Как найти закон в эталоне

Пометьте в списке
актов, найденных по ключевому слову
«информационные
ресурсы»,
все декреты, указы Президента Республики
Беларусь, законы Республики Беларусь
и постановления Совета Министров.

Выведите перечень
помеченных актов в новый файл Информ.
ресурсы.
Перечень
осн. НПА в
свою личную папку. Для этого используйте
инструменты Документ
> Сохранить
как программы
ЭТАЛОН.
Выводите
только основные реквизиты помеченных
документов.

Далее войдите в
свою папку, найдите и откройте только
что
сформированный
файл. Сделайте перед списком заголовок:

Декреты,
указы Президента Республики Беларусь,

Законы
Республики Беларусь и постановления
Совета Министров,
найденные в Эталонном
банке данных правовой информации ЭТАЛОН
по ключевому слову «информационные
ресурсы» по состоянию на <дата>

Текущую дату
вставьте с помощью Word
инструментами Вставка
> Дата и время.

Введите после
списка слово Файл
и после него вставьте автоматически
его имя и путь к нему. Для этого используйте
средства Word:
Вставка >
Поле > FileName
с параметрами поля: Добавить
путь к имени файла,
Сохранять
формат при обновлении.

С помощью инструментов
Word
Файл >
Свойства, в
закладке Документ
занесите в форму ключевые слова «правовой
акт», «информационный ресурс». Они будут
характеризовать созданный Вами файл
как часть Вашего личного информационного
ресурса.

Проверьте результат
этой операции: в самом конце файла после
введенной строки Файл <имя файла>
введите с
новой строки текст
Ключевые слова и
далее, используя средства Word:
Вставка >
Поле > KeyWords,
вставьте автоматически эти слова.

Сохраните и закройте
этот файл – он будет полезен при
подготовке к зачету, при написании Ваших
учебных и научных работ.

16. Поиск и выборка документов с известными реквизитами с помощью поисковой формы (четкий поиск) на Национальном правовом Интернет-портале и на сайте Президента Республики Беларусь.

Найдите на
Национальном
правовом Интернет-портале
(http://pravo.by/dict/dict.asp)
в юридическом словаре правовую трактовку
термина «информационный центр»,
скопируйте в свой рабочий файл определение
этого термина и ссылку на закон, где
этот термин был введен.

Перейдите здесь
же на портале в раздел Правовая
информация
> Банк
данных, войдите
в этот банк, ознакомьтесь с поисковой
формой и введите в нее известные Вам
поисковые реквизиты того правового
акта, где определен термин «информационный
центр». Нажмите на форме «кнопку» Искать
и ждите
ответа Интернет-версии
эталонного банка данных правовой
информации. В ответе должен быть
сформирован список актов, удовлетворяющих
Вашему поисковому предписанию. От списка
переходите по гиперссылке к тексту
документа.

В найденном для
Вас тексте правового акта скопируйте
статью 1 в свой рабочий файл.

Найдите на сайте
Президента Республики Беларусь
http://president.gov.by/
в подразделе Официальные
документы Декрет
№ 3 от 9 марта 2005 г.

Коротко ознакомьтесь
с его текстом, скопируйте его заглавие
и наиболее важные, на Ваш взгляд, фрагменты
декрета в свой рабочий файл. Сделайте
сноску внизу страницы на источник –
URL.

Попробуйте сами
назвать ключевые слова, характеризующие
этот документ для поиска в Эталонном
банке данных правовой информации.
Убедитесь в своей правоте, проведя поиск
придуманных Вами слов по Словарю ключевых
слов программы ЭТАЛОН. Если найдете,
кликните по ним и посмотрите соответствующие
списки родственных (по ключевому слову)
правовых актов.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #

  26.09.2019130.05 Кб1PT.doc

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

Эталон – 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.

В Федеральном законе N 102-ФЗ от 26.06.2008 г. «Об обеспечении единства измерений» эталону  дано следующее определение: эталон единицы величины – техническое средство, предназначенное для воспроизведения, хранения и передачи единицы величины.

Основным назначением эталонов является хранение и воспроизведения единицы физической величины для передачи ее размера другим эталонам и рабочим средствам измерений. Под передачей размера единицы величины понимается приведение размера величины, хранимой средством измерений, к размеру единицы, воспроизводимой эталоном. Эта процедура осуществляется при поверке средств измерений.

Виды эталонов:

