Метрологічна служба України

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти і науки України

Національний технічний університет України „КПІ”

Факультет інформатики та обчислювальної техніки

Кафедра технічної кібернетики

Реферат на тему:

Метрологічна служба України

Роботу виконав студент ІК-24

Постніков Микита Олександрович

Зміст

1. Закон України «Про метрологію та метрологічну діяльність»

1.1 Структура Закону «Про метрологію та метрологічну діяльність»

1.2 Основні постулати Закону «Про метрологію та метрологічну діяльність»

2. Міжнародна система одиниць СІ

2.1 Одиниці виміру

2.1.1 Основні одиниці

2.1.2 Похідні одиниці

2.1.3 Кратні і частинні одиниці

2.1.4 Історичні одиниці виміру

2.2 Історія створення системи СI

3. Фізична реалізація еталонів

3.1 Еталон одиниці довжини

3.2 Еталон одиниці маси

3.3 Еталон одиниці часу

3.4 Еталон одиниці температури

3.5 Еталон одиниці сили світла

3.6 Еталон одиниці сили електричного струму

Використана література

1. Закон України «Про метрологію та метрологічну діяльність»

1.1 Структура Закону «Про метрологію та метрологічну діяльність»

Метрологічна служба України складається з Державної метрологічної служби і метрологічних служб центральних органів виконавчої влади, підприємств і організацій.

Державний метрологічний контроль і нагляд здійснюються Державною метрологічною службою з метою перевірки додержання вимог цього Закону та інших нормативно-правових актів України і нормативних документів із метрології.

Державна метрологічна система - сукупність законодавчих та інших нормативно-правових актів, організаційної структури, наукової, технічної та нормативної бази з метрології, спрямованих на забезпечення єдності вимірювань у державі.

Державна метрологічна служба (ДМС) організовує, здійснює та координує діяльність, спрямовану на забезпечення єдності вимірювань в державі, а також здійснює державний метрологічний контроль і нагляд за додержанням вимог Закону України “Про метрологію та метрологічну діяльність”, інших нормативно-правових актів України і нормативних документів із метрології.

До Державної метрологічної служби належать:

- відповідні підрозділи центрального апарату Державного комітету України з питань технічного регулювання та споживчої політики (Управління метрології);

- державні наукові метрологічні центри Державного комітету України з питань технічного регулювання та споживчої політики;

- територіальні органи Державного комітету України з питань технічного регулювання та споживчої політики;

- Державна служба єдиного часу та еталонних частот (ДСЧЧ);

- Державна служба стандартних зразків складу та властивостей речовин і матеріалів (ДССЗ);

- Державна служба стандартних довідкових даних України про фізичні сталі та властивості речовин і матеріалів (ДССДД).

Державні наукові метрологічні центри і територіальні органи Державного комітету України з питань технічного регулювання та споживчої політики акредитовані відповідно до галузей акредитації на право проведення державних приймальних і контрольних випробувань та повірки засобів вимірювальної техніки (перелік метрологічних центрів і територіальних органів, галузі акредитації цих територіальних органів).

Державні наукові метрологічні центри виконують роботи, пов'язані зі створенням, удосконаленням, зберіганням та застосуванням державних еталонів, створенням систем передачі розмірів одиниць вимірювань від еталонів до РЗВТ, розробкою нормативних документів з метрології, а також здійснюють державний метрологічний контроль.

Територіальні органи Держспоживстандарту України виконують на відповідній території завдання і функції Держспоживстандарту України в межах, визначених положенням про ці органи та наказами Держспоживстандарту України.Державний метрологічний нагляд стосовно об'єктів поширюється на вимірювання, результати яких використовуються під час:

- робіт по забезпеченню охорони здоров'я;

- робіт по забезпеченню захисту життя та здоров'я громадян;

- контролю якості і безпеки продуктів харчування;

- контролю стану навколишнього природного середовища;

- контролю безпеки умов праці;

- геодезичних і гідрометеорологічних робіт;

- торговельно-комерційних операцій і розрахунків між покупцем (споживачем) і продавцем (постачальником, виробником, виконавцем), у тому числі у сферах побутових і комунальних послуг, послуг електро- та поштового зв'язку;

- податкових, банківських і митних операцій;

- обліку енергетичних і матеріальних ресурсів (електричної і теплової енергії, газу, води, нафтопродуктів тощо), за винятком внутрішнього обліку, який ведеться підприємствами, організаціями та громадянами - суб'єктами підприємницької діяльності;

- робіт, що виконуються за дорученням органів прокуратури та правосуддя;

- обов'язкової сертифікації продукції;

- реєстрації національних і міжнародних спортивних рекордів.

До державного метрологічного контролю належать:

- державні випробування засобів вимірювальної техніки і затвердження їх типів;

- державна метрологічна атестація засобів вимірювальної техніки;

- повірка засобів вимірювальної техніки;

- акредитація на право проведення державних випробувань, повірки і калібрування засобів вимірювальної техніки, проведення вимірювань та атестації методик виконання вимірювань.

До державного метрологічного нагляду належать:

- державний метрологічний нагляд за забезпеченням єдності вимірювань;

- державний метрологічний нагляд за кількістю фасованого товару в упаковках.

Державна метрологічна служба організовує, здійснює та координує діяльність, спрямовану на забезпечення єдності вимірювань в державі, а також здійснює державний метрологічний контроль і нагляд за додержанням вимог цього Закону, інших нормативно-правових актів України і нормативних документів із метрології.

