«Эталон»

Эталонами называют образцы мер, содержащие возможно точно определенное число единиц той меры, образцом которой должен служить Э. Измерение большинства принятых в науке и технике величин может быть, как известно, сведено к измерению длин, масс и промежутков времени. Для этих основных величин первоначально были избраны идеальные единицы: для единицы длины — одна десятимиллионная часть четверти парижского земного меридиана (метр) и одна сотая доля его (сантиметр); для единицы массы — масса одного кубического сантиметра чистой воды при температуре наибольшей плотности ее (грамм) и тысяча таких единиц (килограмм); для единицы промежутков времени — одна секунда или 86400-ая часть средних солнечных суток. По мере усовершенствования методов измерения все более и более вкоренялось убеждение, что вышеприведенные идеальные единицы не могут считаться определенными, так как всякий исследователь, который пожелает воспроизвести эти единицы на основании их определений, получит величину единиц, отличную от прежних и более или менее отличающуюся от идеальных, в зависимости от умения исследователя и от точности измерительных приемов и приборов, которыми он располагает. Ввиду этого международный конгресс, собравшийся в Париже в 1875 г., постановил принять в качестве единиц длины и массы некоторые произвольные единицы, а именно: 1) в качестве единицы длины — метра — прототип метра, хранящийся в Париже (см. Меры) и чрезвычайно близкий к идеальному метру, и 2) в качестве единицы массы — прототип килограмма, хранящийся тоже в Париже (см. Меры) и чрезвычайно близкий по величине к идеальному килограмму. Образцы длин и масс, точно сверенные с прототипами, имеются во всех государствах и являются нормальными эталонами; об устройстве их см. Меры. С нормальными Э. сравниваются все остальные Э., применяемые для точных измерений; это сравнение дает возможность узнать точную величину Э. в единицах прототипа. Э. для промежутков времени не существует; единица времени все еще является идеальной, но точность, с которой она может быть определена, более чем достаточна при настоящем положении науки, и величина единицы всегда очень просто может быть проконтролирована сравнительно несложными астрономическими наблюдениями; всякие хорошие астрономические часы можно считать за Э. времени.

Большинство остальных единиц, принятых в науке и технике, могут быть приведены к основным единицам длины, массы и времени. Так, например, за электростатическую единицу количества электричества принимают такое его количество, которое, действуя в пустоте на равное ему количество, расположенное от него на расстоянии единицы длины, отталкивает его с силой, равной единице силы; за единицу силы принимают силу, которая, действуя на единицу массы, сообщает ей равномерно-ускоренное движение с единицей ускорения; за единицу ускорения принимают такое ускорение движения тела, когда скорость тела в единицу времени увеличивается на единицу скорости; наконец, за единицу скорости принимают скорость движения тела, проходящего единицу длины в единицу времени.

Таким образом измерение большинства физических величин могло бы быть произведено при пользовании исключительно мерами длины, массы и времени. Но в большинстве случаев методы такого абсолютного измерения величин чрезвычайно сложны и, если желательно достижение значительной точности, требуют особых приборов, особой обстановки и чрезвычайной тщательности в работе. Между тем методы сравнения двух однородных величин обыкновенно значительно проще, не требуют столь сложной обстановки и в общем обладают значительно большей точностью, чем измерения абсолютные. Так, например, абсолютное измерение электрического сопротивления, путем приведения его к измерению длин, масс и времени, чрезвычайно сложно, между тем как сравнение сопротивлений представляет относительно простую задачу, которую легко выполнить даже со значительной точностью. Ввиду этого в науке стремятся, где возможно, заменить абсолютное измерение величин сравнением их с однородными, величина которых раз и навсегда была точно определена в абсолютной мере. Для этой цели создают Э. тех величин, абсолютное измерение которых представляет затруднения. Так, например, в электрических измерениях (см.) создают эталоны разности потенциалов (нормальные элементы, см.), сопротивления, емкости (конденсаторы с известной емкостью), самоиндукции (катушки с точно определенной самоиндукцией) и т. д. Эти Э. раз навсегда измеряются с большой точностью в абсолютной мере; копируя их, создают другие Э., а сравнивая с ними однородные, подлежащие измерению величины, определяют и последние в абсолютной мере. Так как с большой точностью можно сравнивать лишь однородные величины приблизительно одного и того же порядка величины, то стараются обыкновенно иметь эталоны одной и той же физической величины различных порядков. Обыкновенно эталоны, когда это возможно, стараются построить так, чтобы в них заключалось простое кратное число единиц или простое подразделение единицы, характеризуемой эталоном величины; так, например, Э. сопротивления, единицей которого является 1 ом, бывают в 0,01, 0,1, 1, 100, миллион ом. Не всегда это возможно; так, например, Э. разности потенциалов — нормальные элементы — дают обыкновенно разность потенциалов, не находящуюся в каком-либо простом отношении к единице разности потенциалов — вольту, но все же совершенно точно определенную. Еще более важную роль играют Э. при измерении тех физических величин, которые не удалось привести к основным мерам длины, массы и времени. Примером такой величины является сила света, за единицу которой принимают силу света произвольно выбранного, но точно установленного источника света (см. Фотометрия). Абсолютного измерения таких Э. существовать не может, и единственной гарантией определенности такого Э. является точное изготовление его по определенным, раз и навсегда установленным предписаниям, и применение его в раз и навсегда точно определенных условиях. Наиболее важным свойством всякого Э. является его возможная неизменяемость от времени и окружающих условий. Поэтому при конструкции Э. их стараются построить из материалов, по возможности мало подвергающихся изнашиванию, стараются придать им формы, гарантирующие наибольшую сохранность их и наименьшее влияние на них окружающих условий. Кроме того, если влияние внешних условий (например, температуры) неизбежно, то старательно изучают это влияние, так чтобы известно было, какой абсолютной величиной обладает данный Э. при всякой возможной комбинации внешних условий. При пользовании Э. необходимо точно знать характер этих влияний и стараться поставить Э. в такие условия, чтобы это влияние было либо по возможности незначительным, либо было точно определенным.