• Первичный эталон – это эталон, воспроизводящий единицу физической величины с наивысшей точностью, возможной в данной области измерений на современном уровне научно-технических достижений. Первичный эталон может быть национальным (государственным) и международным.
• Государственный первичный эталон – первичный эталон, признанный решением уполномоченного на то государственного органа в качестве исходного на территории государства.
• Национальный эталон – эталон, признанный официальным решением служить в качестве исходного для страны.
• Специальный эталон – эталон, обеспечивающий воспроизведение единицы в особых условиях (смена характера объекта измерений) и заменяющий для этих условий первичный эталон. Единица, воспроизводимая с помощью специального эталона, по размеру согласована с единицей, воспроизводимой с помощью соответсвующего первичного эталона.
• Международный эталон – эталон, принятый по международному соглашению в качестве международной основы для согласования с ним размеров единиц, воспроизводимых и хранимых национальными эталонами.
• Эталон копия – применяется вместо государственного эталона для хранения единицы и передачи её размера рабочим эталонам. Эталон копия не всегда является физической копией государственного эталона, а применяется в качестве копии только по метрологическому назначению.
• 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.
• Одиночный эталон – эталон состоящий из одной меры, одного измерительного прибора или одной измерительной установки, обеспечивающих воспроизведение или хранение единицы самостоятельно, без других средств измерений того же типа.
• Групповой эталон – эталон состоящий 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 их значений, найденных с помощью отдельных мер или измерительных приборов, входящих в групповой эталон. Групповые эталоны могут быть постоянного и переменного состава. В групповые эталоны переменного состава входят меры или измерительные приборы, периодически заменяемые новыми. Отдельные меры или измерительные приборы, входящие в групповой эталон, применяют в качестве рабочих эталонов, если это допустимо по условиям хранения единицы.
• Рабочий эталон – эталон, предназначенный для передачи размера единицы рабочим средствам измерений.

Ученый-хранитель – ответственное лицо, назначаемое для ведения работ с эталонами, наблюдения за правильным хранением, сличением и исследованием эталонов в метрологических институтах, в том числе и межденародным сличением.

Эталонная база РФ насчитывает 118 государственных эталонов и более 300 вторичных эталонов. Государственные эталоны служат для воспроизведения физических величин, поэтому структура эталонной базы соответствует структуре единиц СИ. Основа этой базы – эталоны основных единиц СИ, кроме эталона единицы количества вещества (моль). Одной из причин того, что эталон единицы количества вещества не создан, является недостаточная четкость определения этой единицы и отсутствие метода ее измерения в соответствии с определением. Тем более, эту единицу трудно назвать основной, так как ее определение связано с единицей массы. Вполне возможно, что эта единица будет переведена в разряд специальных единиц массы.

Крупнейшие хранители эталонов РФ – метрологические институты: Всероссийский научно-исследовательский институт метрологии им. Д.И. Менделеева (ФГУП ВНИИМ) и Всероссийскй научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений (ФГУП ВНИИФТРИ).

Кроме национальных эталонов единиц существуют международные эталоны, хранимые в Международном бюро мер и весов (МБМВ). Программой деятельности МБМВ предусмотрены систематические международные сличения национальных эталонов крупнейших метрологических лабораторий разных стран с международными эталонами и между собой.

По инициативе международных метрологических организаций в октябре 1999г. директора национальных метрологических институтов большинства стран мирового сообщества – членов Метрической конвенции подписали «Договоренность» о взаимном признании национальных эталонов и сертификатов на измерения и калибровки, выдаваемых национальными метрологическими институтами». Согласно этому документу степень эквивалентности национальных эталонов будет определяться на основе результатов их международных сличений друг с другом, проводимых под эгидой консультативных комитетов Международного комитета по мерам и весам и региональных метрологических организаций и являющихся юридической основой признания эквивалентности сличаемых эталонов и соответственно правильности измерений и сертификационных испытаний в странах-участниках ключевых сличений.

Эталон — это высокоточная мера, предназначенная для воспроизведения и хранения единицы величины с целью передачи ее размера другим средствам измерений. От эталона единица величины передается разрядным эталонам, а от них — рабочим средствам измерений.

Эталоны классифицируют на первичные, вторичные и рабочие.

Первичный эталон — это эталон, воспроизводящий единицу физической величины с наивысшей точностью, возможной в данной области измерений на современном уровне научно-технических достижений. Первичный эталон может быть национальным (государственным) и международным.

Национальный эталон утверждается в качестве исходного средства измерения для страны национальным органом по метрологии. В России национальные (государственные) эталоны утверждает Госстандарт РФ.

Международные эталоны хранит и поддерживает Международное бюро мер н весов (МБМВ). Важнейшая задача деятельности МБМВ состоит в систематических международных сличениях национальных эталонов крупнейших метрологических лабораторий разных стран с международными эталонами, а также и между собой, что необходимо для обеспечения достоверности, точности и единства измерений как одного из условий международных экономических связей. Сличению подлежат как эталоны основных величин системы СИ, так и производных. Установлены определенные периоды сличения. Например, эталоны метра и килограмма сличают каждые 25 лет, а электрические и световые эталоны — один раз в 3 года.

Первичному эталону соподчинены вторичные и рабочие (разрядные) эталоны. Размер воспроизводимой единицы вторичным эталоном сличается с государственным эталоном. Вторичные эталоны (их иногда называют «эталоны-копии») могут утверждаться либо Госстандартом РФ, либо государственными научными метрологическими центрами, что связано с особенностями их использования. Рабочие эталоны воспринимают размер единицы от вторичных эталонов и в свою очередь служат для передачи размера менее точному рабочему эталону (или эталону более низкого разряда) и рабочим средствам измерений.

Самыми первыми официально утвержденными эталонами были прототипы метра и килограмма, изготовленные во Франции, которые в 1799 г. были переданы на хранение в Национальный архив Франции, поэтому их стали называть «метр Архива» и «килограмм Архива». С 1872 г. килограмм стал определяться как равный массе «килограмма Архива». Каждый эталон основной или производной единицы Международной системы СИ имеет свою интересную историю и связан с тонкими научными исследованиями и экспериментами.