До Державної метрологічної служби належать:

- відповідні підрозділи центрального апарату Держстандарту України;

- державні наукові метрологічні центри, що належать до сфери управління Держстандарту України (далі - метрологічні центри Держстандарту України);

- територіальні органи Держстандарту України в Автономній Республіці Крим, областях, містах Києві і Севастополі та містах обласного підпорядкування (далі - територіальні органи Держстандарту України);

- Державна служба єдиного часу і еталонних частот;

- Державна служба стандартних зразків складу та властивостей речовин і матеріалів;

- Державна служба стандартних довідкових даних про фізичні сталі та властивості речовин і матеріалів.

1.2 Основні постулати Закону «Про метрологію та метрологічну діяльність»

Держстандарт України здійснює державне управління забезпеченням єдності вимірювань в Україні.

До компетенції Держстандарту України належить проведення єдиної в країні технічної політики щодо забезпечення єдності вимірювань, у тому числі:

- організація проведення фундаментальних досліджень у галузі метрології;

- організація створення та функціонування еталонної бази України;

- визначення порядку створення, затвердження, реєстрації, зберігання та застосування еталонів, а також звірення їх з міжнародними еталонами та еталонами інших країн;

- координація діяльності метрологічної служби України;

- визначення загальних метрологічних вимог до засобів вимірювальної техніки, методів та результатів вимірювань;

- затвердження типів засобів вимірювальної техніки;

- визначення загальних вимог щодо порядку проведення калібрування і метрологічної атестації засобів вимірювальної техніки;

- визначення загальних вимог до розроблення та атестації методик виконання вимірювань;

- визначення порядку проведення всіх видів державного метрологічного контролю і нагляду;

- організація і проведення державного метрологічного контролю і нагляду;

- затвердження типових положень про метрологічні служби центральних органів виконавчої влади, підприємств і організацій;

- розроблення або участь у розробленні національних, державних і багатогалузевих програм, що стосуються забезпечення єдності вимірювань;

- участь у діяльності міжнародних метрологічних організацій в порядку, передбаченому законодавством.

Рішення Держстандарту України з питань метрології, прийняті в межах його компетенції, є обов'язковими для виконання центральними та місцевими органами виконавчої влади, органами місцевого самоврядування, підприємствами, організаціями, громадянами -суб'єктами підприємницької діяльності та іноземними виробниками.

Метрологічні центри Держстандарту України виконують роботи, пов'язані із створенням, вдосконаленням, зберіганням і застосуванням державних еталонів, створенням систем передачі розмірів одиниць вимірювань, розробленням нормативних документів із метрології, а також здійснюють державний метрологічний контроль.

Територіальні органи Держстандарту України виконують на відповідній території завдання і функції Держстандарту України в межах, визначених положенням про ці органи та наказами Держстандарту України.

Метрологічні центри і територіальні органи Держстандарту України за договорами з підприємствами, організаціями і громадянами - суб'єктами підприємницької діяльності можуть проводити калібрування і ремонт засобів вимірювальної техніки, метрологічну експертизу документації, акредитацію вимірювальних лабораторій, атестацію методик виконання вимірювань та надавати інші метрологічні послуги відповідно до цього Закону.

Державна служба єдиного часу і еталонних частот здійснює міжрегіональну і міжгалузеву координацію і виконання робіт, спрямованих на забезпечення єдності вимірювань часу і частоти та визначення параметрів обертання Землі.

Державна служба стандартних зразків складу та властивостей речовин і матеріалів здійснює міжрегіональну і міжгалузеву координацію і забезпечує виконання робіт, пов'язаних із розробленням і впровадженням стандартних зразків складу та властивостей речовин і матеріалів.

Державна служба стандартних довідкових даних про фізичні сталі та властивості речовин і матеріалів здійснює міжрегіональну і міжгалузеву координацію і забезпечує виконання робіт, пов'язаних із розробленням і впровадженням стандартних довідкових даних про фізичні сталі та властивості речовин і матеріалів.

Положення про Державну службу єдиного часу і еталонних частот, Державну службу стандартних зразків складу та властивостей речовин і матеріалів, Державну службу стандартних довідкових даних про фізичні сталі та властивості речовин і матеріалів затверджуються Кабінетом Міністрів України.

Метрологічні служби можуть створюватися:

- у центральних органах виконавчої влади - для координації робіт, пов'язаних із забезпеченням єдності вимірювань і здійсненням метрологічного контролю і нагляду;

- в органах управління об'єднань підприємств - для виконання делегованих підприємствами, що входять до складу об'єднань, функцій щодо забезпечення єдності вимірювань;

- на підприємствах і в організаціях - для забезпечення єдності вимірювань та здійснення метрологічного контролю і нагляду.

Метрологічні служби центральних органів виконавчої влади, підприємств і організацій організовують та виконують роботи, пов'язані із забезпеченням єдності вимірювань у сфері своєї діяльності, основними з яких є:

- організація і здійснення метрологічного контролю і нагляду;

- розроблення методик виконання вимірювань, методик метрологічної атестації, повірки та калібрування засобів вимірювальної техніки;

- організація та проведення державних випробувань, повірки і ремонту засобів вимірювальної техніки.

Положення про метрологічні служби центральних органів виконавчої влади, підприємств і організацій розробляються згідно з типовими положеннями про ці служби, які затверджуються Держстандартом України.

Положення про метрологічні служби центральних органів виконавчої влади, головні організації цих служб і метрологічні служби підприємств і організацій погоджуються відповідно з Держстандартом України, його метрологічними центрами та територіальними органами.

Фінансування діяльності Державної метрологічної служби здійснюється за рахунок: коштів державного бюджету; надходжень від виконання робіт із державного метрологічного контролю, інших метрологічних робіт та надання метрологічних послуг; коштів від виконання науково-дослідних робіт; інших надходжень, передбачених законом.