Абсолютное измерение Э. и сравнение их друг с другом представляет столь сложную задачу, что она иногда не по силам не только отдельным наблюдателям, но и прекрасно обставленным лабораториями. Ввиду этого все работы этого рода стараются в последнее время сосредоточить в особых правительственных, специально к тому приспособленных учреждениях. Первым таким учреждением явилось Bureau des Poids et Mesures в Севре близ Парижа; в Германии аналогичным учреждением является Physikalisch-Technische Reichsanstalt в Шарлоттенбурге близ Берлина, в России — Главная палата мер и весов в СПб.

А. Г.

(франц. étalon)

образец, мерило, идеальный или установленный тип чего-либо; точно рассчитанная мера чего-либо, принятая в качестве образца. См. Эталоны.

1. этало́н;
2. этало́ны;
3. этало́на;
4. этало́нов;
5. этало́ну;
6. этало́нам;
7. этало́н;
8. этало́ны;
9. этало́ном;
10. этало́нами;
11. этало́не;
12. этало́нах.

ЭТАЛО́Н, -а, м.

-а, м.

1.

Образцовая мера или образцовый измерительный прибор, служащие для воспроизведения, хранения и передачи единиц каких-л. величин с наивысшей достижимой точностью.

Эталон метра. Эталон килограмма.

||

Весьма точный измерительный прибор, предназначаемый для проверки других приборов.

2. перен.

Мерило, стандарт, образец для сравнения.

— Не берите за эталон наше Воскресенское. Для того, чтобы увидеть правильность избранного пути, всегда надо брать передовое — и по нему судить о нашем завтрашнем дне. Кочетов, Товарищ агроном.

[франц. étalon]

ЭТАЛО́Н, эталона, муж. (франц. étalon). Образец меры, служащий для проверки измерительных приспособлений, находящихся в обращении (тех., физ.). Эталон метра.

|| перен. Шаблон, готовая мерка для чего-нибудь (книжн.).

I

1.

Точный образец установленной единицы измерения чего-либо.

отт. Сама такая точная мера.

2.

Измерительный прибор большой точности, предназначенный для проверки других таких же приборов.

3.

Стандарт.

II

Образец для подражания, сравнения.

ЭТАЛОН (франц. etalon) -..1) мера или измерительный прибор, служащий для воспроизведения, хранения и передачи единиц какой-либо величины. Эталон, утвержденный в качестве исходного для страны, называется Государственным эталоном

2)] (В переносном смысле) - мерило, образец.Международный эталон единицы массы - килограмма - эталонная платино-иридиевая гиря в форме цилиндра диаметром и высотой 39 мм.

ЭТАЛОН (французское etalon), 1) мера или измерительный прибор, служащие для воспроизведения, хранения и передачи единицы какой-либо величины. Эталон, утвержденный в качестве исходного для страны и являющийся копией международного эталона, называется Государственным эталоном. 2) В переносном смысле - мерило, образец.

муж. standard;
model перен. эталон метрам. standard;
перен. model;
~ метра standard metre.

m.standard (of measure)

м

1)тех. Normalmaß n, Eichmaß n

эталон метра — Urmeter m

2)перен. Prototyp m

это для нас не эталон — das ist für uns kein Vorbild

эталон м 1. тех. Normalmaß n 1a, Eichmaß n эталон метра Urmeter m 1d 2. перен. Prototyp m 1c это для нас не эталон das ist für uns kein Vorbild

м. тех.

