Еталони одиниць фізичних величин

 

Для виконання вимірів необхідно, щоб одиниці відповідних фізичних величин були матеріалізовані, тобто щоб малися технічні пристрої і засоби, які б відтворювали ці одиниці. Такими пристроями або засобами вимірів, що відтворюють одиницю фізичної величини з найвищою точністю, є еталони.

Еталон являє собою засіб вимірів (або комплекс засобів вимірів), що забезпечує відтворення і збереження одиниці фізичної величини з метою передачі її розміру всім засобам вимірів, нижчестоящим за перевірочною схемою, виконане по особливої специфікації й офіційно затверджене у встановленому порядку як еталон.

Відповідно до поділу фізичних величин міжнародної системи одиниць розрізняють еталони одиниць основних та похідних величин, а за точністю їх відтворення та за призначенням – первинні і вторинні.

Первинні еталони відтворюють та зберігають одиниці фізичних величин з найвищою в даній країні (порівнянно з іншими еталонами тієї ж одиниці) точністю. Їх різновидом є спеціальні еталони, призначені для відтворення одиниць в умовах, коли пряма передача розміру від первинного еталона з потрібною точністю технічно нездійсненна (надвисокі частоти, надто малі чи надто великі енергії, тиски, температури тощо) і замінюють в цих умовах первинні еталони.

До вторинних еталонів належать еталон-копія, робочий еталон та еталон передавання. Еталон-копія служить для передавання розміру одиниці фізичної величини робочим еталонам (зразковим засобам вимірювальної техніки). Робочий еталон призначений для передавання розміру фізичної величини зразковим засобам вимірювальної техніки, а в окремих випадках – робочим засобам вимірювальної техніки. Для взаємного зрівняння еталонів, які за тих чи інших обставин не можуть бути звірені безпосередньо, служить еталон передавання.

За складом еталони бувають у вигляді одиничних, групових еталонів, еталонних наборів або комплексу засобів вимірювальної техніки. Одиничний еталон становить одну міру, вимірювальний прилад або вимірювальну установку.

Прикладами одиночного еталона можуть служити: первинний еталон одиниці сили постійного електричного струму ампера, токові ваги; первинний еталон одиниці електричної ємності – фарада – розрахунковий конденсатор. Груповий еталон містить у собі сукупність однотипних СИ звичайно мір, застосовуваних як одне ціле для підвищення точності і метрологічної надійності еталона. Прикладами групового еталона можуть служити: первинний еталон одиниці електричного опору – Ома, до складу якого входить група з десяти котушок (мір) опору з номінальним значенням 1Ом; первинний еталон одиниці індуктивності – Генрі, що складається з чотирьох котушок індуктивності з номінальним значенням 10мг. При відтворенні одиниць такими еталонами розмір одиниці визначається середнім арифметичним значенням групи дійсне значення фізичної величини 'і'-й міри зі складу еталона; т – число мір.

Для зберігання чи відтворення розміру одиниці фізичної величини або її вимірювання в певному діапазоні значень служать набори відповідних мір або вимірювальних приладів (еталонні набори).

Еталонний набір містить у собі набір засобів вимірів, у якому окремі засоби вимірів мають різні номінальні значення або діапазони вимірів. Прикладами еталонних наборів є спеціальний еталон одиниці напруги, спеціальний еталон одиниці сили струму, первинний еталон одиниці магнітної індукції. До складу перших двох еталонів входять набори термоелектричних перетворювачів на різні номінальні значення напруги і струму, що дозволяють відтворювати одиницю напруги в діапазоні 0, 1 – 10В і одиницю сили струму в діапазоні 0, 01 – 10А. До складу еталона одиниці магнітної індукції входять три котушки магнітної індукції, різні по конструкції, геометричним параметрам і числу витків. Це дозволяє відтворювати три різних номінальних значення одиниці магнітної індукції – тесла.

Похибка відтворення і збереження одиниць фізичних величин державними первинними і спеціальними еталонами характеризується (ДСТ 8. 381-80) : середнім квадратичним відхиленням (СКО) результату вимірів S не виключеною систематичною погрішністю (НСП) і нестабільністю v. Погрішності можуть виражатися або в одиницях з мірної фізичної величини (у цьому випадку вони позначаються, як зазначено вище), або у відносних одиницях (у цьому випадку вони позначаються S 0, v0). Погрішність вторинних еталонів характеризується або середнім квадратичним відхиленням результату вимірів S, отриманим при його звіренні з первинним або спеціальним еталоном, або довірчою границею погрішності tSs з довірчою імовірністю 0, 99.

Для проведення робіт з еталонами призначаються особливі відповідальні особи – учені – хранителі еталонів.

Еталони даної країни називають державними (національними), а еталони, що належать до певної групи країн, – міжнародними. Державні еталони реалізуються як комплекси ЗВТ, які забезпечують зберігання, відтворення та передавання розмірів одиниць вторинним еталонам. Для забезпечення єдності вимірювань у міжнародному масштабі державні еталони різних країн періодично звіряють між собою та з міжнародними еталонами, які знаходяться в Міжнародному бюро мір та ваг (МБМВ). Особливої актуальності набуває необхідність міжнародних звірень сьогодні при інтеграції світової економіки з метою взаємного визнання результатів сертифікаційних вимірювань. Зауважимо, що сертифікація – це процедура, в результаті якої третя (незалежна від виробника та постачальника) сторона дає письмове підтвердження про відповідність продукції певним вимогам, які поширюються на цю продукцію.

Передавання розміру одиниці фізичної величини від первинного еталона до робочих засобів вимірювальної техніки здійснюється за схемою, наведеною на рис. 4. 1.

 

 

Під передаванням розміру одиниці фізичної величини розуміють зведення одиниці фізичної величини, яка відтворюється або зберігається досліджуваним засобом вимірювальної техніки до розміру одиниці, що відтворюється або зберігається еталоном чи зразковим ЗВТ