Обов'язковому фінансуванню за рахунок коштів Державного бюджету України підлягають:

- фундаментальні дослідження та розроблення нормативних документів у галузі метрології;

- створення, вдосконалення, придбання, утримання та експлуатація державних еталонів;

- роботи, пов'язані з діяльністю державних служб єдиного часу і еталонних частот, стандартних зразків складу та властивостей речовин і матеріалів, стандартних довідкових даних про фізичні сталі та властивості речовин і матеріалів;

- роботи, пов'язані з виконанням державних та багатогалузевих науково-технічних програм у галузі метрології;

- роботи з державного метрологічного нагляду.

Кошти на виконання перелічених робіт визначаються щорічно під час формування Державного бюджету України та Програми економічного і соціального розвитку України на відповідний рік виходячи із можливостей Державного бюджету України.

У соціально-економічних і науково-технічних програмах обов'язково повинні передбачатися розділи з метрологічного забезпечення та визначатися джерела фінансування робіт щодо виконання завдань цих розділів.

Підприємства, організації і громадяни - суб'єкти підприємницької діяльності оплачують метрологічні роботи, пов'язані із здійсненням на госпрозрахункових засадах всіх видів державного метрологічного контролю, визначених статтею 17 цього Закону, в порядку, встановленому Кабінетом Міністрів України.

Кошти, отримані за виконання зазначених метрологічних робіт та надання метрологічних послуг, передбачених частиною 5 статті 12 цього Закону, можуть використовуватися метрологічними центрами і територіальними органами Держстандарту України для забезпечення їх виробничої та наукової діяльності.

Метрологічні служби центральних органів виконавчої влади, а також підприємств і організацій, що належать до сфери їх управління, які фінансуються із Державного бюджету України, виконують всі роботи, пов'язані із забезпеченням єдності вимірювань, за рахунок коштів Державного бюджету України, що виділяються на їх утримання на відповідний рік, згідно з їх розрахунками, а також коштів, одержаних за надання метрологічних послуг.

Фінансування діяльності метрологічних служб всіх інших підприємств і організацій проводиться за рахунок коштів цих підприємств і організацій.

2. Міжнародна система одиниць СІ

2.1 Одиниці виміру

Міжнародна система одиниць (СІ) (міжнародна абревіатура SI з фр. Systиme International d'Unitйs) -- це сучасна форма метричної системи, збудована на базі семи основних одиниць. СІ є найчастіше використовуваною системою одиниць при проведенні розрахунків в різних галузях науки, техніки,торгівлі тощо.

У 1960 11-ю Генеральною конференцією з мір та ваг Міжнародна система одиниць СІ була рекомендована як практична система одиниць для вимірювань фізичних величин.

Головна мета впровадження такої системи -- об'єднання великої кількості систем одиниць (СГС, МКГСС, МКС тощо) з різних галузей науки та техніки та усунення труднощів, пов'язаних з використанням значної кількості коефіцієнтів при перерахунках між ними та створенням великої кількості еталонів для забезпечення необхідної точності. Переваги СІ забезпечують підвищення продуктивності праці проектантів, виробників, науковців, спрощують та полегшують навчальний процес, а також практику міжнародних контактів між державами.

Міжнародна система одиниць СІ складається з набору одиниць вимірювання та набору кратних і часткових префіксів до них. Система також визначає стандартні скорочені позначення для одиниць та правила запису похідних одиниць.

Система СІ не є незмінною, вона є набором стандартів, в якому створюються одиниці виміру та коригуються їхні визначення згідно з міжнародними угодами в залежності від рівня сучасного розвитку вимірювальних технологій.

2.1.1 Основні одиниці

1) Метр (meter)

Метр дорівнює довжині шляху, який світло проходить у вакуумі за 1/299 792 458 секунди.

Позначення: м - українське; m - міжнародне.

Фізична величина: довжина.

2) Кілограм (kilogram)

Кілограм точно дорівнює масі міжнародного прототипу кілограму (платино-іридієвого циліндру), що зберігається в Міжнародному бюро мір та ваг, Севр, Франція.

Позначення: кг - українське; kg - міжнародне.

Фізична величина: маса.

3) Секунда (second)

Секунда дорівнює часу за який відбуваються точно 9 192 631 770 періодів випромінювання, що відповідають переходу між двома надтонкими рівнями незбудженого атома Цезію-133 при температурі нуль кельвін.

Позначення: с - українське; s - міжнародне.

Фізична величина: час.

4) Ампер (ampere)

Ампер - це сила постійного електричного струму, що, протікаючи по двох прямих паралельних провідниках нескінченної довжини з незначним поперечним перетином, розташованих на відстані 1 метр один від одного у вакуумі, створює між цими провідниками силу, що дорівнює 2Ч10?7 ньютон на метр довжини.

Позначення: А - українське і міжнародне.

Фізична величина: сила електричного струму.

5) Кельвін (kelvin)

Кельвін точно дорівнює 1/273,16 термодинамічної температури потрійної точки води.

Позначення: К - українське, міжнародне.

Фізична величина: термодинамічна температура.

6) Моль (mole)

Моль є кількість речовини, що містить стільки ж елементарних часток (атомів, молекул, електронів тощо), скільки атомів міститься в 0,012 кілограмах вуглецю-12.

Позначення: моль - українське; mol - міжнародне.

Фізична величина: кількість речовини.

7) Кандела (candela)

Кандела - це сила світла у визначеному напрямку від джерела, що випромінює монохроматичне випромінювання з частотою 540Ч1012 герц та має інтенсивність випромінювання в цьому напрямку 1/683 ват на стерадіан.