Например, принятый в 1791 г. Национальным собранием Франции эталон метра, равный одной десятимиллнонной части четверти дуги парижского меридиана, в 1837 г. пришлось пересмотреть. Французские ученые установили, что в четверти меридиана содержится не 10 млн., а 10 млн. 856 метров. К тому же известно, что происходят, хотя и незначительные, но все же постоянные изменения формы и размера Земли. В этой связи ученые Петербургской академии наук в 1872 г. предложили создать международную комиссию для решения вопроса о целесообразности внесения изменений в эталон метра. Комиссия решила не создавать новый эталон, а принять в качестве исходной единицы длины «метр Архива», хранящийся во Франции. В 1875 г. была принята Международная метрическая конвенция, которую подписала и Россия. Этот год метрологи считают вторым рождением метра как основной международной единицы длины.

Уже в XX в. (1967 г.) были опубликованы исследования более точного измерения парижского меридиана, которые показали, что четверть меридиана равна

10 млн. 1954,4 метра. Таким образом, «метр Архива» всего на 0,2 мм короче меридионального метра.

В 1889 г. был изготовлен 31 экземпляр эталона метра из платино-иридиевого сплава. Оказалось, что эталон № 6 при температуре 0°С точно соответствует длине «метра Архива», и именно этот экземпляр эталона по решению I Генеральной конференции по мерам и весам был утвержден как международный эталон метра, который хранится в г. Севре (Франция). Остальные 30 эталонов были переданы разным государствам. Россия получила № 28 и № 11, причем в качестве государственного был принят эталон № 28.

Погрешность платино-иридиевых эталонов метра, равная + 1.1*10^-7 м уже в начале XX в, оценивалась как неудовлетворительная, и в 1960 г. XI Генеральная конференция по мерам и весам выработала другое определение метра — в длинах световых волн, что основано на постоянстве длины волны спектральных линий излучения атомов. Это основа криптонового эталона метра. Погрешность криптонового эталона намного меньше, чем платино-иридиевого, и равна 5-Ю»⁹.

Однако в космический век и эта точность оказалась недостаточной, а новейшие достижения науки позволили в 1983 г. на XVII Генеральной конференции мер и весов принять новое определение метра как длины пути, проходимого светом за 1/299792458 доли секунды в условиях вакуума. Следует отметить, что на этой же конференции было объявлено точно определяемое современной наукой значение скорости света.

Не менее интересна история эталона единицы массы. «Килограмм Архива», который был принят за эталон массы в 1872 г., представляет собой платиновую цилиндрическую гирю, высота и диаметр которой равны по 39 мм. Прототипы (вторичные эталоны) для практического применения были сделаны из платино-иридиевого сплава, За международный прототип килограмма была принята пла-тино-иридиевая гиря, по точности в наибольшей степени соответствующая массе «килограмма Архива».

По решению I Генеральной конференции по мерам и весам России из 42 экземпляров прототипов килограмма были переданы № 12 и № 26, причем № 12 ут-

вержден в качестве государствен-

ного эталона массы (см. рис. 28.1). Прототип № 26 использовался как вторичный эталон.

Национальный (государственный) эталон массы хранится в НПО «ВНИИМ им. Д.И. Менделеева» (г. Санкт-Петербург) на кварцевой подставке под двумя стеклянными колпаками в стальном сейфе, температура воздуха поддерживается в пределах 20 +/- 3°С, относительная влажность 65%. Один раз в 10 лет с ним сличаются два вторичных эталона.

При сличении с международным эталоном наш национальный эталон массы получил значение 1,0000000877 кг. Для передачи размера единицы массы от прототипа № 12 вторичным эталонам используются специальные весы № 1 и № 2 с дистанционным управлением на 1 кг; весы № 1 изготовлены фирмой «Рупрехт», a № 2 — НПО «ВНИИМ им Д.И. Менделеева». Погрешность воспроизведения килограмма составляет 2*10^-9.

За 100 с лишним лет существования описанного прототипа килограмма, конечно, были попытки создать более современный эталон на основе фундаментальных физических констант масс различных атомных частиц (протона, электрона и т.д.). Однако на современном уровне научно-технического прогресса пока не удалось воспроизвести этим новейшим методом массу килограмма с меньшей погрешностью, чем существующая.

Отклонения массы эталонов, определяемые при международных сличениях, показывают достаточную степень ее стабильности. В табл. 28.1 приведены результаты двух сличений.

Предыдущая — СОДЕРЖАНИЕ — Следующая

Леонид Намер
«Химия и жизнь» №8, 2016

А в попугаях я гораздо длиннее!
Один знаменитый удав

Все наши измерения, все наши приборы опираются на эталоны. Однако не только на них, а еще на гипотезы о них и вообще об этом мире, на весь опыт физики. Говоря об эталонах, часто рассуждают об их большей или меньшей точности — но это неправильно: эталон точен по определению, мы так решили. И за нашим решением как раз и стоит опыт, физическая модель. В некоторых случаях мы уверены, что эталон — физическая константа: скорость распространения электромагнитной волны в вакууме, постоянная Планка и т. д. В некоторых — мы понимаем, что это не совсем так, и отчасти знаем почему (современный эталон килограмма). В этих случаях лучше говорить «нестабильность».

