Общие понятия об эталонах

Для обеспечения единства измерений необходима тождественность единиц, в которых проградуированы все средства измерений одной и той же физической величины. Единство измерений достигается путем точного воспроизведения и хранения установленных единиц физических величин и передачи их размеров применяемым средствам измерения.

Высшим звеном в метрологической цепи передачи размеров единиц измерений являются эталоны.

Эталон представляет собой средство измерений (или комплекс средств измерений), обеспечивающее воспроизведение и хранение единицы физической величины (или одну из этих функций) с целью передачи ее размеров нижестоящим по поверочной схеме средствам измерений, выполненное по особой спецификации и официально утвержденное в установленном порядке.

Создание или усовершенствование эталонов представляет собой работу исключительно сложную по точности, кропотливости и трудоемкости. Требования к точности исходного размера единицы непрерывно повышаются, и это заставляет непрерывно совершенствовать эталоны. Успехи в развитии фундаментальных наук, и прежде всего физики и химии, позволяют создавать эталоны, основанные на новых принципах. Например, использование в указанных целях молекулярных, атомарных и ядерных процессов.

Воспроизведение единицы осуществляют на эталонной установке по особой, строго регламентированной спецификации. В принципе воспроизведение может быть произведено в любом месте при соблюдении требований, предусмотренных спецификацией.

Воспроизведение единиц осуществляют одним из двух способов, выбираемых исходя из технико-экономических соображений:

централизованное – с помощью единого для всей страны государственного эталона;

децентрализованное – когда требуемая точность воспроизведения может быть обеспечена посредством косвенных измерений, выполняемых в органах метрологической службы с помощью образцовых средств измерений.

Первым способом воспроизводят все основные единицы Международной системы единиц (СИ) и большую часть производных. Главными условиями для централизованного воспроизведения производных единиц являются: широкая распространенность средств измерений, градуируемых в данной единице, техническая возможность прямых сравнений с эталоном и высокий уровень точности поверки, требующий наличия сложного специального дорогостоящего оборудования, которое целесообразно создавать и использовать в нескольких местах.

Второй способ применим к производным единицам, размер которых не может передаваться прямым сравнением с эталоном (например, единица площади - квадратный метр), или если поверка мер посредством косвенных измерений проще, чем их сравнение с эталоном, и обеспечивает необходимую точность (например, мера вместимости - кубический метр). В некоторых случаях необходимая точность измерений может быть обеспечена только при наличии специально сконструированных измерительных установок – поверочных установок высшей точности.

Схема классификации эталонов

Государственный эталон

Первичный эталон

Специальный эталон

Вторичный эталон

Эталон -копия

Эталон сравнения

Рабочий эталон

Первичным называют эталон, обеспечивающий воспроизведение единицы с наивысшей в стране точностью. Первичные эталоны – наиболее точные из всех видов эталонов данной единицы, служащие для ее воспроизведения в наиболее благоприятных условиях.

Однако некоторые физические величины приходится измерять в различных условиях, в связи с чем появилось множество методов измерений и видов средств измерений, приспособленных для этих условий. Условия измерения (давление в среде, ее температура и т. д.) могут сильно отличаться от обычных. В связи с этим методы, средства и условия поверки средств измерений должны учитывать все эти особенности. Возникает необходимость иметь эталоны не только для обычных классических, но и для других, встречающихся в практике, условий воспроизведения единицы – специальные эталоны.

Специальным эталоном называют эталон, обеспечивающий воспроизведение единицы в особых условиях и заменяющий для этих условий первичный эталон.

Первичный, или специальный, эталон, официально утвержденный Госстандартом в качестве исходного для страны, называется государственным. На каждый из них утверждается государственный стандарт. Государственные эталоны всегда представляют собой комплексы средств измерений и вспомогательных устройств, обеспечивающих воспроизведение единицы и в необходимых случаях ее хранение, а также передачу размера единицы вторичным эталонам.

Вторичные эталоны создают и утверждают в случае необходимости организации поверочных работ и предохранения первичного эталона от износа. Действительное значение величины, воспроизводимой вторичным эталоном, устанавливается по результатам его сличения с соответствующим государственным эталоном. По метрологическому назначению вторичные эталоны делятся на эталоны-копии, эталоны сравнения и рабочие.

Эталон-копию применяют вместо государственного эталона для хранения единицы и передачи ее размера рабочим эталонам. Он всегда является физической копией государственного эталона, а применяется в качестве копии только по метрологическому назначению.

Эталон сравнения применяют для сличения эталонов, которые по тем или иным причинам не могут быть непосредственно сличаемы друг с другом (находятся в различных органах метрологической службы и их нельзя транспортировать).

Рабочий эталон применяют для хранения единицы и передачи ее размера образцовым средствам измерения высшего разряда и при необходимости наиболее точным рабочим мерам и измерительным приборам. Допускается применение государственного эталона в качестве рабочего, если это предусмотрено правилами хранения и применения эталона.

Вторичные эталоны выполняют в виде комплекса средств измерений, одиночного эталона или эталонного набора.

Одиночный эталон состоит из одной меры, одного измерительного прибора или одной измерительной установки, обеспечивающих воспроизведение или хранение единицы самостоятельно, без других средств измерений того же типа ( например, вторичные эталоны единицы массы – килограмма в виде платиновой гири № 26, гирь из нержавеющей стали № 6, 8 и 15 ).

Групповой эталон состоит из совокупности однотипных мер, измерительных приборов или других средств измерений, применяемых как одно целое для повышения надежности хранения единицы. Размер единицы, хранимой групповым эталоном, определяется как среднее арифметическое из значений, найденных с помощью отдельных мер, или измерительных приборов, входящих в групповой эталон. Например, групповой эталон-копия вольта - группы из 20 нормальных элементов.

Эталонный набор представляет собой набор мер или набор измерительных приборов, позволяющий хранить единицу или измерять величину в определенном диапазоне, в котором отдельные меры или измерительные приборы имеют различные номинальные значения величины.

Международные эталоны единиц физических величин хранятся в Международном бюро мер и весов (МБМВ).