В чем заключается основное назначение эталонов в метрологии
Эталоны. Виды и назначение1.. Эталоны. Виды и назначение
на тему: Эталоны. Виды и назначение.
Выполнил: студент группы
«___»_______________2020 г.
Проверил: преподаватель, к.т.н., доцент
Содержание
1.1 Общие сведения. 4
1.2 Взаимосвязанные свойства эталона. 5
1.3 Международные эталоны. 5
2. Классификация эталонов. 7
3. Система единиц физических величин. 11
3.1 Основные понятия. 11
3.2 Эталоны основных единиц СИ. 11
Список литературы. 15
Введение
В метрологии необходимо обеспечивать и соблюдать такие состояния измерений, при которых с заданной вероятностью известны погрешности измерений и, выраженные в узаконенных единицах, результаты измерений. Также существуют установленные пределы, которые не должны быть превышены погрешностями измерений.
Актуальность темы реферата заключается в том, что эталонная база позволяет обеспечить единство в системе измерений и это является технической основой.
От слова «etalon» французского происхождения и произошло слово «эталон», обозначающее образец и мерило чего-либо. Так как слово эталон имеет широкий смысл, то оно и его производные слова находятся в обиходе в различных науках, отраслях и т.д.
Эталоны воспроизводят и шкалы измерений, а не только их единицы. Например, в ФЗ «Об обеспечении единства измерений» от 26.06.2008 № 102-ФЗ вышеуказанное не описывается. Стоит заметить, дольное, номинальное и кратное значение единицы воспроизводят не все современные эталоны.
Любое значение величины, стабильно воспроизводимое и имеющее определенную точность, может воспроизводиться эталоном.
Для примера в Таблице 1 показаны два сличения международных и государственных эталонов масс, при которых наблюдается определенная стабильность.
2. Классификация эталонов
Государственный эталон России является элементом поверочных схем. По другому его называют специальным или первичным эталоном, так как по нему проходят поверки других (остальных) средств измерений в стране. Другие виды эталонов называют вторичными (Рисунок 1). К ним необходимо отнести такие как:
Различают несколько видов эталонов в настоящее время:
Кстати, «рабочий эталон» ранее имел формулировку как «образцовое средство измерений».
Разрядный эталон обеспечивает через цепочку соподчиненных рабочих эталонов передачу единицы физической величины. Принцип передачи единицы величины показан на Рисунке 2.
Эталоны подразделяются в зависимости от исполнения и от назначения на четыре группы:
— одиночный эталон включает в себя одно средство измерений для хранения и воспроизведения единицы, например, мера или эталонная установка;
3. Система единиц физических величин
3.1 Основные понятия
«Эталон единицы» является собирательным определением. В него входят такие термины: «специальный эталон», «государственный эталон», «первичный эталон», «вторичный эталон», «эталон сравнения» и «эталон-копия», «рабочий эталон» и «эталон-свидетель».
Понятно, что словесного описания физической единицы мало, необходимо ее выражение в вещественном эквиваленте для обеспечения единства. Для этого создается один образец и ни в коем случае не два и несколько, потому что они будут отличаться между собой в любом случае. Создается один образец, который будет «образцом для других образцом», относительно которого будут производиться проверки остальных образцов.
Общероссийская поверочная схема разработана по иерархическому принципу и предназначена для огромного парка средств измерений, имеющих различную точность. Вышеуказанные схемы представляют собой нормативные документы в виде ГОСТов, устанавливающие соподчиненность средств измерений, а также устанавливающие номенклатуру.
3.2 Эталоны основных единиц СИ
Килограмм является государственным эталоном единицы массы. Утвержден он был в 1968 году, хотя самый древний.
Первый прототип килограмма был изготовлен в 1889 году из платины и иридия в виде гири высотой 39 миллиметров. В нашей стране он появился в 1918 году.