étalon m

эталон красоты перен. — étalon de beauté

м.

patrón m, patrón de referencia, contraste m(de pesas y medidas)

м. спец.

campione тж. перен.; modello тж. перен.

ЭТАЛОН

(франц. etalon - образец, мерило) - измерит. устройство, предназначенное и утверждённое для воспроизведения и (или) хранения и передачи шкалы измерений или размера единицы измерений средствам измерений. Э. призваны обеспечивать единство измерений в той или иной области науки, а также в др. областях деятельности человека. Э. воспроизводит и (или) хранит всю или к.-л. часть шкалы измерений, одно значение (одну точку шкалы) или неск. значений измеряемой величины.

Различают п е р в и ч н ы е Э., предназначенные для передачи шкалы и (или) размера единицы измерений вторичным и рабочим Э., а также уникальным и высокоточным средствам измерений; в т о р и ч н ы е Э., промежуточные между первичными и рабочими Э.; р а б о ч и е Э. (ранее наз. образцовыми средствами измерений), подразделяемые на разряды в порядке убывания их точности; Э. с р а в н е н и я, применяемые для сличения Э., к-рые не могут быть непосредственно сличены друг с другом по разным причинам (разл. диапазоны значений воспроизводимых величин, разл. типы трактов и присоединит. устройств и т. п.); Э.-п е р е н о с ч и к и, предназначенные для транспортирования к поверяемому (калибруемому) рабочему Э. или иному средству измерений на месте его эксплуатации.

В законодат. метрологии, в основе к-рой лежит закон России "Об обеспечении единства измерений", применяется также классификация Э. по правовым (юридич.) признакам: м е ж д у н а р о д н ы е Э., принятые по междунар. соглашению в качестве первичных (исходных) междунар. Э. и служащие для согласования с ними шкал и размеров единиц измерений, воспроизводимых и хранимых национальными (государственными) Э.; г о с у д а р с т в е н н ы е Э., признанные решением уполномоченного на то государственного органа (в России - Госстандарта) в качестве исходных Э. на территории данного государства. Вторичные и рабочие Э. могут использоваться в качестве исходных для республики, региона, ведомства или предприятия.

Первые Э. (длины, массы) появились одновременно с древними цивилизациями (в Древнем Египте, Ассирии, Вавилонии). История совр. Э. начинается с первого Э. метра, созданного (1799) после принятия метрич. системы мер (т. н. архивный метр). Он представлял собой концевую меру в виде платинового стержня прямоуг. сечения. Одновременно был выполнен и Э. массы - платиновый цилиндр массой 1 килограмм ("архивный килограмм"; назв. связаны с тем, что эти Э. метра и килограмма хранились в архиве Франц. республики). Ныне все развитые страны располагают комплексами взаимосвязанных государственных Э. основных и производных единиц измерения - эталонной базой. Уровень эталонной базы - показатель уровня науки и производства данной страны.

Государственные Э. России хранятся в государственных научных метрологич. центрах Госстандарта (С.-Петербург, Москва, Новосибирск), Германии - в РТВ (Phisikalisch-Technische Bundesanstalt, Брауншвейг), США - в NIST (National, Tnstitute Standarts and Technology, Гейтерсберг) и т. д. В; этих учреждениях ведутся также науч. работы по модернизации Э. и работы по передаче шкал и единиц измерений вторичным и рабочим Э., испытаниям высокоточных средств измерений и проведению особо точных измерений.

Э. характеризуются значениями или диапазоном воспроизводимой величины и погрешностями их воспроизведения и хранения. В соответствии с поверочными схемами (документами, устанавливающими соподчинение средств измерений, участвующих в передаче размера единицы или шкалы измерений от Э. рабочим средствам измерений с указанием методов и погрешностей при передаче) практически используемые диапазоны значений величин (шкал измерений) обычно во много раз (иногда на неск. порядков) превышают диапазоны значений, воспроизводимые первичными Э.

Погрешности Э. высшего звена (международных, государственных) принято выражать тремя составляющими: ср. квадратическим отклонением (СКО) с указанием числа наблюдений при измерении, неисключённым остатком сис-тематич. погрешности (НСП) и там, где это возможно, долговременной нестабильностью - изменением воспроизводимого Э. значения величины за определ. длит. период. Рабочие Э. характеризуют либо суммарным СКО, либо значениями СКО и НСП, что предпочтительнее, т. к. позволяет оценивать значение случайной погрешности при разном числе наблюдений, уменьшать значения НСП (напр., непосредственным сличением с Э. высшего звена).