Позначення: кд - українське; cd - міжнародне.

Фізична величина: сила світла

2.1.2 Похідні одиниці

Похідні одиниці СІ є добутками цілих степенів основних одиниць. Математичний вираз для розмірності похідної одиниці виходить з фізичного закону або визначення відповідної фізичної величини.

Деякі з похідних одиниць виміру мають власні назви, котрі теж можна використовувати при визначенні інших похідних одиниць. У наш час існує 22 такі одиниці виміру.

Похідні одиниці, що мають власні назви

Назва	Позначення	Фізична величина	Вираження
Українська	Міжнародна	Українське	міжнародне		Через інші одиниці СІ	Через основні одиниці СІ
радіан	Radian	Рад	Rad	плоский кут	1	м/м=1
Стерадіан	Steradian	Ср	Sr	просторовий кут	1	м2/м2=1
герц	hertz	Гц	Hz	Частота		с-1
Ньютон	Newton	Н	N	Сила		м·кг·с-2
Паскаль	Pascal	Па	Pa	Тиск	Н/м2	м-1·кг·с-2
джоуль	Joule	Дж	J	енергія, робота	Н·м	м2·кг·с-2
ват	Watt	Вт	W	потужність, потік енергії	Дж/с	м2·кг·с-3
кулон	Coulomb	Кл	C	електричний заряд		с·А
вольт	Volt	В	V	напруга, електричний потенціал	Вт/А	м2·кг·с-3·А-1
ом	Ohm	Ом	Щ	електричний опір	В/А	м2·кг·с-3·А-2
сіменс	siemens	См	S	електрична провідність	А/В	м-2·кг-1·с3·А2
вебер	Weber	Вб	Wb	потік магнітної індукції	В·с	м2·кг·с-2·А-1
тесла	Tesla	Тл	T	магнітна індукція	Вб/м2	кг·с-2·А-1
Генрі	Henry	Гн	H	Індуктивність	Вб/А	м2·кг·с-2·А-2
градус Цельсія	degree Celsius	°С	°C	термодинамічна температура		K
люмен	Lumen	Лм	Lm	світловий потік	кд·ср	кд
люкс	Lux	Лк	Lx	освітленість	лм/м2	кд·м-2
бекерель	Becquerel	Бк	Bq	радіоактивність		s-1
Грей	Gray	Гр	Gy	поглинута доза іонізуючого випромінювання	Дж/кг	м2·с-2
зіверт	Sievert	Зв	Sv	ефективна доза іонізуючого випромінювання	Дж/кг	м2·с-2
катал	Katal	Кат	kat	активність каталізатора		c-1·моль

Шкали Кельвіна і Цельсія пов'язані між собою наступним чином:

C = K - 273,15.

За допомогою вищезазначених семи основних та двадцяти двох похідних одиниць можна побудувати одиницю виміру будь-якої відомої фізичної величини. Але через те, що загальна кількість фізичних величин в науці необмежена, тому навести повний перелік похідних одиниць вимірювання неможливо.

Якщо при визначенні похідної одиниці виявляється, що вона може бути виражена за допомогою основних та похідних одиниць різними способами, на практиці використовують вирази, що найкраще відображають фізичний сенс цієї величини. Так, наприклад, одиниця виміру моменту сили є Н·м, а не м·Н або Дж.

2.1.3 Кратні і частинні одиниці

Кратні одиниці -- одиниці, які в ціле число разів перевищують основну одиницю виміру деякої фізичної величини.

Частинні одиниці, складають визначення частину (частку) від встановленої одиниці виміру деякої величини.

Десяткові кратні і частинні одиниці утворюють за допомогою стандартних множників і префіксів СІ, що приєднуються до назви або позначення одиниці. Всі числові префікси є степенями десяти й не повинні використовуватись для позначення степенів двійки.

Префікси СІ

Кратні	Частинні
Множник	Назва	Позначення	Множник	Назва	Позначення
		Українське	міжнародне			українське	міжнародне
101	дека	Дк	da	10-1	деци	д	d
102	гекто	Г	H	10-2	санти	с	с
103	кіло	К	K	10-3	мілі	м	m
106	мега	М	М	10-6	мікро	мк	м
109	гіга	Г	G	10-9	нано	н	n
1012	тера	Т	Т	10-12	піко	п	p
1015	пета	П	P	10-15	фемт	ф	f
1018	екса	Е	Е	10-18	ато	а	а
1021	зета	З	Z	10-21	зепто	з	Z
1024	йота	Й	Y	10-24	йокто	й	Y

2.1.4 Історичні одиниці виміру

Здавна людям досить часто доводилось мати справу з різними вимірюваннями: при будівництві споруд, при визначенні напрямку руху по морю з використанням астрономії, у торгівлі, при визначенні пропорцій людського тіла.

У стародавні часи частини людського тіла використовувались як міра довжини: ширина великого пальця -- дюйм, ширина долоні -- пальма, довжина стопи -- фут, відстань від ліктя до кінця середнього пальця -- лікоть та ін.

В Англії ще в XVII ст. була прийнята одиниця міри довжини -- фут (нога, стопа), яка дорівнювала 30,5 см. Вболівальники футболу знають, що розміри футбольних воріт становлять 7,22 х 2,44 м або ж 24 х 8 футів, оскільки Англія є батьківщиною футболу.