Возможные причины нестабильности эталонов — интересный физический вопрос. Метрология начала с естественных эталонов (части тела человека как мера длины, зернышко растения как мера веса), потом частично перешла к искусственным (метр, килограмм), сейчас возвращается к естественным, но уже квантовым. Причины такой эволюции — погоня за стабильностью и легкостью повторения и передачи. Некоторые из этих новых эталонов намного меньше тех, с которыми обычно приходится иметь дело, поэтому необходима масштабирующая цепь устройств. Такие цепи существуют для времени и длины; для некоторых возможных и перспективных эталонов масштабирующие цепи не нужны: например, для эталона напряжения на квантовом эффекте Джозефсона и сопротивления — на квантовом эффекте Холла.

Что касается конкретных эталонов, то метр уже давно определяется не по насечкам на палке и даже не по длине волны излучения, а через секунду и скорость распространения электромагнитной волны, которой приписано точное значение.

В природе полно периодических процессов, поэтому с естественным эталоном времени проблем не было; правда, лично я взял бы не вращение Земли, а периодическое засыпание. Потому что вращается Земля или нет — мы видим только при надлежащем состоянии облачности, а спать хочется в любую погоду. Потом выяснилось, что вращается она неравномерно, и перешли к атомному эталону. А именно: постановили, что секунда — это интервал времени, равный 9 192 631 770 периодам излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133, находящегося в покое при температуре 0 К. Из определения видно, что период излучения заметно меньше обычно измеряемых временных интервалов, и достижением метрологии было создание системы приборов, преобразующих частоты и временные интервалы из задаваемых атомным эталоном в те, которые обычно приходится измерять.

Эталон массы — это гиря из платиноиридиевого сплава, хранящаяся под двойным колпаком и т. д. Логичен вопрос: почему не взять естественный эталон — атом? Вот уж у кого по всем современным воззрениям с постоянством массы дело обстоит хорошо. Ответ прост: потому что атом маленький, а отсчитать число Авогадро атомов — замучаешься. В пустыне Сахара всего три моля песчинок, а моль однодолларовых бумажек покрыл бы Землю, кажется, слоем в два километра толщиной. Но перейти на естественный псевдоатомный эталон хочется. Поэтому ведутся работы по созданию нового эталона массы на основе атомных свойств; размер самой единицы сохранится, так что выкидывать безмены и прочие весы не придется. Если, конечно, кто-то не «выиграет» всероссийский тендер на замену всех весов.

Эталон количества вещества — это моль. Отдельного эталона моля не существует, по определению — это количество вещества, которое содержит столько молекул (атомов, ионов), сколько атомов в 12 граммах углерода-12, то есть попросту — постоянная Авогадро.

В физике есть несколько разных способов определения температуры, в метрологии они все опираются на так называемую термодинамическую температуру. Это та самая, которая однозначно связана с энергией через постоянную Больцмана (поэтому физики часто измеряют температуру в единицах энергии). Она же входит в универсальный газовый закон. Шкала температур условна, и таких шкал много. Наиболее распространены сегодня шкалы Кельвина, Цельсия и Фаренгейта. В некоторых регионах используют более простую шкалу с тремя температурами — холодно, терпимо, жарко. Или четырьмя, как объяснил мне один из авторов нашего журнала, — в Сибири добавляют «мороз, блин». На шкале Кельвина ноль совпадает с абсолютным нулем, а реперная точка — тройная точка воды. Значение температуры в этой точке выбрано так, чтобы цена деления шкалы Кельвина совпадала с ценой деления шкалы Цельсия (для упрощения пересчета). Другие реперные точки, которые нужны для калибровки термометров, — это точки фазовых переходов чистых веществ. Для получения промежуточных значений требуется интерполяция между этими точками, она делается термометрами сопротивления и газовым термометром. То есть опять же на основе всей физики.

Эталонами электрических величин сначала были ток (через гальванопроцесс и вес осадка) и сопротивление (через сопротивление ртутного цилиндрика), напряжение определялось законом Ома, а передавалось — особо стабильным гальваническим элементом («нормальный элемент»). Позже ампер определили через взаимодействие токов, и эталоном стали токовые весы, в которых измеряется сила притяжения между двумя катушками с «эталонируемым» током; эталоном напряжения стал нормальный элемент, а ом стали определять по Ому.

Потом перешли к квантовым стандартам: было показано, что при увеличении тока, протекающего через переход сверхпроводник — диэлектрик — сверхпроводник, облучаемый СВЧ с некоторой частотой, напряжение на переходе увеличивается не плавно, а скачками, причем величина скачка зависит от этой частоты, постоянной Планка и заряда электрона (эффект Джозефсона). Поскольку частота измеряется с высокой точностью, возникла возможность построения квантового эталона напряжения.

Далее было показано, что на переходе металл — диэлектрик — полупроводник при низких температурах имеет место квантовый эффект Холла — при увеличении магнитного поля сопротивление изменяется скачками, зависящими только от постоянной Планка и заряда электрона. Соответственно при наличии квантового эталона напряжения и тока на их основе может быть дано новое определение ампера.

