Первичные и вторичные эталоны

Введение
Сложно встретить человека, который бы не слышал слова «эталон». И не знал бы, что эталон – это образец совершенства.
Эталон — это средство измерений или комплекс средств измерений, которое обеспечивает воспроизведение и (или) хранение единицы, а также передачу ее размера нижестоящим по поверочной схеме средствам измерений. Эталон является самым точным средством измерений.
Актуальность темы подтверждается сильным влиянием, которое система эталонов оказывает на все отрасли мировой экономики.
Цель данной работы заключается в изучении первичных и вторичных эталонов, а также понятий, которые прямо или косвенно с ними связанны.
Для достижения поставленной цели необходимо выполнить следующие задачи:
— рассмотреть понятие «эталон»;
— изучить понятие «первичный эталон»;
— изучить понятие «вторичный эталон»;
— выяснить существующие проблемы эталонной базы.
Все оборудование в лабораториях для определения точности измерений подлежит поверке и сравнению с государственными эталонами. Так же должно существовать единство всех проводимых измерений одной величины. Эталоны существуют для того что бы все измерения всегда были точными, едиными, и правильно определенными. Эталон должен обладать следующими связанными друг с другом признаками: неизменность, сличаемость и воспроизводимость. Эталонная база РФ состоит из государственных первичных и вторичных эталонов. Они являются основой обеспечения единства и точности всех измерений.
Одна из главных задач метрологии заключается в обеспечении единства измерений. Решение этой задачи невозможно без создания эталонной базы измерений.
Вторичные эталоны косвенно задействованы в производстве оборудования, необходимого для успешного и безаварийного судовождения. Опираясь на эти стандарты мер, производители выпускают максимально качественные и точные навигационные приборы.
В процессе написания исследования была использована следующая литература, в которой освещены проблемы первичных и вторичных эталонов: Федеральный закон «Об обеспечении единства измерений» от 26.06.208 № 102-ФЗ, ГОСТ 8.057-80 Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ). Эталоны единиц физических величин. Основные положения, Приказ Росстандарта от 06.05.2014 № 532 "Об утверждении эталонов единиц величины» и учебники авторов Шишмарева В. Ю. и Райковой Е. Ю.
Основные понятия об эталонах
Более двухсот лет назад во Франции были предприняты попытки решения задачи обеспечения единства измерений, которые привели к возникновению идеи создания метрической системы, а затем – к подписанию рядом стран метрической конвенции в 1875 году. В метрологическую практику именно с тех пор вошло слово «эталон».
В стране существует большой парк рабочих средств измерений различной точности. Его существование обусловливает необходимость создания системы образцов разной степени точности, для данной измеряемой физической величины — к иерархической соподчиненности образцов единицы в такой системе.
В России именно по такому иерархическому принципу разрабатываются так называемые поверочные схемы для средств измерений отдельных физических величин.
В переводе с французского (etalon) — это образец, мера. Федеральным законом об обеспечении единства измерений, закреплено следующие определение эталона: "Эталон единицы величины – это средство измерений, предназначенное для воспроизведения и хранения единицы величины (или кратных либо дольных значений единицы величины)"[4].
В английском языке отсутствует слово «эталон», но есть стандарт (standart) — слово, которое имеет массу значений: норма, стандарт, образец, мера. В метрологической практике нередко путают стандарт — эталон, меру и стандарт — нормативный документ, например, ГОСТ. Главный метрологический институт США — носит название Национального института стандартов и технологий (НИСТ).
Специалисты считают, что определение слова «эталон» в Федеральном законе об обеспечении единства измерений неточно отражает суть понятия, ведь эталоны воспроизводят и хранят не только единицы измерений, но и шкалы измерений. К тому же немногие современные государственные эталоны воспроизводят номинальное, кратное или дольное значение единицы измеряемой величины. Так, государственный эталон единицы электрического сопротивления воспроизводит 12 906,4035 Ом; 6 453,29175 Ом и 1,0 Ом. Цезиевый репер частоты воспроизводит интервал времени (период колебаний), равный 1/9122631770 части секунды. Для многих эталонов указывают не значения единиц, а диапазоны [3].
В реальности эталон может воспроизводить любое значение величины (любую точку или часть шкалы), лишь бы эти значения были известны с требуемой точностью и стабильно воспроизводились. Поэтому, наиболее точным является определение эталона, которое закреплено в ГОСТ 8.057–80 "ГСП. Эталоны единиц физических величин. Основные положения": "Эталоны (исходные для страны и подчиненные им) создают для воспроизведения и (или) хранения единиц физических величин и передачи их размера средствам измерений, применяемым в стране с целью обеспечения единства измерений" [5]. В этом определении отмечается, что эталон передает размер величины или шкалу, а не значение величины.
Международный эталон метра, использовавшийся с 1889 по 1960 годы, состоит из сплава 90% платины и 10% иридия и имеет поперечное сечение в виде буквы «X». На сегодняшний день данный эталон находится на хранении в международном бюро мер и весов

. Больше по своему первоначальному назначению он не используется.