Заключение
В ходе работы были выполнены все задачи для достижения поставленной цели: изучено происхождение эталона, его виды, рассмотрена система единиц физических величин и многое другое.
Следует сделать вывод, что единство измерений играет важную роль в сопоставлении результатов измерений, которые в свою очередь могут быть выполнены на различной территории и в разное время.
2. ГОСТ Р 1.12-2004. Стандартизация. Термины и определения. Москва, 2005.
4. Крылова Г.Д. Основы стандартизации, сертификации, метрологии. Учебник для вузов. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: ЮНИТИ-ДАНА, 1999.
Эталоны
Этало́н (фр. etalon ) — средство измерений (или комплекс средств измерений), обеспечивающее воспроизведение и (или) хранение единицы, а так же передачу её размера нижестоящим по поверочной схеме средствам измерений и утвержденное в качестве эталона в установленном порядке.
Содержание
Определение понятия
Виды эталонов
Наиболее известные эталоны
Эталоны длины и массы, хранящиеся в Международном бюро мер и весов в Севре. Первый из них — «архивный метр» — на сегодня имеет лишь исторический интерес. Второй — эталон килограмма — сохраняет функцию международного эталона массы.
Международные
Российские
Краткая история метрологии
Поговорка всяк купец на свой аршин мерит была верна буквально до начала 19 века, когда появился государственный эталон длины. В царской России всерьёз заинтересовались эталонами только в конце 19 века. Была создана Главная палата мер и весов и заказаны в Англии государственные эталоны длины и массы, согласованные с международными.
По мере развития науки и техники появилась нужда в большом количестве других эталонов. Например, эталон частоты, времени, температуры, напряжения и т. д. Прогресс не только вводил новые эталоны, но и повышал точность старых. Длина одного метра в настоящий момент установлена равной пути, проходимого светом в вакууме за (1 / 299 792 458) секунды.
Ссылки
См. также
Полезное
Смотреть что такое «Эталоны» в других словарях:
ЭТАЛОНЫ — (франц. etalon образец, мерило), средства измерений или их комплексы, обеспечивающие воспроизведение и хранение узаконенных ед. физ. величин, а также передачу их размера др. средствам измерений. Без Э. невозможно добиться сопоставимости… … Физическая энциклопедия
Эталоны — [standards] средства измерения или их комплексы, обеспечивающие воспроизведение и хранение узаконенных единиц физических величин, а также передачу их размера другими средствами измерений. Без эталонов невозможно достичь сопоставимых результатов… … Энциклопедический словарь по металлургии
Эталоны — средства измерений или их комплексы, обеспечивающие воспроизведение и хранение узаконенных единиц физических величин, а также передачу их размера другими средствами измерений. Без Э. невозможно достичь сопоставимости результатов измерений … Большая советская энциклопедия
ЭТАЛОНЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН — эталоны, обеспечивающие воспроизведение и хранение установленных гос. стандартом (ГОСТ 8.417 81) ед. электрич. величин. В СССР в кач ве первичного эталона ед. силы пост. электрич. тока (1 А) утверждены токовые весы, представляющие собой рычажные… … Физическая энциклопедия
ЭТАЛОНЫ МАГНИТНЫЕ — В СИ единицы измерения магн. величин производные. В эталонной базе России им соответствуют государственные эталоны индуктивности (генри), магн. потока (вебер), магн. индукции (тесла), магн. момента (А/м 2), дифференциальной резонансной пара магн … Физическая энциклопедия
ЭТАЛОНЫ МАГНИТНЫХ ВЕЛИЧИН — эталоны, обеспечивающие воспроизведение и хранение установленных гос. стандартом (ГОСТ 8.417 81) ед. магн. величин. К осн. хар кам магн. полей и материалов относятся: магнитный поток, магнитная индукция и магнитный момент (или намагниченность… … Физическая энциклопедия
ЭТАЛОНЫ ДЛЯ СПЕКТРАЛЬНОГО АНАЛИЗА — набор образцов соответствующих минер. веществ (г. п., сухих остатков вод, металлов, искусственных смесей, растворов в т. д.), в которых точно установлено с помощью хим. анализа содер. интересующих исследователя элементов или искусственно… … Геологическая энциклопедия