Принципы формирования комплекса эталонов. Обычно Э. охватывают принятую и действующую совокупность шкал и единиц измерений, использование к-рых осуществляется с помощью средств измерений. Практически необходимыми являются Э. не только основных и многих производных единиц междунар. системы (СИ, SI), но и Э. нек-рых внесистемных единиц и шкал измерений. При разработке конкретных Э. используются атомные и квантовые явления (см. Квантовая метрология), фундаментальные физические константы (ФФК), фундам. физ. принципы (взаимности, суперпозиции, эквивалентности разных видов энергии и др.), принятые по междунар. соглашениям специфич. метрологич. константы и табулированные ф-ции. Учитываются также общие положения, вытекающие из теории шкал измерений: Э. шкалы отношений должен, как минимум, воспроизводить одну точку шкалы (при условии, что вторая опорная точка - естеств. нуль шкалы); Э. шкалы разностей (интервалов) должен как минимум воспроизводить две точки шкалы, одной из к-рых может быть точка условного нуля. Абс. шкалы могут воспроизводиться без Э. непосредственно в измерит. процедуре, когда Э. создаются, то они воспроизводят одну или неск. точек абс. шкалы или её участок. Шкалы наименований и порядка также могут воспроизводиться без Э. путём пунктуального выполнения при измерениях требований, регламентированных в спецификациях. Если же Э. создаются (напр., Э. шкал твёрдости), то они должны воспроизводить все применяемые на практике участки шкал.

Комплекс Э. должен быть взаимно согласованным: поскольку значения ряда производных единиц и шкал можно воспроизвести, применяя различные комбинации Э. основных и производных единиц и шкал, любое такое комбинирование Э. в измерит. процедурах должно давать сопоставимые (одинаковые в пределах объявленных погрешностей) результаты измерений. Проблема согласования Э. усложнилась с введением квантовых Э. производных единиц вольта и ома, воспроизводимых независимо от осн. электрич. единицы - ампера, и тесно сопряжена с согласованием соответствующих ФФК.

Формирование комплекса Э. осуществляется с учётом правовых принципов организации системы обеспечения единства измерений (СОЕИ), гарантирующей правильность результатов многообразных измерений на между-нар., региональном или государственном уровнях. Возможны два предельных варианта построения СОЕИ.

Первый вариант - полностью централизованный, он опирается на единые междунар. или национальные Э., воспроизводящие систему шкал и единиц измерений, и на строго иерархический порядок передачи их с заданной точностью. Второй вариант связан с разработкой спецификаций, опирающихся на стабильные природные явления и позволяющих создать государственные Э. осн. шкал и единиц измерений, изначально воспроизводящие эти шкалы и единицы с гарантированной точностью; этот путь приводит к построению децентрализованной СОЕИ. Первый вариант неизбежен, когда значения осн. единиц системы выбраны произвольно и не связаны с природными явлениями. Соответствующая СОЕИ громоздка, неизбежны большие потери точности при передаче шкал и размеров единиц рабочим средствам измерений, сопряжена с принципиальной возможностью утраты соответствующих Э., т. е. с потерей шкал и размеров единиц. СОЕИ, построенная по второму варианту, свободна от большинства этих недостатков, но требует знания достаточно точных, согласованных на междунар. уровне значений комплекса ФФК, возможности точного воспроизведения квантовых эффектов и физ.-матем. принципов. Оба пути построения СОЕИ не антагонистичны и дополняют друг друга.

Эталоны основных единиц СИ

1. Эталор единицы длины - метра. Шкала длин (расстояний) является шкалой интервалов. Её особенность - отсутствие единого фиксированного в пространстве нуля отсчёта. Измеряются всегда только интервалы протяжённости- расстояния. Условный перемещаемый в пространстве нуль средства измерения длины (нуль шкалы отсчётного устройства) при измерении совмещается с нек-рой точкой измеряемого объекта.

В табл. 1 приведены все существовавшие определения метра и принципы построения СОЕИ длин.

Табл. 1.

* Скорость света в вакууме (для целей метрологии) возве дена в ранг абсолютно точной ФФК.

Определение, принятое в 1983, удобно для измерения больших и сверхбольших расстояний, когда фигурируют достаточно длит. интервалы времени. Относительно небольшие длины определяют косвенным методом: с помощью радиооптич. частотных мостов (РОЧМ; см. ниже), входящих в состав Э. времени и частоты, измеряют частоты излучения стабилизированных лазеров и вычисляют соответствующие длины волн; затем с помощью оптич. интерферометров аттестуют и поверяют меры длины. Эта операция формально совпадает с процедурой воспроизведения размера метра с помощью криптоновой лампы, но в этом случае могут применяться гелий-неоновые лазеры, работающие на частотах ок. 88, 473, 489 и 520 ТГц (погрешности 1,3
• 10^-10-1,1
• 10^-9), аргоновый лазер на частоте ок. 582 ТГц (погрешность 1,3
• 10^-9), а также спектральные лампы ⁸⁶Kr, ^l98Hg, ¹¹⁴Co (погрешности ок. 4^.10^-9) и т. д. Радиооптич. мост России позволяет определить значение частоты перевозимого стабилизированного лазера с большей точностью, СКО <=1^.10^-11 и НСП<2^.10^-11, а также (с несколько меньшей точностью) определить частоту лазера, входящего в состав Э. метра России, СКО к-рого не превышает 2
• 10^-11, а НСП-1
• 10^-9.