Різні народи нашої планети перебували на неоднакових стадіях розвитку, тому й міри були різноманітні. Досить пригадати, що у XVII ст. в Європі було понад 100 різних футів, понад 120 фунтів, 46 миль та інших одиниць виміру.У Київській Русі найпоширенішими мірами довжини були: верста, сажень, лікоть, аршин, ступня, долоня, вершок, палець; мірами ваги -- пуд, гривня, гривенка, золотник, почка, пиріг тощо.

Давньоруські міри довжини

Міра довжини	Величина
Верста	1066,8 м
Сажень	2,154 м
Аршин	0,7112 м
Лікоть	0,5385 м
Ступня	0,359 м
Долоня	89,9 мм
Вершок	44,9 мм
Палець	22,4 мм

У Московській державі з 1550 року запроваджені "печатні мідні міри" (осьмини) для сипучих речовин, а з 1558 року, за часів Івана Грозного, були введені "государеві" (казенні) ваги.

Одиницями виміру часу на Русі були рік, місяць, тиждень, доба, година. Причому відлік нового року починався і з березня, і з вересня. Указом Петра І введено початок нового року з першого січня.

Однак зв'язки між одиницями величин були різними у різних країнах, таке різноманіття одиниць величин гальмувало розвиток промисловості, заважало науковому прогресу і розвитку торгівельних зв'язків.

Заснування у 1725 році Російської Академії сприяло розвитку наукової думки, вдосконаленню мір та упорядкуванню їх точності. Розширювалися межі впровадження одноманітних російських мір. У 1736 році за рішенням сенату була створена Комісія мір і ваг, яку очолив головний директор монетного двору граф М.Г. Головін

Для організації повірочної роботи було утворено спеціальний комітет, який у 1747 році розробив еталонний російський фунт (400 г) і визначив за норму довжини аршин (0,7112 м). Фунт і аршин у нашій державі використовувалися до впровадження метричної системи.

2.2 Історія створення системи СI

Першим кроком на шляху створення метричної системи було введення двох платинових стандартів метра та кілограма в середині 1799 року. Пізніше, в 1832 році, Гаус рекомендував використання такої метричної системи, як узгодженої системи одиниць для фізичних обчислень. Гаус першим здійснив вимірювання магнітного поля Землі, використовуючи метричну систему, засновану на трьох механічних одиницях -- міліметрі, грамі та секунді, що відповідали фізичним величинам довжини, маси та часу.

Розширення метричної системи відбулося завдяки Максвелу та Томсону, котрі в 60-х роках XIX ст. сформулювали вимоги для узгодженої системи одиниць засновану на основних та похідних одиницях.

Як наслідок, в 1874 році була введена система СГС, що базувалась на трьох механічних одиницях -- сантиметрі, грамі та секунді та використовувала діапазон префіксів від мікро до мега для створення кратних та частинних одиниць.

Наступний розвиток фізики, як експериментальної науки, значною мірою пов'язаний з цією системою: на її основі були побудовані магнітна (СГСМ) та електрична (СГСЕ) системи, світлова система одиниць СГСЛ (сантиметр, грам, секунда, люмен), система теплових одиниць СГСС (сантиметр, грам, секунда, градус Цельсія) та інші.

Після створення в 1875 році Міжнародного бюро з мір та ваг почалась робота по створенню нових міжнародних еталонів метра та кілограма. В 1889 перша Генеральна конференція з мір та ваг запропонувала нову, схожу с СГС систему, але засновану на метрі, кілограмі та секунді -- систему МКС.

Незручний розмір в системах СГС електромагнітних одиниць, які не мали власних назв, а виражались через основні одиниці, ініціював роботи з об'єднання механічних та електромагнітних одиниць в одну узгоджену систему. Так в 1939 році було зроблено наступний крок -- створення системи МКСА, заснованої на метрі, кілограмі, секунді та ампері.

Невдовзі після закінчення другої світової війни уряд Франції розробив проект міжнародної уніфікації одиниць фізичних величин і вніс його на розгляд ІХ Генеральної конференції мір і ваги (ГКМВ). 1954 року Х ГКМВ прийняла рішення щодо встановлення шести основних одиниць практичної системи одиниць: метр, кілограм, секунда, ампер, градус Кельвіна, кандела і 27 похідних.

1960 року ХІ ГКМВ визначила повну назву системи «System International d'Units» (франц.) і її абревіатуру від двох перших слів -- SI* (в українській транскрипції -- СІ). Було зазначено, що згодом до двадцяти семи похідних одиниць системи можуть долучатися нові.

На ХІІІ ГКМВ (1967--1968) найменування «градус Кельвіна» було замінено на «Кельвін» (К), а кількість похідних збільшено до 32. Замість назви «мікрон» -- уведено назву «мікромeтр» (мm; мкм), оскільки для позначення «мікро» було запроваджено множник 10-6.

1971 року на XIV ГКМВ до шести основних одиниць SI додано сьому -- одиницю кількості речовини mol (моль).

За такого складу основних одиниць фізичних величин система SI стала справді універсальною практичною системою для утворення численних похідних одиниць (близько 160) і є нині основною для всіх галузей науки, техніки, економіки й освіти. Крім семи основних, SI містила іще дві додаткові одиниці, які не належали ні до основних, ні до похідних: плоский кут -- радіан і тілесний кут -- стерадіан (з 1995 р. скасовано).

На сьогодні СІ офіційно затверджена основною або єдиною системою одиниць у всіх країнах світу за винятком США, Ліберії та М'янми. Сполучене Королівство прийняло систему СІ, але без наміру витіснення традиційних одиниць.

Одиниці, відмінні від СІ застосовуються в окремих видах діяльності, наприклад, моряки досі використовують для вимірювання відстаней морські милі, а швидкостей -- вузли.