Свет — это электромагнитное излучение в диапазоне непосредственного восприятия человеком. Поэтому в технике, а значит, и в метрологии ему уделяется большее внимание. Световых единиц, как известно, четыре — световой поток, сила света, светимость и яркость. С точки зрения физики никаких новых единиц и новых эталонов для описания света не нужно: это Вт, Вт/стер, Вт/м² и Вт/(м²стер), поскольку свет — это электромагнитное поле, переносящее энергию. Однако на протяжении значительной части истории техники основным прибором был глаз человека — сравнение силы света эталона и исследуемого источника проводилось «на глаз». Остальные единицы определялись через силу света, и все четыре именовались: люмен, кандела, люкс и кандела/м². Кандела эталонировалась излучением абсолютно черного тела при фиксированной температуре; потребность перевода «ваттных» единиц в оптические и обратно повлекла стандартизацию так называемой «кривой видности» — стандартной характеристики чувствительности глаза. Скоро определение канделы изменится, оно перестанет быть связано с глазом, хотя сама величина сохранится.

В заключение отметим, что бегать с каждой ученической линейкой в гости к эталону метра не удастся. Поэтому эталоны и средства измерений для любой величины представляют пирамидальную структуру высокой сложности и стоимости. На вершине находятся государственные эталоны основных величин, многомиллионные установки, изолированные комнаты, сложнейшие процедуры, ниже — рабочие эталоны разных классов, потом рабочие средства измерений и, наконец — напольные весы, на шкалу которых с трепетом смотрит лучшая часть человечества. А также деревянная линейка, на которой Вовочка выцарапывает свое мнение о Марь-Иванне. Когда она это обнаружит, его выгонят из класса, а вечером он получит ремня.

Человечество окончательно отказывается от материальных эталонов, теперь все главные единицы СИ будут привязаны к фундаментальным физическим константам. От точных измерений времени, расстояний и масс сегодня зависит множество вещей — от спутниковой навигации до правильной работы магазинных весов. А точность этих измерений зависит от эталонов — сложных устройств, которые сегодня обслуживают тысячи ученых и инженеров. Нужны ли будут они в новой «нематериальной» метрологии, разбиралась редакция N + 1.

В международной системе единиц измерения СИ (от французского Le Systeme International d’Unites, SI) приняты семь основных величин, через которые определяются все остальные, производные единицы. Для точного измерения этих величин ученые создают эталоны, ведь измерение и есть сравнение чего-либо с эталоном. Первый эталон системы СИ — эталон килограмма — был официально принят в июне 1799 года во Французской республике. С тех пор основные единицы не единожды переопределялись, например единица длины, метр, первоначально была привязана к длине парижского меридиана, потом — к длине волны излучения атома криптона-86 и, наконец, — к скорости света в вакууме. Почти все другие единицы тоже постепенно оказались привязаны к фундаментальным физическим константам (ФФК).

Сейчас во Франции проходит 26-я Генеральная конференции по мерам и весам, и на ней будет принято решение еще раз переопределить килограмм, моль, кельвин и ампер. Американский Национальный институт стандартов (NIST) называет это будущее решение «поворотным пунктом в истории человечества». Система СИ будет обновлена, и из нее исчезнет последний материальный эталон — эталон килограмма. Все единицы будут привязаны к константам, не подверженным износу.

В Россию, согласно реестру Росстандарта, хранятся 165 различных эталонов основных и производных единиц. Что же будет с ними дальше, после новой реформы?

«Система СИ будет окончательно „отвязана“ от материального мира. Килограмм, вслед за остальными единицами, будет переопределен через фундаментальную физическую константу. Но это не значит, что и метрология станет „нематериальной“. Останутся эталоны, останется необходимость их сличений, нужно будет, как и раньше, обеспечивать единство и точность измерений, технически совершенствовать оборудование, передавать единицы измерения основным потребителям — промышленности, медицине, науке. Более того, у нас прибавится работы — понадобится разрабатывать новые измерительные технологии для квантовых единиц», — сказал N + 1 руководитель ВНИИ метрологии имени Дмитрия Менделеева Антон Пронин.

В этой статье мы расскажем о том, как «живут» российские эталоны, как ученые следят за их «здоровьем» и какое будущее их ожидает.

Национальный килограмм

Российский национальный эталон килограмма (его номер в ресстре — ГЭТ 3-2008, у каждого эталона есть такой номер) — это цилиндр из сплава платины и иридия с массовыми долями 90 и 10 процентов соответственно, диаметром и высотой около 39 миллиметров. Хранится образец в лаборатории массы и силы петербургского ВНИИ метрологии. На самом деле эталонов сразу два — это копии № 12 и № 26. 12-й играет роль национального прототипа килограмма, а 26-й — роль эталона-свидетеля, способный в случае порчи или утраты 12-го его заменить.

Цифры 12 и 26 — это порядковые номера копий Международного прототипа килограмма (МПК), хранящегося в Международном бюро мер и весов (МБМВ) во французском городе Севр. Согласно парижскому соглашению 1875 года, за прототип — «истинный килограмм» — был принят оригинальный платино-иридиевый цилиндр, а 42 его точных копии были пронумерованы и разделены: две остались «дежурными» копиями прототипа, а остальные 40 поделили между собой страны-участницы метрической конвенции. Сплав платины и иридия химически инертен, имеет высокую твердость и износоустойчивость, относительно малый коэффициент теплового расширения, большую плотность и наделен парамагнитными свойствами.