Эталоны магнитные — Эталоны, применяемые для воспроизведения и хранения установленных законом (ГОСТ) единиц магнитных величин; обеспечивают единство магнитных измерений. Основными характеристиками магнитных полей и материалов являются: Магнитный поток,… … Большая советская энциклопедия
ЭТАЛОНЫ (ПРЕПАРАТЫ) РАДИОАКТИВНОСТИ — источники радиоактивных излучений, изготовленные по техническим условиям и аттестованные по соответствующему разряду. Источники 1 го разряда служат для проверки источников 2 го разряда и для градуировки дозиметрической и радиометрической… … Геологическая энциклопедия
ЭТАЛОНЫ МАГНИТНЫЕ — образцы материалов с известными, измеренными приборами высокого класса точности значениями магнитной восприимчивости и магнитного момента. Предназначены для эталонирования магнитометров и приборов для измерения магнитных свойств. Эталонами служат … Геологическая энциклопедия
Эталоны единиц величин
В России и многих других странах мира единство измерений обеспечивается функционированием централизованных систем воспроизведения единиц величин и передачи их размеров, которые представляют собой иерархические цепочки эталонов различной точности.
Эталон — СИ (или комплекс СИ), предназначенное для воспроизведения и (или) хранения единицы и передачи ее размера другим СИ.
По месту в этой иерархической цепочке эталоны подразделяют на первичные, вторичные и рабочие.
Первичным эталоном называют эталон, который воспроизводит единицу и передает ее размер вторичным эталонам. Первичный эталон выполняет задачу воспроизведения единицы величины для ее использования при всех измерениях данной величины. Очевидно, что уровни точности наиболее ответственных метрологических и рабочих измерений определяются точностями первичных эталонов. Поэтому при создании первичных эталонов всегда стремятся обеспечить наиболее высокую точность, которую можно достигнуть на данном этапе развития науки и техники. После воспроизведения единицы ее размер по иерархической цепочке эталонов доводится до каждого эталона.
Рисунок 1 иллюстрирует этот процесс. Из рисунка видно, что передача размера единицы идет двояко: не только от более точных эталонов менее точным, но и путем расширения диапазонов величины и условий измерений. При этом, поскольку результат каждого измерения отягощен какой-то неопределенностью, в системе передачи размера единицы непрерывно возрастает неопределенность этой единицы. Первичный эталон передает размер единицы вторичным эталонам, которые функционируют в более широком диапазоне измерений, но являются менее точными. Вторичные эталоны передают размер единицы рабочим эталонам (образцовым СИ (далее ОСИ)), а те — менее точным рабочим эталонам (ОСИ).
Рис. 1. Схема воспроизведения единицы и передачи ее размера эталонам
Количество ступеней передачи определяется требованиями к точности рабочих СИ и поэтому не может быть очень большим. Во многих видах измерений увеличение диапазонов величины и условий измерений (частота, температура и т. д.) привело к невозможности обеспечить передачу размера единицы с требуемой точностью от действующего первичного эталона всем СИ этого вида. В этих случаях создают несколько первичных эталонов одной единицы, отличающихся диапазонами измерений или условий измерений.
Например, в России единицу давления воспроизводят семь различных первичных эталонов, шесть из которых хранятся во ВНИИМ им. Д.И. Менделеева и один во ВНИИФТРИ.
Другой пример: единицу удельной теплоемкости воспроизводят четыре первичных эталона, хранящихся во ВНИИМ им. Д.И. Менделеева, УНИИМ, НПО «Дальстандарт» и ВНИИФТРИ. Такая группа первичных эталонов фактически является эталонным набором, предназначенным для воспроизведения единицы во всем диапазоне измерений. При этом в России один из этих эталонов получает наименование «первичный эталон». Остальные эталоны этого набора называют специальными первичными эталонами (краткая форма— специальные эталоны).