2. Эталон единицы массы - килограмма. Шкала масс - аддитивная шкала отношений. Определения килограмма и принципы построения СОЕИ масс приведены в табл. 2.

Табл. 2.

Междунар. прототип Э. массы хранится в Междунар. бюро мер и весов (МБМВ, Париж). Его копия- государственный Э. массы России-имеет абс. погрешность 2^.10^-3 мг.

Определение килограмма не связано с ФФК или др. осн. единицами СИ. Междунар. прототип, безусловно, подвержен износу, степень к-рого определить принципиально невозможно, поэтому поиск путей создания Э. килограмма, опирающегося на ФФК или атомные константы,-важная проблема метрологии. Так, напр., ведутся работы по определению килограмма через вольт и ом с помощью обращённых ампер-весов (см. ниже). Теоретически Э. килограмма мог бы служить идеальный кристалл, содержащий известное число атомов определ. хим. элемента, но способов выращивания такого кристалла пока нет.

С Э. массы связана др. осн. единица СИ-моль-кол-во вещества системы, содержащей столько же структурных элементов (атомов, молекул, ионов и т. п.), сколько содержится атомов в углероде-12 массой 0,012 кг. Масса 1 моля разл. веществ различна, поэтому Э. моля нет. Моль - счётная единица, численно равная числу Авогадро, т. е. он равен массе 6,025
• 10²³ частиц. Включение моля в состав осн. единиц СИ обоснованно оспаривается.

3. Эталон единицы времени (длительности) - секунды. Шкала времени-типичная шкала разностей (интервалов). Секунда, как и шкалы счёта времени, занимает особое место среди др. осн. единиц СИ. Прежде всего, необратимость времени - одна из фундам. характеристик нашей Вселенной. Кроме того, существует стремление выразить через ФФК и секунду (или герц) др. единицы СИ.

В метрич. систему 1791 секунда не входила, измерение времени считалось задачей астрономов, а не метрологов. В последующие системы секунда была включена как осн. единица, её размер одинаков во всех системах. Определение секунды, однако, трижды менялось (табл. 3).

Табл. 3.

Рис. 1.Структурная схема эталона времени и частоты: 1 -цезиевые реперы частоты; 2 - водородные реперы частоты; 3 - водородные хранители частоты и шкал времени; 4 - цезиевый хранитель шкал времени; 5- система формирования рабочей шкалы времени; 6 - радиооптический частотный мост; 7 - аппаратура измерения интервалов времени; 8-аппаратура измере ния частот; 9 - управляющая ЭВМ; 10 - приёмно-ре гистрирующий комплекс системы внешних сличений; 11 -аппаратура сличения шкал времени через метеор ные следы; 12 - аппаратура сличения шкал времени через навигационные станции; 13 - перевозимые квантовые часы; 14 - перевозимый лазер; 15 - системы обеспечения эталона.

Национальные Э. времени имеют в своём составе цези-евые реперы (хранители), т. е. воспроизводят размер секунды в соответствии с её определением (см. Квантовые стан дарты частоты). Иногда цезиевые реперы используются только для периодич. контроля неизменности размера секунды, а роль хранителей шкалы выполняют другие постоянно работающие устройства, напр. водородные генераторы.

Э. времени не только воспроизводят размер секунды, но и ведут шкалы текущего времени - равномерного атомного времени, координированную шкалу времени, привязанную к Григорианскому солнечному календарю, к-рым пользуется большинство стран. В связи с этим Э. времени функционируют непрерывно (в отличие от др. Э.). Относит, погрешность лучших национальных Э. времени (в т. ч. государственного Э. России) лежит в пределах 2^.10^-135^.10^-14. Э. времени - самые точные из всех Э. шкал и единиц измерений.

Э. единицы времени воспроизводят одновременно и единицу частоты-герц, их и наз. Э. в р е м е н и и ч а с т о т ы. Поскольку единица длины - метр - воспроизводится через секунду и скорость света, появилась тенденция к созданию единых исходных Э. времени, частоты и длины. Э. времени и частоты - сложные комплексы, содержащие системы формирования единиц времени и частоты и шкал времени, системы измерения частот стабилизированных лазеров, служащих для воспроизведения размера метра, системы внеш. сличений национальных Э. между собой. На рис. 1 приведена структурная схема Э. времени и частоты России, являющегося частью единого Э. времени, частоты и длины.