Вес российского эталона килограмма менялся примерно на 0,3 микрограмма в год, то есть на 30 микрограмм за более чем 100 лет. Похудел эталон за счет испарения атомов с поверхности цилиндра. Остальные копии показали похожие темпы «потери массы» — от 20 до 50 микрограмм. Это достаточно большие значения для современных требований к точности. Килограмм является одной из семи основных единиц СИ, и накопленные отклонения могут стать причиной так называемого технического системного кризиса. Именно поэтому научное сообщество решило переопределить килограмм через точно измеренную и фиксированную постоянную Планка.

Свои копии килограмма Россия получила в 1893 году, и с тех пор эталон не покидал стены института метрологии, он оставался здесь даже во время блокады Ленинграда. Обе копии являются государственным достоянием и хранятся в историческом здании, спроектированном при участии самого Дмитрия Менделеева для хранения эталонов. Помещение имеет изолированный от остального здания собственный фундамент массой 750 тонн, а температура воздуха поддерживается постоянно на уровне от 18 до 22 градусов Цельсия, причем скорость изменения температуры не может меняться быстрее 0,1 градуса в час.

Но даже очень мощный фундамент не вполне спасает: все работы по передаче единицы для вторичных эталонов и метрологические сличения производятся в ночное время. Рядом с институтом — станция метро и днем возможны погрешности из-за вибраций. Кроме двух копий прототипа килограмма, в состав государственного эталона входят компараторы массы (специальные приборы для сравнения массы двух образцов), аппаратура для измерений плотности воздуха. После перехода СИ на определение всех величин через фундаментальные физические константы передача единицы должна осуществляться в условиях вакуума, поэтому недавно в лаборатории появился вакуумный компаратор.

Наша российская платино-иридиевая копия № 12 сличалась с главным эталоном недавно, в 2014 году, и перекалибровка потребуется только в 2024–2029 годах. К этому сроку в России планируется осуществить работы для независимой реализации килограмма через постоянную Планка с необходимой точностью порядка 2 × 10^-8 килограмма.

После переопределения килограмма процедура сличений останется неизменной: техническим протоколом назначается лаборатория-пилот, организующая определенную программу мероприятия с указанием сроков и участников, она же посылает поочередно всем участникам сличений артефакт и рассчитывает отклонение каждой лаборатории от опорного значения.

Единственное новшество будет заключаться в следующем. Ранее единица (килограмм) передавалась от национального эталона вторичным эталонам при помощи компаратора массы (прибора для измерений разности массы между двумя эталонами) в условиях атмосферного воздуха. Теперь же передача единицы от национального прототипа килограмма вторичным эталонам будет осуществляться с помощью вакуумного компаратора в условиях вакуума, то есть в тех же условиях, в которых калиброван прототип.

От вторичных эталонов единица передается рабочим эталонам при помощи обычных компараторов в условиях атмосферного воздуха. Далее сохраняется вся действующая иерархическая система передачи единицы, вплоть до рабочих средств измерений масс: весов торговых, аналитических, весов для взвешивания вагонов и других.

Фонтаны времени

Единица измерения времени — секунда — с 1967 года определяется как интервал времени, соответствующий 9 192 631 770 периодов излучения между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133. Это позволяет государствам создавать свои первичные эталоны единиц времени независимо от других государств.

Российский государственный первичный эталон единицы времени (его номер в реестре ГЭТ 1-2018) хранится во Всероссийском научно-исследовательском институте физико-технических и радиотехнических измерений (ВНИИФТРИ). Это устройство на основе фонтана атомов цезия. «Фонтан» устроен так: облако сверххолодных атомов цезия помещают в оптическую ловушку, а затем под действием лазера они «подпрыгивают» вверх. Затем лазеры выключают, облако медленно опускается, а другой лазер считывает значения.

Этот прибор работает не в постоянном режиме: значение частоты воспроизводится примерно каждые 150 секунд. Чтобы потребители имели доступ ко времени непрерывно, время хранят более простые устройства — водородные генераторы частоты. Но у них есть недостаток — дрейф, для компенсации которого используется рубидиевый хранитель. Все устройства комплекса работают сообща, как единый организм.

Государственный первичный эталон единицы времени существует в нашей стране с конца 1950-х годов. В лесном массиве в окрестностях поселка Менделеево, недалеко от Зеленограда, для эталона на территории ВНИИФТРИ построено отдельное трехэтажное здание. Такое расположение продиктовано требованиями к хранению и эксплуатации эталона: чтобы генератор не подвергался внешним воздействиям, рядом с ним не должно быть больших дорог и сильных электромагнитных полей.

Внутри здания специальная система кулеров следит за отсутствием больших перепадов температур (не более 0,3 градуса Цельсия). Для устранения блуждающих токов проведено высокоэффективное заземление. Предусмотрена защита от перебоев электропитания: в случае необходимости система аккумуляторов способна поддерживать работу всего комплекса в течение часа; если за это время неполадки не будут устранены, подключатся дизельные генераторы, способные снабжать эталон энергией в течение нескольких дней.