В приведенных примерах первичными эталонами называются государственные эталоны, хранящиеся во ВНИИМ им. Д.И. Менделеева, единиц давления в диапазоне 0,05-10 МПа и удельной теплоемкости в диапазоне температур 273,15-700 К. Для обеспечения единства измерений размеры единицы, воспроизводимые этими эталонами, согласуются в граничных областях значений.
Все остальные эталоны не участвуют в воспроизведении единиц. Они хранят размеры единиц, полученные от более точных эталонов, и (или) передают их менее точным эталонам и рабочим СИ.
Вторичные эталоны получают размеры единиц от первичных эталонов и передают его рабочим эталонам.
Рабочие эталоны предназначены для поверки и калибровки рабочих СИ. При необходимости их подразделяют на разряды: 1-й, 2-й, 3-й и т. д. В этом случае рабочие эталоны 1-го разряда также передают размер единицы рабочим эталонам 2-го разряда, рабочие эталоны 2-го разряда — рабочим эталонам 3-го разряда и т. д.
Приведенные выше наименования соответствуют международной классификации эталонов, признанной во всем мире, в том числе и в России. В то же время классификация, принятая в России, несколько отличается от международной. Рабочие эталоны по международной классификации до последнего десятилетия в нашей стране назывались образцовыми СИ (ОСИ). Эти термины фактически являются синонимами: в свое время так перевели на русский язык французское слово «эталон». Но в России всегда имелись существенные различия в статусе первичных и вторичных эталонов (совокупность которых называют эталонной базой страны) и ОСИ и обусловленные ими различия в финансировании и системе метрологического обслуживания.
После перехода на международную классификацию статус ОСИ (в том числе серийно выпускаемых ОСИ низших разрядов) как бы сравнялся со статусом первичных и вторичных эталонов, со всеми вытекающими последствиями негативного характера для последних. Чтобы восстановить прежнее положение и в то же время не противоречить международной классификации эталонов, в настоящее время принято решение оба термина (и рабочий эталон, и ОСИ) применять в России как равноправные.
В состав эталонов включают:
Конструктивно эталоны и ОСИ могут быть оформлены в виде измерительных установок, называемых в этом случае поверочными установками.
Основные метрологические требования к эталонам и ОСИ должны обеспечивать высокую точность результатов измерений при воспроизведении единицы, хранении и (или) передаче ее размера.
Важнейшим требованием является высокая стабильность, позволяющая обеспечить неизменность размера единицы. Именно этим объясняется осуществленный на рубеже XX и XXI веков переход на воспроизведение основных и многих производных единиц путем реализации высокостабильных квантовых физических эффектов. Необходимыми также являются высокая чувствительность и малая случайная погрешность эталона, а также его низкая чувствительность к изменению условий измерений.
Средством повышения точности измерений на эталоне и уменьшения личных погрешностей оператора является автоматизация измерительных и вычислительных операций. В то же время размер диапазона условий измерений не является существенной характеристикой, т. к. в целях повышения точности эталонных измерений эталоны, как правило, применяются при фиксированных (чаще всего нормальных) условиях измерений.
По числу одноименных СИ, входящих в эталон, различают одиночные эталоны, эталонные наборы и групповые эталоны.
Одиночный эталон состоит из одного СИ.
Другая разновидность эталонов — эталонный набор — представляет собой объединение одиночных эталонов с различными номинальными значениями, которое позволяет расширить диапазон воспроизводимых, хранимых как стандартное отклонение среднего арифметического значения.
Централизованную систему обеспечения единства измерени можно организовывать в метрологических службах различного уровня: на отдельном предприятии, в ведомстве, в стране в целом.