Связь Э. времени и частоты с Э. метра осуществляется посредством транспортируемого лазера и при помощи радиооптич. частотного моста (РОЧМ) (рис. 2). На вход РОЧМ подаётся эталонная частота 5 МГц от генератора, синхронизированного и стабилизированного по водородным хранителям и цезиевым реперам. Гармоники этой частоты стабилизируют и частоты вспомогат. клистронов К₁ - К₄. Подавая на смесительно-умножительные диоды разл. комбинации частот (указанные на схеме) и используя системы фазовой стабилизации и автоподстройки частоты, добиваются достаточно точного совпадения с частотами стабилизированных лазеров. Остающуюся разность частот определяют с помощью анализаторов спектра и, т. о., измеряют значение частот этих лазеров с погрешностью до единиц кГц.

4. Эталон единицы силы электрического тока - ампера. Шкала силы электрич. токов - аддитивная шкала отношений. Определение ампера менялось дважды. По определению 1893, относящемуся к системе междунар. практич. электрич. единиц, междунар. ампер - неизменяющийся ток, к-рый, проходя через водный раствор азотнокислого серебра, при соблюдении спецификации выделяет 0,0011180 г серебра в 1 с. Э. ампера-серебряные вольтаметры-создавались децентрализованно, по определению и воспроизведению ампер не был независимой единицей, т. к. определялся через грамм и секунду.

В 1948 при создании МКСА (см. Система единиц )вместо междунар. практич. электрич. единиц были введены абс. практич. электрич. единицы: при этом размер ампера и др. электрич. единиц изменился. Междунар. ампер, определённый в 1893, стал равен 0,99985 абс. ампера. Абс. практич. электрич. единицы вошли в СИ. Определение ампера в СИ-сила неизменяющегося тока, к-рый при прохождении по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малой площади кругового поперечного сечения, расположенным в вакууме на расстоянии 1 м друг от друга, вызывал бы на каждом участке проводника длиной 1 м силу взаимодействия, равную 2
• 10^-7 Н. Это определение связало ампер уже с тремя осн. единицами - метром, килограммом и секундой, оно не может быть воплощено в к.-л. техн. устройстве. Поэтому в большинстве стран в качестве Э. ампера использовались (и частично используются) установки, реализующие ампер путём измерения либо силы (ампер-весы разл. конструкций), либо момента сил, действующих на катушку с током, помещённую в магн. поле др. катушки. Модельные расчёты такого рода устройств содержат неопределённости в реализации междунар. определения. Отсутствие единой пригодной для реализации междунар. спецификации для этих устройств сделало необходимыми междунар. сличения и принятие для единицы ампера нек-poгo ср. значения, т. е. введение централизованной СОЕИ. Т. к. эталонные меры силы тока отсутствуют, сличаются меры электрич. сопротивления, прокалиброванные на национальном Э. ампера - ампер-весах.

Разл. модификации ампер-весов конструктивно похожи. Все они выполняются из немагнитных материалов. К одной чашке весов подвешивается подвижная катушка, коаксиальная с неподвижной, большего диаметра. На другой чашке находится уравновешивающий груз. Обмотки катушек в простейшем случае соединены последовательно. Отличия сводятся к размерам катушек, числам витков, иногда к схеме подключения (со ср. точкой обмотки неподвижной катушки или без неё). При прохождении через них электрич. тока подвижная катушка втягивается в неподвижную или выталкивается из неё, и для восстановления равновесия нужно изменить массу уравновешивающего груза. Значение силы электрич. тока определяется выражением , где т- масса уравновешивающего груза; g- ускорение силы тяжести; М- взаимоиндуктивность; х- взаимное смещение катушек.

В процессе исследования все величины правой части определяются возможно точнее. Поэтому можно рассчитать значение т, соответствующее, напр., силе электрич. тока в 1 А, а включив в цепь катушек эталонный резистор, можно откалибровать эталонные меры ЭДС.

Из приведённого описания ампер-весов следует, что если через катушки пропустить электрич. ток, сила к-рого определена с высокой степенью точности независимым методом, то можно рассчитать значение т, т. е. прокалибровать меру массы, не обращаясь к эталону килограмма. Такой путь создания эталона массы, связанного с ФФК и другими единицами, весьма привлекателен, однако пока не удалось достичь требуемой точности. Разрабатываются квантовые Э. ампера, основанные на измерении магн. индукции методом ЯМР.