С 1960 г. было принято решение отказаться от использования изготовленного людьми предмета в качестве эталона метра. Поэтому с 1960 г. по 1983 г. метр определялся как число 1 650 763,73, умноженное на длину волны оранжевой линии (6 056 Е) Kr в вакууме.
В 1983 г. было введено современное определение метра в терминах времени и скорости света: метр — это длина пути, проходимого светом в вакууме за (1 / 299 792 458) секунды.
Также имеются эталоны-переносчики, которые служат для сличения и поверки эталонов, удаленных друг от друга и нетранспортабельных, и класс эталонов-копий (двойников национальных эталонов).
Во времена принятия Международной метрической конвенции Международное бюро мер и весов (МБМВ) могло позволить себе заказать (из платиноиридиевого сплава, драгоценного во все времена) такое число эталонов метра и килограмма (прототипов), что некоторым странам и России в том числе, досталось по паре тех и других: прототипы метра № 11 и № 28 и прототипы килограмма № 12 и № 26. На сегодняшний день больше никто не может себе позволить создавать национальные эталоны в двух и более экземплярах.
Среди рабочих эталонов (раньше они назывались образцовыми средствами измерений) нужно выделять исходные эталоны органов ГМС (государственной метрологической службы) и других метрологических служб, на которые опираются местные системы обеспечения единства измерений.
Конструкция эталона, его физические свойства и способ воспроизведения единицы определяются физической величиной, единица которой воспроизводится, и уровнем развития измерительной техники в данной области измерений.
Эталоны — высокоточные средства измерения. Они используются для проведения метрологических измерений в качестве средств передачи информации о размере единицы. Передача размера единицы происходит «сверху вниз», от более точных средств измерения к менее точным: первичный эталон – вторичный эталон – рабочий эталон 0 разряда – рабочий эталон 1 разряда - … рабочее средство измерения.
В процессе проверки средства измерения осуществляется передача размера. Цель проверки — установление пригодности средства измерения к применению. В проверочных схемах средства измерения устанавливается соподчинение средства измерения, которое участвует в передаче размера единицы от эталона к рабочему средству измерения.
Необходимо отметить, что у Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии имеется в наличии самая современная эталонная база, которая входит в тройку самых совершенных наряду с базами Японии и США. В будущем эталонная база будет развиваться в количественном и качественном отношении.
На сегодняшний день Россия уверенно удерживает второе место в мире по метрологическим возможностям.
Благодаря успехам науки и энтузиазму ученых технический уровень первичных эталонов в нашей стране можно оценить как вполне удовлетворительный. Но, состояние парка средств измерения, которые находятся в практическом обращении, прежде всего рабочих эталонов и средств измерения, внушает тревогу. Если в 1980-х гг. срок обновления измерительной техники составлял 5-6 лет, то наблюдаемый сейчас регресс в области национального приборостроения все более увеличил сроки обновления рабочих эталонов и рабочих средств измерения. В конечном результате происходит значительное старение измерительной техники. По мнению автора исследования, необходимое срочное перевооружение эталонной базы и развитие новых эталонных технологий.
Состояние эталонной базы является показателем уровня развития науки, технологий и промышленного производства. Модернизация эталонов основывается на применении новых научных исследований и разработок.
Создание каждого нового эталона приводит к прорыву, формируя условия для разработки средств измерений нового поколения. В последние годы было модернизировано большое количество первичных эталонов.
Хочется обратить внимание на существование еще одной проблемы национальных производителей средств измерения – высокая стоимость их разработок по сравнению с зарубежными аналогами. Решение проблемы отставания заключается в том, чтобы в отечественных приборах предусматривать: пониженную массу, высокую надежность, высокую степень автоматизации на базе микропроцессорной технологии, габаритные размеры и энергопотребление, быстродействие и высокий уровень эстетики и эргономики [1, с. 86-87].
Эталонная база страны является технической основой Государственной системы обеспечения единства измерений и стратегически важной областью развития экономики государства.
Основными и самыми известными эталонами являются:
— метр – эталон единицы длины;
— кельвин – эталон единицы температуры;
— ампер – эталон силы электрического тока;
— секунда – эталон силы времени;
— килограмм – эталон единицы массы.
Метрологическая классификация эталонов
Первичный эталон — это эталон, обеспечивающий воспроизведение единицы с наивысшей в стране (по сравнению с другими эталонами той же единицы) точностью. Первичные эталоны подразделяются на: национальные (государственные), международные и специальные. Первичные эталоны чрезвычайно чувствительные. Именно поэтому их оберегают от перепадов давления, температуры и малейших вибраций. Поэтому требования к технической инфраструктуре, в том числе к зданиям и сооружениям, в которых хранятся эталоны очень высокие. В большинстве случаев доступ к первичным эталонам имеют только метрологи, которые были возведены в статус Ученых хранителей