3. Фізична реалізація еталонів

3.1 Еталон одиниці довжини

Еталон одиниці довжини - метр

Наприкінці XVIII століття при введенні метричної системи мір був прийнятий перший еталон одиниці довжини -- метр. За метр прийняли одну десятимільйонну частину Паризького меридіана.

У 1799 році на основі виміряної частини дуги меридіана був виготовлений еталон метра у вигляді платинової лінійки шириною 25 мм, товщиною 4 мм та довжиною в 1 м. Пізніше платиновий метр передали на збереження до Національного архіву Франції, який одержав назву "метра Архіву".

Повторні вимірювання дуги меридіана показали, що довжина метра дещо коротша за дійсний "природний" метр, проте Міжнародна комісія з прототипів метричної системи у 1872 році вирішила відмовитись від "природного" еталона метра і за одиницю довжини прийняла "метр Архіву".

За рішенням цієї комісії був виготовлений 31 прототип метра у вигляді штрихової міри з платино-іридієвого сплаву. Серед них прототип № 6 при температурі 0 °С виявився найбільш тотожним "метру Архіву" і в 1889 р. на І Генеральній конференції з мір та ваги був ухвалений за міжнародний еталон метра. Решта 30 прототипів були розподілені між державами-учасницями, які у 1875 році підписали Метричну конвенцію.

Еталон метра -- це платино-іридієва фігурна лінійка довжиною 102 см з поперечним перерізом у формі X, вписаної в уявний квадрат, сторона якого дорівнює 20 мм. На верхніх площинах Х-форми на обох кінцях лінійки проведено по 3 штрихові лінії, а одиниця довжини в 1 метр розташована між середніми штриховими лініями.

У 1927 році VII Генеральна конференція з мір та ваги ухвалила таке визначення метра: "Одиниця довжини метр визначається відстанню при 0 °С між осями двох середніх штрихів, нанесених на платино-іридієвому бруску, який зберігається у Міжнародному бюро мір та ваги і прийнятий за еталон метра І Генеральною конференцією з мір та ваги, за умови, що ця лінійка зберігається при нормальному атмосферному тиску і підтримується двома роликами діаметром не менше 1 см, розміщеними симетрично в одній горизонтальній площині на відстані 571 мм один від одного".

Науково-технічний прогрес потребує підвищення точності еталона одиниці довжини, тому що платино-іридієвий прототип метра неспроможний забезпечити необхідну високу точність відтворення, вищу за 0,1--0,2 мкм. До того ж назріла необхідність розроблення природного неруйнівного еталона, що обумовлює встановлення нового природного еталона метра.

У 1960 році XI Генеральною конференцією з мір та ваги було ухвалено новий хвильовий еталон метра, який виражається у довжинах світлових хвиль у вакуумі оранжевої лінії спектру криптону-86.

Відповідно до рішення конференції "метр -- це довжина, що дорівнює 1 650 763,73 довжин хвиль випромінювання у вакуумі й відповідає переходу між рівнями 2р10 та 5d5 атома криптону-86".

Новий еталон метра можна відтворити у метрологічних лабораторіях з точністю, яка на порядок вища від платино-іридієвого прототипу, хоча на конференції підкреслювалося, що точність нового еталона є недостатньою через несиметричність випромінювання монохроматичного джерела. Вчені світу працюють над розробленням нових монохроматичних джерел випромінювання, що дасть змогу максимально підвищити точність одиниці довжини.

В Україні еталон метра зберігається у Харківському науково-виробничому об'єднанні "Метрологія".

3.2 Еталон одиниці маси

Еталон одиниці маси - кілограм

При встановленні метричної міри за одиницю маси прийнято масу одного кубічного дециметра чистої води при температурі, що забезпечує її найбільшу густину (4 °С).

Виготовлений на основі точних зважувань перший прототип кілограма є платиновою циліндричною гирею висотою 39 мм, що дорівнює діаметру циліндра. Як і прототип метра, кілограм передано на зберігання у Національний архів Франції.

При виготовленні платино-іридієвих еталонів кілограма за міжнародний прототип було прийнято той, маса якого менше за все відрізнялася від маси "кілограма Архіву". Міжнародний прототип кілограма -- це гиря у вигляді прямого циліндра із заокругленими ребрами діаметром і висотою 39 мм.

Оскільки прийнятий умовний прототип одиниці маси -- літр -- також не був абсолютно тотожним кубічному дециметру (1 л = 1,000028 дм3) і невідповідність між ними становила різницю між масою міжнародного прототипу кілограма і масою кубічного дециметра води, то у 1964 році XII Генеральна конференція з мір та ваги ухвалила рішення про прирівняння об'єму 1 літра до 1 дм3.

Зазначимо, що у період встановлення метричної системи мір не було чіткого розуміння маси та ваги, тому міжнародний прототип кілограма приймали як еталон одиниці ваги. Проте уже при затвердженні міжнародного прототипу в 1889 р. кілограм був прийнятий як прототип маси. Чітке розмежування між кілограмом маси та кілограмом сили було здійснене за рішенням III Генеральної конференції з мір та ваги.

З розвитком наукових робіт щодо створення нових природних еталонів одиниць фізичних величин, що базувалися на атомних постійних величинах (метр -- на довжині світлових хвиль; секунда -- на частоті коливань атомів та молекул), виникло питання про зв'язок одиниці маси з атомними константами. Цим пояснюється пропозиція щодо використання для метрологічних цілей такої константи, як маса нейтрона. Можна припустити, що це дасть можливість з високою точністю ув'язати сучасний умовний еталон маси з природними константами маси атомних часток.