В 1992 утверждён национальный Э. ампера России, размер к-рого определяется с использованием квантовых Э. вольта и ома (см. Квантовая метрология), основанных на Джозефсона эффекте и квантовом Холла эффекте. Он воспроизводит нек-рые интервалы шкалы силы постоянных токов. В результате погрешности Э. ампера снизились на два порядка.

5. Эталон единицы термодинамической температуры - кельвина. Шкала термодинамич. темп-ры - пропорциональная шкала отношений. До введения термодинамич. шкалы темп-р применялись интервальные температурные шкалы (Фаренгейта, Реомюра, Цельсия), реализуемые с помощью жидкостных термометров. Их недостаток - нелинейное отклонение шкалы от термодинамической, обусловленное свойствами рабочих веществ. По предложению лорда Кельвина в 1848 размер единицы термодинамич. темп-ры был определён как ¹/₁₀₀ интервала темп-р между точками плавления льда и кипения воды. Эта единица позднее получила назв. "градус Кельвина" (°К). В 1954 X Генеральная конференция по мерам и весам (ГКМВ) определила единицу термодинамич. темп-ры- градус Кельвина как ¹/_273,16 термодинамич. темп-ры тройной точки воды. С 1967 единица термодинамич. темп-ры наз. кельвин (К).

Воспроизведение шкалы термодинамич. темп-ры по междунар. соглашениям регламентировано спецификациями, называемыми междунар. практическими температурными шкалами (см. Температурная шкала). На практике применялись последовательно (по годам принятия, начиная с 1948) МПТШ-48, МПТШ-68, предварительная шкала ПТШ-76 на диапазон 0,527 К, далее переходящая в МПТШ-68.

Шкала МТШ-90 распространяется на любые темп-ры выше 0,65 К, она приближена к термодинамической с отклонениями, не превышающими 13 мК. В криогенной области она опирается на значения термодинамич. темп-р тройных точек водорода, неона, кислорода, аргона, ртути и основную - тройную точку воды. При темп-pax выше 273,16 К МТШ-90 опирается ещё на ряд реперных точек в диапазоне до 1358,15 К (1085 °С).

Государственные первичные Э. России воспроизводят МТШ-90 в двух поддиапазонах: 0,8-273,16 К и 273,16- 2773 К. Осн. часть низкотемпературного Э. составляют две группы железо-родиевых и платиновых термометров сопротивления. Каждая из них содержит 2 платиновых и 2 железо-родиевых термометра, постоянно помещённых в блок сравнения - массивный цилиндр с четырьмя продольными каналами для термометров, что существенно повышает их долговрем. стабильность. Градуировочные зависимости термометров определены по результатам междунар. сличений результатов, полученных национальными термометрич. лабораториями России, Великобритании, США, Австралии и Нидерландов; т. о. осуществлён централизованный вариант СОЕИ. В набор контрольной аппаратуры, помимо устройств для точных измерений сопротивлений и давлений, входит комплект установок для реализации темп-р реперных точек, газовый интерполяц. термометр и криостат сравнения.

Контрольная аппаратура позволяет в случае крайней необходимости произвести полную градуировку термометров Э., т. е. возможен переход от централизованной к децентрализованной СОЕИ.

Погрешности Э. кельвина (СКО) составляют 0,3-1,0 мК, НСП - 0,4-1,5 мК, для любого значения темп-ры до 273,16 К, а при более высоких темп-pax - см. табл. 4.

Табл. 4.- Погрешности эталона в реперных точках МТШ-90

П р и м е ч.: (тр) - тройная точка; (пл) - точка плавления; (з) -точка затвердевания. В промежуточных температурных точках погрешности могут быть несколько большими.

6. Эталон единицы силы света - канделы. Шкала силы света - аддитивная шкала отношений (см. Фотометрия). Определения канделы и соответствующие Э. менялись. Первоначальные Э. единицы силы света (свечи) представляли собой свечи, приготовленные из определ. материалов, затем лампы с жидким горючим с лучшими по сравнению со свечами метрологич. характеристиками. Междунар. фо-тометрич. комиссией и Междунар. комиссией по освещению (МКО) создан (1921) междунар. Э. силы света - междунар. свеча - группа постоянно возобновлявшихся электрич. ламп накаливания с угольной нитью.

В 1937 были созданы эталонные источники света, удовлетворяющие требованиям междунар. спецификации, в виде полных излучателей (моделей абсолютно чёрного тела )с приписанной яркостью 60 кд/см ² при темп-ре затвердевания платины. Т. о., был вновь осуществлён переход к децентрализованному воспроизведению свечи (название в СИ-кандела) на более высоком уровне точности. При этом определении канделы связь световых и энергетич. величин оставалась неоднозначной, по мере совершенствования техники измерений и междунар. сличений неоднозначность связи проявлялась всё заметнее. В 1979 на XVI ГКМВ принято новое определение канделы: сила света в заданном направлении источника, испускающего моно-хроматич. излучение частотой 540
• 10¹² Гц, энергетическая сила света к-рого в этом направлении составляет ¹/ _б83 Вт ^. ср ^-1. Так была установлена однозначная связь световых и энергетич. величин, а макс. световая эффективность К _т =683лм/Вт фактически возведена в ранг точных (не имеющих погрешности) метрологич. констант.

