Национальная эталонная база является технической основой обеспечения единства измерений и представляет собой совокупность государственных и исходных для страны эталонов, которые обеспечивают воспроизведение и хранение единиц измерений, а также передачу размеров единиц другим средствам измерительной техники (СИТ).
Ни одно государство не может существовать без использования эталонной базы. Если оно не имеет своих эталонов, оно вынуждено пользоваться эталонами другой страны. Поэтому состояние и технический уровень эталонной базы в определенной мере отражает уровень научно–технического развития страны. Как показывает мировая практика, развитые страны имеют от 100 до 120 национальных эталонов.
СССР, безусловно, относился к числу стран, где исследования в области метрологии и эталонная база находились на мировом уровне. В частности, в СССР было создано около 150 государственных эталонов. Однако после его распада большинство эталонов остались в России, и Украине пришлось фактически заново создавать свою эталонную базу.
В 1992 г на правительственном уровне была принята Программа создания эталонной базы Украины на 1993–1997 годы, которая затем была продлена. За эти 10 с небольшим лет в Украине создано 46 государственных эталонов, в том числе эталоны основных единиц СИ. Работа по развитию эталонной базы активно продолжается, – и не только в количественном плане. Дело в том, что принципы воспроизведения единиц физических величин, методы измерения, технологии построения аппаратуры непрерывно развиваются, а эталоны как средства измерений высшей точности всегда должны соответствовать уровню развития науки и технологий.
Воспроизведение единиц осуществляется одним из двух способов, выбираемым исходя из технико-экономической целесообразности: централизованно – с помощью единого для всей страны государственного эталона, или децентрализованно – когда требуемая точность воспроизведения может быть обеспечена посредством косвенных измерений, выполняемых в органах метрологической службы.
Централизованно воспроизводят все (кроме моля) основные единицы Международной системы и ряд производных. Главными критериями для централизованного воспроизведения производных единиц являются: широкая распространенность средств измерений, градуируемых в данной единице; большая точность воспроизведения размера единицы с помощью эталона; техническая возможность передачи размеров единицы от эталонов нижестоящим по поверочной схеме, о которой мы поговорим позже, средств измерений; сложность соответствующих косвенных измерений и нецелесообразность их проведения в нескольких органах метрологической службы.
Эталон – средство измерений (или комплекс средств измерений), предназначенное для воспроизведения и (или) хранения единицы и передачи ее размера нижестоящим по поверочной схеме средствам измерений, и утвержденное в качестве эталона в установленном порядке. Конструкция эталона, его свойства и способ воспроизведения единицы определяются природой данной физической величины и уровнем развития измерительной техники в данной области измерений. Эталон должен обладать, по крайней мере тремя отличительными признаками – неизменностью, воспроизводимостью и сличаемостью.
Эталоны классифицируются следующим образом.
Первичный эталон – эталон, обеспечивающий воспроизведение единицы с наивысшей в стране (по сравнению с другими эталонами той же единицы) точностью. В случае, когда одним первичным эталоном технически нецелесообразно обслуживать весь диапазон измеряемой величины, создают несколько первичных эталонов, охватывающих части этого диапазона с таким расчетом, чтобы был охвачен весь диапазон. В этом случае проводят согласование размеров единиц, воспроизводимых «соседними» первичными эталонами.
Вторичный эталон – эталон, получающий размер единицы непосредственно от первичного эталона данной единицы. Вторичный эталон создается обычно для уменьшения износа первичного эталона.
Эталон сравнения – эталон, применяемый для сличения эталонов, которые по тем или иным причинам не могут быть непосредственно сличены друг с другом.
Исходный эталон – эталон, обладающий наивысшими метрологическими свойствами (в данной лаборатории, организации, на предприятии), от которого передают размер единицы подчиненным эталонам и имеющимся средствам измерений. Исходным эталоном в стране служит первичный эталон, исходным эталоном для республики, региона, министерства (ведомства) или предприятия может быть вторичный или рабочий эталон. Вторичный или рабочий эталон, являющийся исходным для министерства (ведомства) называют ведомственным эталоном. Эталоны, стоящие в поверочной схеме ниже исходного, обычно называют подчиненными эталонами.
Рабочий эталон – эталон, предназначенный для передачи размера единицы рабочим средствам измерений. Термин рабочий эталон заменил собой термин образцовое средство измерений (ОСИ), что сделано в целях упорядочения терминологии и приближения ее к международной.
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. Термин «национальный» применяют для государственных эталонов в случаях проведения сличения эталонов, принадлежащих отдельным государствам, с международным эталоном или при проведении так называемых круговых сличений эталонов ряда стран.
Международный эталон – эталон, принятый по международному соглашению в качестве международной основы для согласования с ним размеров единиц, воспроизводимых национальными эталонами.
Одиночный эталон – эталон, в составе которого имеется одно средство измерений (мера, измерительный прибор, эталонная установка) для воспроизведения и (или) хранения единицы.
Групповой эталон – эталон, в состав которого входит совокупность средств измерений одного типа, номинального значения или диапазона измерения, применяемых совместно для повышения точности воспроизведения единицы или ее хранения. Групповые эталоны подразделяются на групповые эталоны постоянного или переменного состава. Размер единицы, воспроизводимый (хранимый) групповым эталоном, определяется как среднее арифметическое размеров одиночных эталонов, входящих в групповой эталон.
Эталонный набор – эталон, состоящий из совокупности средств измерений, позволяющих воспроизводить и (или) хранить единицу в диапазоне, представляющем объединение диапазонов указанных средств. Создается в случаях, когда необходимо охватить определенную область значений физической величины.
Транспортируемый эталон – эталон (иногда специальной конструкции), предназначенный для транспортирования к месту поверки (калибровки) средств измерений или сличений эталонов данной единицы.
В зависимости от вида мер, входящих в состав эталона, все эталоны можно разделить на две основные группы:
1) эталоны-приемники – эталоны, содержещие пассивные меры, хранящие шкалу или значение величины и применяемые для сравнения с ними поступающего извне сигнала – носителя измерительной информации;
2) эталоны-генераторы – эталоны, имеющие в своем составе активные меры, воспроизводящие шкалы или значения величин, либо пассивные меры и некоторые источники сигнала измерительной информации, значение которого задается или контролируется мерой.
Встречаются эталоны, которые могут работать как в режиме эталона-приемника, так и в режиме эталона-генератора.
Созданием и хранением первичных эталонов, а также передачей размеров единиц занимаются, как правило, национальные метрологические центры (институты).
Наиболее развитыми центрами мировой метрологии в настоящее время являются:
– Международное Бюро мер и весов (ВІРМ, Paris) – межгосударственное научно–исследовательское учреждение, работающее под юрисдикцией Международного Комитета мер и весов;
– Национальный институт стандартов и технологий США (NIST);
– Федеральный физико–технический институт Германии (РТВ);
– Национальная физическая лаборатория Англии (NPL);
– Национальное Бюро по метрологии Франции (BNM);
– Всероссийский НИИ метрологии им. Менделеева (ВНИИМ, г. Санкт–Петербург);
– Всероссийский НИИ физико–технических и радиотехнических измерений (ВНИИФТРИ, Московская обл.).
В Украине головным научным учреждением в области метрологии является Национальный научный центр «Институт метрологии», в нем хранится 48 государственных и 15 вторичных эталонов.