Каждые сутки данные от российского эталона поступают с помощью спутников в Международное бюро мер и весов для сличения: бюро сравнивает показатели нашего эталона с показателями эталонов других стран, анализирует полученные результаты и каждый месяц предоставляет информацию о точности работы эталона и отличии национальной шкалы времени от шкалы, формируемой самим бюро. Это отличие в настоящее время не превышает пяти наносекунд.

Способы передачи информации о времени от эталона потребителю зависят от требуемой точности. Один из наиболее массовых каналов передачи единицы времени у нас в стране использует для этого ГЛОНАСС: с его помощью данные непосредственно от эталона распространяются с точностью в несколько наносекунд. Также информацию о времени передают специальные серверы: чтобы воспользоваться ими, пользователи должны обратиться по установленному IP-адресу. Например, для пользователей операционной системы Windows достаточно поставить «галочку» в настройках, чтобы время на компьютере сверялось с серверами ВНИИФТРИ. Четыре сервера российского эталона обслуживают ежедневно несколько десятков миллионов запросов на предоставление данных о точном времени, с погрешностью в миллисекунды.

Специфический и дорогой способ получать точное время предоставляют специализированные радиостанции — это важно для тех, кто обязан его знать даже в том случае, если ГЛОНАСС выйдет из строя. Четвертый способ — использовать мобильные часы, изготовленные во ВНИИФТРИ.

Государственный первичный эталон единицы времени работает сегодня по принципу определения секунды через фундаментальную физическую константу, и изменения данного определения в ближайшее время не предвидится. Однако требования потребителей к точности измерения частоты и времени непрерывно возрастают, и все ведущие исследовательские лаборатории мира, в том числе и ВНИИФТРИ, разрабатывают все более точные часы на других атомных переходах, но уже в оптическом диапазоне, например с использованием стронция и иттербия. В результате этого развития «цезиевая» секунда может однажды смениться на «стронциевую» или «иттербиевую».

Градусы из чистых веществ

В России существуют два государственных первичных эталона температуры. Первый (ГЭТ 35-2010) находится во ВНИИФТРИ и работает в диапазоне от 0,3 кельвина до 273,16 кельвина. В его состав входят наборы эталонных термометров сопротивления в трех блоках сравнения, откалиброванные по газовому термометру постоянного объема, а также аппаратура для реализации плавления гелия-3, комплект аппаратуры для реализации температуры реперных точек международной температурной шкалы МТШ-90, криостаты сравнения, аппаратура для точных измерений сопротивления.

Сейчас этот эталон воспроизводит единицу температуры (которая по действующему до сегодняшнего дня определению равна 1/273,16 части термодинамической температуры тройной точки воды) по температурным зависимостям эталонных термометров, стабильность которых проверяется сличением между собой в криостатах сравнения, а также с температурой реперных точек, что обеспечивает воспроизведение единицы температуры в соответствии с Международной шкалой МТШ-90 и Предварительной низкотемпературной шкалой ПНТШ-2000.

Кроме того, во ВНИИФТРИ разработали акустический газовый термометр, определяющий термодинамическую температуру по скорости звука в газообразном гелии с высокой точностью — в диапазоне от 4,2 до 273,16 кельвина. Именно этот термометр планируется ввести в состав ГЭТ 35-2010 для улучшения точности воспроизведения и передачи единицы температуры — кельвина на основе первичного метода акустической газовой термометрии, основанного на законах термодинамики и статистической физики. Это позволит воспроизводить и передавать единицу температуры в соответствии с новым определением кельвина и обеспечивать единство измерений в области низких температур после переопределения кельвина.

Второй государственный эталон (ГЭТ 34-2007) предназначен для высоких температур (от 0 до 3000 градусов Цельсия) и размещен во ВНИИ метрологии. В этот комплекс, во-первых, входят три платиновых термометра сопротивления для диапазона от 0 до 660,323 градуса Цельсия и три — для диапазона 419,527–961,78 градуса Цельсия. Во-вторых, установки для воспроизведения различных температур: тройной точки воды, плавления галлия, затвердевания индия, олова, цинка, алюминия, серебра. Далее, комплекс аппаратуры для измерения сопротивления термометров, фотоэлектрический компаратор яркостей тепловых излучателей, излучатель «черное тело» для воспроизведения температур затвердевания серебра, золота и меди, группа из трех температурных ламп и высокотемпературный излучатель «черное тело» для передачи размера единицы температуры.

Как и его низкотемпературный коллега, этот эталон работает на основе метода воспроизведения температур фазовых переходов чистых веществ, позволяющих определить точные значения сопротивлений стабильных платиновых интерполяционных термометров в реперных точках МТШ-90.

В связи с переопределением единицы кельвина во ВНИИ метрологии создают экспериментальный эталон единицы температуры, который будет основан на новом определении — через постоянную Больцмана. Завершить разработку и утвердить новый эталон планируется в 2019 году, но уже сейчас часть созданной аппаратуры была исследована и подтвердила высокие метрологические характеристики нового эталона на уровне лучших мировых достижений в области измерений температуры.