При этом иерархическую цепочку передачи размера единицы всем СИ этого вида измерений, применяемым в данной метрологической ской службе, будет возглавлять один, наиболее точный эталон. Этот эталон называется исходным эталоном (предприятия, ведомства, страны). Таким способом обеспечивается прослеживаемость всех измерений, выполняемых на предприятии или в ведомстве к своим исходным эталонам, а через них — к исходным эталонам страны.
Исходные эталоны страны в международной метрологической практике называются национальными эталонами, в нашей стране их называют государственными эталонами.
Национальные эталоны являясь наиболее точными СИ своих стран, во многом определяются их научные и технологические возможности. Обычно они хранятся и применяются в национальных метрологических институтах (НМИ).
Существуют три различные методики их создания.
В соответствии с первой методикой НМИ создает первичный эталон, который осуществляет воспроизведение единицы в точном соответствии с ее определением. Это наиболее фундаментальный подход, обеспечивающий прочную связь между определением единицы и ее физическим воплощением в первичном эталоне.
Однако это наиболее трудный и дорогостоящий подход.
Вторая методика также предусматривает создание первичного эталона, но не путем физической реализации теоретического определения, а на основе квантовых физических эффектов, использование которых позволяет реализовать размер единицы, значение которого согласовано с ее определением. Такой способ позволяет создавать эталоны, обладающие высокой степенью воспроизводимости.
Примерами служат использование частотно-стабилизированных лазеров для создания эталона метра, эффекта Джозефсона — для вольта и эффекта Холла — для ома.
Третья методика заключается в использовании в качестве национального эталона вторичного эталона, которому размер единицы передается путем периодического сличения с национальным эталоном какого-либо другого НМИ. Наиболее крупные и развитые в научном и технологическом плане страны, в их числе и Россия, имеющие потребность в как можно более высоком уровне точности во всех видах измерений, используют первую или вторую методику. Поэтому национальные эталоны этих государств, как правило, являются первичными эталонами. Небольшие страны, не обладающие полным спектром современных отраслей промышленности и поэтому не ощущающие потребность в высокой точности в ряде видов измерений, при создании национальных эталонов часто вынуждены использовать третью методику, как менее затратную. Учитывая это, МБМВ установило, что каждый НМИ при создании своих национальных эталонов имеет право самостоятельного выбора методики их создания.
Метрология, стандартизация и сертификация
Лекция 3. Эталоны единиц физических величин
1. Эталоны единиц физических величин.
2. Методы обработки экспериментальных данных.
1. Эталоны единиц физических величин
Государственные эталоны единиц величин используются в качестве исходных для воспроизведения и хранения единиц величин с целью передачи их размеров всем средствам измерений данных величин на территории Российской Федерации.
Государственные эталоны единиц величин являются исключительной федеральной собственностью, подлежат утверждению Госстандартом России и находятся в его ведении.
Конструкция эталона, его свойства и способ воспроизведения единицы определяются природой данной физической величины и уровнем развития измерительной техники в данной области измерений.
Эталон должен обладать следующими существенными признаками (по М. Ф. Маликову): неизменностью, воспроизводимостью и сличаемостью.
Различают следующие виды эталонов: первичный; специальный; государственный; вторичный; эталон-свидетель; эталон-копия; эталон сравнения; рабочий эталон; международный эталон и др.
Наивысшей в стране точностью воспроизведения единицы физической величины обладает первичный эталон.
Первичный эталон – эталон, обеспечивающий воспроизведение единицы с наивысшей в стране (по сравнению с другими эталонами той же единицы) точностью.
В случае, когда одним первичным эталоном технически нецелесообразно обслуживать весь диапазон измеряемой величины, создают несколько первичных эталонов, охватывающих части этого диапазона с таким расчетом, чтобы был охвачен весь диапазон. В этом случае проводят согласование размеров единиц, воспроизводимых «соседними» первичными эталонами.
Вторичный эталон – эталон, получающий размер единицы непосредственно от первичного эталона данной единицы.