3.3 Еталон одиниці часу

Еталон одиниці часу - секунда

Ще в стародавні часи відлік часу ґрунтувався на обертанні Землі навколо своєї осі. До недавнього часу секунда визначалась як 1/8640 частини середньої сонячної доби. За середню сонячну добу прийнято інтервал часу між двома послідовними однойменними кульмінаціями середнього Сонця. Під середнім Сонцем розуміли уявне Сонце, яке рівномірно рухається по небесному екватору і здійснює один оберт по небосхилу за той проміжок часу, що й істинне Сонце, яке рухається нерівномірно за екліптикою. Проте спостереження показали, що обертанню Землі властиві нерегулярні коливання, а це не дозволяє вважати його природною стабільною основою визначення одиниці часу. Середня сонячна доба визначається з похибкою 10^-7. Ця точність недостатня для сучасного стану техніки частот.

Потрібен був новий природний еталон часу, який забезпечував би високу точність відтворення одиниці часу -- секунди. У 1960 році було прийняте нове астрономічне визначення одиниці часу, в основу якого покладено не обертання Землі навколо своєї осі, а рух Землі навколо Сонця. Це забезпечувало підвищення точності вимірювання одиниці часу на три порядки (у 1000 разів).

За секунду прийняли 1/31556925,9747 частини тропічного року на 0 січня 1900 року о 12-й годині ефемеридного часу. Тропічний рік сам по собі не є постійним, тому дата "0 січня 1900 р. 12 годин" виражена у прийнятому астрономами відліку часу і відповідає полудню 31 грудня 1899 р. Під ефемеридним часом розуміють час у системі рахунку, де тривалість одиниці дорівнює ефемеридній секунді, визначеній через тропічний рік на 0 січня 1900 р.

Практично точна одиниця часу стала доступною завдяки сигналам точного часу, що передаються по радіо з кварцових годинників, які є мірами частоти.

Останнім часом створені нові молекулярні та атомні еталони частоти і часу, які ґрунтуються на здатності молекул та атомів випромінювати і поглинати енергію під час переходу між двома енергетичними рівнями в діапазоні радіочастот.

У 1967 р. XIII Генеральна конференція з мір та ваги ухвалила нове визначення секунди як інтервалу часу, протягом якого відбувається 9 192 631 770 коливань. Такі коливання відповідають резонансній частоті енергетичного переходу між рівнями надтонкої структури основного стану атома цезію-133 за відсутності збурень зовнішніми полями.

На рисунку подано схему цезієвого атомно-променевого еталона часу та частоти.

Джерело 1 атомного пучка розміщене у металевому контейнері, у стінці якого є канал для формування потоку. Температура джерела -- 100--150 °С. Магнітом 2 здійснюється сортування атомів пучка за сигналами надтонкої структури: виділяються атоми зі станом F = 3, M = 0 i F = 0, M = 0.

До резонаторів 3 підводиться надвисокочастотний сигнал з частотою 9 192 631 770 Гц від кварцових генераторів, яка може змінюватися у незначних межах. Під дією цього сигналу виділені атоми переходять зі стану F = З, М = 0 до стану F = 4, М = 0 або ж у зворотному напрямку.

Другий сортувальний магніт 2' виділяє з атомного пучка лише ті атоми, які перейшли з одного стану в інший в результаті взаємодії з полем сигналу. Атоми, які здійснили перехід, потрапляють до приймача 4 і реєструються індикатором 5.

Якщо частота підведеного сигналу від кварцових генераторів 6 відповідає частоті переходу, то покази індикатора 5 є максимальними. Якщо ж частоти не збігаються, то покази індикатора різко знижуються. Максимальні покази індикатора відповідають стабільності та точності частот. Частота сигналу за максимальними показами індикатора дорівнює 9 192 631 770 Гц.

Всі вузли установки розміщені у камері з високим вакуумом. Стабільність цезієвих еталонів дорівнює 10-11, що дозволяє використовувати їх еталонами часу та частоти.

3.4 Еталон одиниці температури

Еталон одиниці температури - кельвін

Вимірювання температури з моменту винаходу термометра Галілеєм у 1598 р. ґрунтувалося на використанні властивостей термометричної речовини (газу, рідини) і пов'язано з іменами таких вчених, як Фаренгейт, Реомюр, Цельсій, Томсон (Кельвін) та ін.

У середині XVIII століття У. Томсон (Кельвін) показав, що можна встановити термодинамічну температурну шкалу, яка б не залежала від термометричної речовини.

Винайдення термодинамічної температурної шкали ґрунтується на II законі термодинаміки. Якщо в оберненому циклі Карно тіло, що здійснює цикл, поглинає теплоту Q1 при температурі Т1 і віддає тепло Q2 при температурі Т2, то відношення абсолютних температур Т1/Т2 дорівнює відношенню кількості тепла Q1/Q2. Згідно з положенням термодинаміки, це відношення не залежить від властивостей термодинамічної речовини.

Вимірюючи кількість теплоти з достатньою точністю, можна визначити співвідношення температур та температуру конкретного об'єкта.

Встановлена таким чином термодинамічна температурна шкала, яка незалежна від властивостей термометричної речовини, називається шкалою Кельвіна.

При встановленні термодинамічної температурної шкали для збереження наступності числового вираження її зі стоградусною температурною шкалою Цельсія температурний проміжок між точками танення льоду та кипіння води прийняли за 100 °С.

Томсон і незалежно від нього Д.І. Менделєєв довели доцільність побудови термодинамічної шкали температур за однією реперною точкою -- точкою абсолютного нуля. Така шкала має значні переваги і дозволяє визначити абсолютну температуру точніше, ніж шкала з двома реперними точками.

