Первичный эталон единицы величины¶

Первичный эталон единицы величины — это эталон, обеспечивающий воспроизведение, хранение и передачу размера единицы величины с наивысшей в стране (или международной практике) точностью, утверждённый в качестве исходного для данной единицы в установленном порядке. Первичный эталон служит основой обеспечения единства измерений в стране и определяет национальную шкалу соответствующей физической величины.

¶Определение и роль в системе обеспечения единства измерений

Первичный эталон является высшим звеном в государственной поверочной схеме. От него размер единицы передаётся вторичным эталонам (эталонам-копиям, эталонам сравнения, рабочим эталонам), а затем — рабочим средствам измерений. Такая иерархическая структура обеспечивает сходимость и воспроизводимость результатов измерений на всей территории страны.

В Российской Федерации деятельность по созданию, утверждению, хранению и применению первичных эталонов регулируется Федеральным законом «Об обеспечении единства измерений» (№ 102-ФЗ от 26 июня 2008 года). Государственные первичные эталоны находятся в ведении Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии (Росстандарт) и хранятся в подведомственных метрологических институтах, прежде всего во Всероссийском научно-исследовательском институте метрологии имени Д. И. Менделеева (ВНИИМ) в Санкт-Петербурге.

¶Классификация эталонов

Согласно рекомендациям Международной организации законодательной метрологии (МОЗМ) и национальной практике, эталоны подразделяются на следующие категории:

• Первичный эталон — эталон, воспроизводящий единицу на основе фундаментальных физических констант или высокостабильных физических процессов без зависимости от других эталонов данной единицы.
• Национальный первичный эталон — первичный эталон, признанный официальным решением в качестве исходного для страны.
• Международный эталон — эталон, принятый международным соглашением в качестве основы для согласования размеров единиц в международном масштабе (например, прототипы килограмма и метра, хранящиеся в МБМВ).
• Вторичные эталоны — эталоны, получающие размер единицы от первичного эталона (эталоны-копии, эталоны сравнения, рабочие эталоны).

¶Требования к первичным эталонам

К первичным эталонам предъявляются жёсткие метрологические требования:

• Воспроизводимость — способность воспроизводить единицу с наивысшей точностью при заданных условиях.
• Неизменность — стабильность размера единицы во времени (отсутствие дрейфа).
• Сличаемость — возможность сличения с другими эталонами (национальными или международными) для подтверждения единства измерений.
• Прослеживаемость — документально подтверждённая цепочка передачи размера единицы к первичному эталону.

Первичный эталон должен храниться в специально созданных условиях (термостатирование, вакуумирование, защита от вибраций и электромагнитных полей), обеспечивающих минимизацию влияющих факторов.

¶Примеры первичных эталонов

¶Эталон килограмма

До 2019 года международным первичным эталоном килограмма являлся платино-иридиевый цилиндр (международный прототип килограмма), изготовленный в 1875–1889 годах и хранящийся в Международном бюро мер и весов (МБМВ) в Севре (Франция). С 20 мая 2019 года определение килограмма привязано к постоянной Планка через реализацию с помощью весов Киббла (ватт-весов). Российский государственный первичный эталон килограмма (ГЭТ 3-2008) представляет собой комплекс, включающий гири из платино-иридиевого сплава и эталонные весы, и обеспечивает воспроизведение единицы массы с относительным стандартным отклонением порядка 10⁻⁹.

¶Эталон метра

С 1983 года метр определяется через скорость света в вакууме (фиксированное значение 299 792 458 м/с). Первичный эталон метра в РФ (ГЭТ 2-2010) базируется на частотно-стабилизированных лазерах с йодной ячейкой, обеспечивающих воспроизведение длины с относительной погрешностью порядка 10⁻¹¹.

¶Эталон времени и частоты

Государственный первичный эталон времени и частоты (ГЭТ 1-2022) включает цезиевые реперы (фонтан-часы) и водородные мазеры. Относительная погрешность воспроизведения секунды достигает 10⁻¹⁶. Этот эталон лежит в основе национальной шкалы времени и систем глобальной навигации.

¶Эталон температуры

Первичный эталон температуры (ГЭТ 34-2020) реализует Международную температурную шкалу МТШ-90 в диапазоне от 0,65 К до 3000 К, используя реперные точки (тройные точки, точки затвердевания металлов) и эталонные платиновые термометры сопротивления и радиационные пирометры.

¶Международное сотрудничество и сличения

Для обеспечения единства измерений в глобальном масштабе первичные эталоны различных стран регулярно участвуют в международных сличениях, организуемых МБМВ и региональными метрологическими организациями (например, КООМЕТ — Евро-Азиатское сотрудничество государственных метрологических учреждений). Результаты сличений оформляются в виде калибровочных и измерительных возможностей (CMC) и публикуются в базе данных МБМВ. На основе этих данных подписывается Договорённость о взаимном признании национальных эталонов (CIPM MRA), что обеспечивает признание результатов измерений в международной торговле и промышленности.

По состоянию на 2024 год в Российской Федерации утверждено более 160 государственных первичных эталонов, охватывающих все основные виды измерений: механические, электрические, температурные, оптические, акустические, радиотехнические, ионизирующих излучений и другие.

¶Источники

• Федеральный закон от 26.06.2008 № 102-ФЗ «Об обеспечении единства измерений».
• РМГ 29-2013 «Государственная система обеспечения единства измерений. Метрология. Основные термины и определения».
• ГОСТ Р 8.000-2015 «Государственная система обеспечения единства измерений. Основные положения».
• Международный словарь по метрологии (VIM, 3-е издание, 2012).
• Документы Международного бюро мер и весов (BIPM) о переопределении единиц СИ (2019).