения, не превышающим при относительной неисключенной систематической погрешности, не превышающей

Государственный эталон единицы сопротивления воспроизводит ом с помощью 10 манганиновых катушек сопротивления с относительным средним квадратическим отклонением результата измерений, не превышающим при неисключенной относительной систематической погрешности, не превышающей

Государственный эталон единицы емкости воспроизводит фарад с помощью конденсатора с относительным средним квадратическим отклонением результата измерений, не превышающим , при неисключенной относительной систематической погрешности, непревышающей

Государственный эталон единицы индуктивности воспроизводит генри с помощью четырех катушек индуктивности с относительным средним квадратическим отклонением результата измерений, не превышающим при неисключенной относительного систематической погрешности, не превышающей