Похибка відтворення точки кипіння води становить 0,002--0,01 °С, точка танення льоду -- 0,0002--0,001 °С, потрійна точка води -- 0,0001 °С.

X Генеральна конференція з мір та ваги у 1954 році ухвалила рішення про термодинамічну температурну шкалу з однією реперною точкою -- потрійною точкою води, яка вища за точку танення льоду на 0,01 °С (273,16 К).

Таким чином, термодинамічна температура є основною і позначається символом Т. її одиницею служить кельвін -- 1/273,16 частини потрійної точки води.

Температура у градусах Цельсія позначається символом t і визначається таким чином: t = Т - Т0, де Т0= 273,15 К.

Вимірювання температури за термодинамічною шкалою шляхом прямої її реалізації за допомогою газових термометрів пов'язане з серйозними труднощами, тому була прийнята Міжнародна практична температурна шкала, яка ґрунтується на відтворенні 11 рівноважних станів речовин (водню, неону, кисню, води, цинку, золота та ін.).

3.5 Еталон одиниці сили світла

Еталон одиниці сили світла - кандела

У минулому столітті різні держави використовували різні еталонні джерела одиниці сили світла -- свічки.

На Міжнародному конгресі електриків у 1881 р. був прийнятий еталон світла -- одиниця Віоля.

За одиницю Віоля визнавалася сила світла, яка випромінювалась квадратним сантиметром поверхні твердіючої платини у нормальному напрямку до цієї поверхні.

Пізніше спосіб відтворення одиниці Віоля одержав назву "абсолютного еталона сили світла". У 1889 році конгресом за практичну одиницю світла була прийнята одна двадцята одиниці Віоля.

З огляду на труднощі реалізації еталона одиниці Віоля Міжнародний конгрес у 1893 році приймає за еталон лампу Гефнера -- Альтенека, а пізніше -- керамічні трубки та інші джерела світла.

Лише у 1967 році Генеральна конференція з мір та ваги визначила за одиницю сили світла канделу. Це світло, яке випромінюється з площини перерізом 1/600 000 м2 повного випромінювача у перпендикулярному до цього перерізу напрямку при температурі твердіння платини і тиску в 101 325 Па.

Державний первинний еталон одиниці світла -- кандела складається з двох взаємозамінних повних випромінювачів та апаратури вимірювання. Повний випромінювач являє собою тонкостінною трубку з оксиду торію, занурену у розплавлену платину. Нагрівання платини проводиться у високочастотній індукційній печі, а вимірювання сили світла -- за допомогою фотоелектричного фотометра.

Середнє квадратичне відхилення результату відтворення та передачі одиниці сили світла державним еталоном не перевищує 2*10³.

3.6 Еталон одиниці сили електричного струму

Виходячи з визначення сили струму як фізичної величини, яка дорівнює кількості електрики, що проходить крізь поперечний переріз провідника за одиницю часу, слід було б за основну одиницю прийняти певний заряд, який, наприклад, був би рівний заряду електрона. Проте сьогодні це не можна реалізувати з достатньою точністю, тому довелося відмовитися від одиниці кількості електрики як основної електричної одиниці і прийняти за еталонну одиницю силу струму -- ампер.

У 1893 р. Міжнародний конгрес електриків у Чикаго затвердив перший еталон сили електричного струму -- ампер, установивши так званий міжнародний ампер. Ампер відтворювався за допомогою срібного вольтметра і визначався так: "Міжнародний ампер -- незмінний струм, який проходячи через водний розчин азотнокислого срібла за дотримання прикладеної інструкції і специфікації виділяє 0,001118 грама срібла за 1 с".

У 1948 р. при переході на абсолютну практичну систему електричних одиниць міжнародний ампер було відмінено, а в основу сучасного еталона ампера покладено закон взаємодії електричних струмів.

IX Генеральна конференція з мір та ваги у 1948 р. ухвалила таке визначення ампера: "Ампер -- сила незмінного струму, який проходячи по двох паралельних прямолінійних провідниках нескінченної довжини і занадто малого круглого перерізу та розміщеними на відстані 1 метра один від одного у вакуумі, при силі струму в провідниках в 1 А утворював би між провідниками силу взаємодії у 2 -10-7Н на кожний метр довжини".

Державний первинний еталон ампера -- це комплекс вимірювальних засобів у складі струмових ваг електродинамічної системи, ваг з дистанційним управлінням та апаратури для передачі розміру одиниці. Похибка відтворення розміру одиниці сили струму державним первинним еталоном ампера не перевищує 1*10-3 %.

Досягнення сучасної фізики в галузі дослідження атомного ядра розкривають нові можливості для розробки досконаліших еталонів одиниці електричного струму та заряду.

метрологічний служба міжнародний еталон

Використана література

1. Закон України “Про метрологію та метрологічну діяльність” // Відомості Верховної Ради (ВВР), 1998, N 30-31, ст.194.

2. Основи метрології. - Харків, 2000.

3. Ярослав Ващук Практичні способи захисту “ноу-хау” // ВЯПат. - 2002.

4. ДСТУ 3651.0-97. Метрологія. Одиниці фізичних величин. Основні одиниці фізичних величин Міжнародної системи одиниць. Основні положення, назви та позначення.

5. ДСТУ 3651.1-97. Метрологія. Одиниці фізичних величин. Похідні одиниці фізичних величин Міжнародної системи одиниць та позасистемні одиниці. Основні поняття, назви та позначення.

6. ДСТУ 3651.2-97. Метрологія. Одиниці фізичних величин. Фізичні сталі та характеристичні числа. Основні положення, позначення, назви та значення.

Размещено на Allbest.ru