Государственный Э. России представляет собой первичный фотометр, созданный на основе неселективного радиометра, спектральная чувствительность к-рого скорри-гирована спец. жидкостным фильтром под ф-цию V(l) - эмпирич. ф-цию относит. спектральной световой эффективности монохроматич. излучения с длиной волны l. Коэф. преобразования радиометра без фильтра определяется путём измерений в вакууме интегрального по спектру потока излучения высокотемпературной модели абсолютно чёрного тела (модели чёрного тела - МЧТ)-двух коаксиальных трубок из карбида ниобия, нагреваемых в вакууме постоянным электрич. током до темп-ры 3000 К. В состав Э. входят также системы определения спектрального распределения излучения по темп-ре МЧТ, определения спектрального коэф. пропускания светофильтров, регистрации и обработки измерит. информации и передачи размера единицы. Первичный Э. воспроизводит единицу силы света в диапазоне 30110 кд с СКО<=0,1^.10^-2 и НСП<=0,25^.10^-2.

Последовательно осуществляют два режима МЧТ при темп-pax T₁ и Т₂( Т₂ > T₁) и неселективным радиометром измеряют отношение z интегральных по спектру излучения МЧТ энергетич. яркостей L₁b и L₂, а также (с использованием монохроматора) отношение х спектральных плотностей энергетич. яркостей L_1,l и L_2,l на длине волны l, при к-рой достаточна точность Вина закона излучения. В соответствии с этим законом и с учётом Стефана-Больцмана закона излучения получаются соотношения

Здесь c₂ = hc/k- т. н. вторая постоянная излучения в Планка законе излучения. Преобразование этих соотношений даёт ф-лы для искомых значений темп-р:

7. Эталон единицы плоского угла - радиана. Шкала плоских углов - ограниченная абсолютная. Государственный Э. России воспроизводит значения углов не в радианах, а в градусах, 1 рад = 57,29579° (угловые градус, минута и секунда относятся к единицам, используемым наравне с единицами СИ). Погрешность Э. не превышает 0,02 " или 5^.10^-6 рад. Основа Э.- 36-гранная кварцевая призма. В его состав входит также угломерная автоколлимац. установка, состоящая из фотоэлектрич. автоколлиматоров с электронным цифровым отсчётным устройством для установки и поворота 36-гранной призмы.

Осн. причины принятия при построении Э. градусной, а не радианной меры следующие: технологически легче изготовить и метрологически аттестовать призму, имеющую пары взаимно параллельных граней, чем клин, с углом при вершине в 1 рад; средства измерений, програду-ированные в радианах, не выпускаются, т. к. наиб. употребительные в технике и быту углы (90°, 60°, 45°, 30°) не выражаются целочисленно в радианной мере; поскольку на сегодня мы располагаем сколь угодно точным значением p, пересчёт градусной меры в радианную не даёт дополнит. погрешности, даже на эталонном уровне.

Э. телесного угла - стерадиана - не существует, нет и средств измерений для телесных углов. Телесные углы определяют путём измерения плоских углов; при телесном угле в 1 ср плоский угол при вершине конуса составляет 65°32'. Значение телесных углов W с осевой симметрией определяется по ф-ле

где a - плоский угол при вершине конуса в градусах.

В настоящее время (1996) радиан и стерадиан отнесены к безразмерным производным единицам СИ.

Эталонная база России. В государственных научных метрологич. центрах Госстандарта России имеется (по данным Государственного реестра) более 230 государственных Э. и средств измерений высшей точности, централизованно воспроизводящих и хранящих исходные для страны шкалы и размеры единиц измерений, наиб. широко используемых в народном хозяйстве (табл. 5).

Табл. 5.

Лит.: Камке Д., Кремер К., Физические основы единиц измерения, пер. с нем., М., 1980; Актуальные проблемы метрологии в радиоэлектронике, под ред. В. К. Коробова, М., 1985; Самойлов Л. Н., О метрологическом обеспечении измерений редуцированных величин, в сб.: Метрологическое обеспечение световых измерений, М., 1986; Брянский Л. Н., Дойников А. С., Краткий справочник метролога, М., 1991; Брянский Л. Н., Дойников А. С., Крупин Б. Н., Шкалы измерений, "Законодательная и прикладная метрология", 1993, № 3.

Л. Н. Брянский, А. С. Дойников, Б. Н. Крупин.