Эталон сравнения – эталон, применяемый для сличений эталонов, которые по тем или иным причинам не могут быть непосредственно сличены друг с другом.
Исходный эталон – эталон, обладающий наивысшими метрологическими свойствами (в данной лаборатории, организации, на предприятии), от которого передают размер единицы подчиненным эталонам и имеющимся средствам измерений.
Исходным эталоном в стране служит первичный эталон, исходным эталоном для республики, региона, министерства (ведомства) или предприятия может быть вторичный или рабочий эталон. Вторичный или рабочий эталон, являющийся исходным эталоном для министерства (ведомства) нередко называют ведомственным эталоном.
Эталоны, стоящие в поверочной схеме ниже исходного эталона, обычно называют подчиненными эталонами.
Рабочий эталон – эталон, предназначенный для передачи размера единицы рабочим средствам измерений.
Термин рабочий эталон заменил собой термин образцовое средство измерений (ОСИ), что сделано в целях упорядочения терминологии и приближения ее к международной. При необходимости рабочие эталоны подразделяют на разряды (1-й, 2-й, n-й), как это было принято для ОСИ.
В этом случае передачу размера единицы осуществляют через цепочку соподчиненных по разрядам рабочих эталонов. При этом от последнего рабочего эталона в этой цепочке размер единицы передают рабочему средству измерений.
Пример — Государственные эталоны метра, килограмма, секунды, ампера, кельвина, канделы, ньютона, паскаля, вольта, беккереля.
Национальный эталон – эталон, признанный официальным решением служить в качестве исходного для страны. Данное определение по существу совпадает с определением понятия государственный эталон. Это свидетельствует о том, что термины государственный эталон и национальный эталон отражают одно и то же понятие.
Вследствие этого термин национальный эталон применяют в случаях проведения сличения эталонов, принадлежащих отдельным государствам, с международным эталоном или при проведении так называемых круговых сличений эталонов ряда стран.
Международный эталон – эталон, принятый по международному соглашению в качестве международной основы для согласования с ним размеров единиц, воспроизводимых и хранимых национальными эталонами.
Пример — Международный прототип килограмма, хранимый в международном бюро мер и весов (МБМВ), утвержден 1-й Генеральной конференцией по мерам и весам (ГКМВ).
Одиночный эталон – эталон, в составе которого имеется одно средство измерений (мера, измерительный прибор, эталонная установка) для воспроизведения и (или) хранения единицы.
Групповой эталон – эталон, в состав которого входит совокупность средств измерений одного типа, номинального значения или диапазона измерений, применяемых совместно для повышения точности воспроизведения единицы или ее хранения.
Групповые эталоны подразделяют на групповые эталоны постоянного или переменного составов.
За результат измерений принимают обычно среднее арифметическое значение результатов измерений однотипными средствами измерений или эталонными установками.
Эталонный набор – эталон, состоящий из совокупности средств измерений, позволяющих воспроизводить и (или) хранить единицу в диапазоне, представляющем объединение диапазонов указанных средств.
Эталонные наборы создаются в тех случаях, когда необходимо охватить определенную область значений физической величины.
Пример — Эталонные разновесы (наборы эталонных гирь) и эталонные наборы ареометров.
Транспортируемый эталон – эталон (иногда специальной конструкции), предназначенный для его транспортирования к местам поверки (калибровки) средств измерений или сличений эталонов данной единицы.
Хранение эталона – совокупность операций, необходимых для поддержания метрологических характеристик эталона в установленных пределах.
Эталонная база страны (эталонная база) – совокупность государственных первичных и вторичных эталонов, являющаяся основой обеспечения единства измерений в стране.
Число эталонов не является постоянным, а изменяется в зависимости от потребностей экономики страны. Обычно прослеживается увеличение их числа во времени, что обусловлено постоянным развитием рабочих средств измерений.
Эталон может состоять из нескольких эталонных установок.