Сила через сопротивление

Государственный первичный эталон (ГЭТ 4–91) единицы силы постоянного электрического тока — ампера — тоже хранится во ВНИИМ. Он состоит из двух комплексов аппаратуры — в первом используются термостатированные меры (работающие при температуре около 30 градусов Цельсия) с номинальным сопротивлением 1 ом и 1 килоом для воспроизведения силы тока 1 ампер и 1 миллиампер соответственно и мера напряжения 1 вольт.

Эталон единицы силы тока, таким образом, реализуется через закон Ома, а меры сопротивления и напряжения получают свою единицу от квантовых эталонов, участвующих в международных ключевых сличениях. Учитывая высокую точность передачи единиц вольта и ома эталону силы тока в диапазоне 10^-3—1 ампер, а также отсутствие в указанном диапазоне высокоточных транспортируемых мер тока, международные сличения в данной области не проводятся. Передача единицы силы тока средствам измерения происходит с помощью компаратора.

Вторая часть госэталона ГЭТ 4–91, предназначенная для реализации диапазона малых токов (10^-16—10^-9 ампер), основана на электрометрическом методе, в котором значение силы тока определяется через напряжение на электрической емкости, через которую ток протекает в течении заданного времени. Для обеспечения необходимой точности сличений эталонов силы тока в данной области был разработан транспортируемый госэталон ГВЭТ 4-01-2010, соответствующий международным метрологическим требованиям.

Со скоростью света

Национальный эталон единицы длины находится во ВНИИМ. Это комплекс, состоящий из лазера, обеспечивающего воспроизведение единицы длины, и ряда компараторов для ее передачи. Согласно современному определению, метр есть длина пути, которую проходит плоская электромагнитная волна в вакууме за интервал времени равный 1/299792458 секунды. Воспроизведение единицы длины в государственном первичном эталоне осуществляется He-Ne/I2 лазером, стабилизированным по линии насыщенного поглощения в молекулярном йоде-127. Номинальная длина волны лазерного излучения в вакууме — 633 нанометра. Такой лазер рекомендован Международным комитетом по мерам и весам в качестве эталона для воспроизведения единицы длины.

История метра похожа на историю килограмма. После подписания Метрической конвенции Россия получила два платино-иридиевых эталона. В 1960 году Консультативный комитет Международного бюро мер и весов принял новое определение метра, с этого времени метр стал определяться через длину волны в вакууме оранжевой линии излучения криптона. Это определение просуществовало до 1983 года, когда Консультативный комитет принял новое, действующее сегодня, определение метра.

Передача единицы длины вторичным и рабочим эталонам от источника лазерного излучения, He-Ne/I2 лазера, осуществляется с помощью установки для измерений разности частот и длин волн источников лазерного излучения и ряда интерференционных компараторов.

Так как определение метра уже реализовано через фундаментальную константу — скорость света, метрологическая конференция середины ноября 2018 года не повлияет на судьбу госэталона.

Сила света

Эталон канделы, последней из основных величин СИ, живет во Всероссийском научно-исследовательском институте оптико-физических измерений (ВНИИОФИ). В состав госэталона входит оборудование, позволяющее воспроизводить канделу за счет измерения коэффициента преобразования интегрирующей сферы по световому потоку, формируемому высокотемпературной широкоапертурной моделью «черного тела» в определенном телесном угле.

В 1979 году 16-я Генеральная конференция мер и весов (ГКМВ) приняла новое определение единицы силы света: «кандела представляет собой силу света в данном направлении от источника, испускающего монохроматическое излучение частоты 540 × 10¹² герц, энергетическая сила света которого в этом направлении составляет 1/683 ватта на стерадиан» (здесь 683 — значение максимальной световой эффективности, установленное ГКМВ). Точное значение коэффициента максимальной световой эффективности, используемое вместе с функцией, дает отношение силы света к энергетической силе света для монохроматического излучения любой длины волны.

Как и метр с секундой, кандела уже была определена через константу, и ее судьбу грядущее метрологическое обсуждение не затронет.

Считанные атомы

Хотя единица количества вещества — моль — входит в перечень основных единиц Международной метрической системы, отдельного эталона для него нет. По определению, моль — это количество вещества, число молекул которого равно числу атомов в 12 граммах углерода-12, — то есть, по большому счету, моль дублирует единицу массы. На ближайшей международной конференции планируется принять решение об переопределение моля через число Авогадро, что не потребует создания эталона, но избавит величину от формального определения через массу.

Екатерина Жданова

Статья подготовлена на основе информации,
предоставленной пресс-службами ВНИИМ имени Д. И. Менделеева и ВНИИФТРИ, заместителем
генерального директора, начальником Главного метрологического центра Государственной
службы времени и частоты ФГУП «ВНИИФТРИ» Игорем Блиновым, начальником
научно-исследовательского отделения метрологии в механике, термодинамике и
строительстве (НИО-3) ФГУП «ВНИИФТРИ» Эдуардом Асланяном, ученым-хранителем
эталона массы Виктором Снеговым, ученым-хранителем эталона термодинамической
температуры Анатолием Походуном, ученым-хранителем эталона метра Натальей
Кононовой и ученым-хранителем эталона ампера Александром Катковым.