Эталондар, олардың классификациясы

Өлшеудің ерекше құралы болып эталон табылады.

Халықаралық метр эталон, 1889 - 1960 жылдар

Эталон (фр. etalon) - мөлшерлерін өлшемнің басқа құралдарына беру мақсатында шама бірлігін жаңғырту және сақтау үшін пайдаланылатын аса дәл өлшем. Эталоннан шама бірлігі разрядты эталондарға беріледі, ал олардан - өлшеудің жұмысшы құралдарына беріледі.

Эталондар алғашқы, екінші ретті және жұмысшы болып жіктеледі.

Алғашқы эталон - ғылыми-техникалық жетістіктердің қазіргі деңгейінде өлшеулердің осы саласында мүмкін болатын ең жоғарғы дәлдікпен физикалық шама бірлігін сақтайтын эталон. Алғашқы эталон ұлттық (мемлекеттік) және халықаралық болуы мүмкін.

Арнайы эталон - алғашқы эталоннан бірлік мөлшерін тікелей беру қажетті дәлдікте жүзеге асырылуы мүмкін емес ерекше жағдайларда бірлікті жаңғыртуды қамтамасыз етеді және осы жағдайларда алғашқы эталон қызметін атқарады.

Ұлттың эталонды ел үшін метрология бойынша ұлттық орган өлшемнің бастапқы құралы ретінде бекітеді. Қазақстанда ұлттық эталондарды ҚР Мемстандарты бекітеді. Халықаралық эталонды өлшемдер мен салмақтардың халықаралық бюросы (ӨСХБ) жасайды және қолдап отырады. ӨСХБ қызметінің маңызды міндеті әр түрлі елдердің ірі метрологиялық лабораторияларының ұлттық эталондарын халықаралық эталондармен салыстыру, сондай-ақ оларды өзара салыстыру болып табылады. СИ жүйесінің негізгі шамалары да, туынды шамалары да салыстырылады. Салыстырудың белгілі бір мерзімдері анықталған. Мысалы, метр және килограмм эталондары әрбір 25 жыл сайын, ал электрлік және жарықтық эталондар - 3 жылда бір рет салыстырылады.

Алғашқы эталонға екінші және жұмысшы (разрядты) эталондар бағынады.

• Екінші эталондардың бейнелейтін бірліктерінің өлшемдері мемлекеттік эталонмен келісіледі. Екінші эталондарды ҚР Мемстандарты, немесе мемлекеттік ғылыми метрологиялық орталықтар бекітуі мүмкін.
• Жұмысшы әталондар бірліктің өлшемдерін екінші эталондардан қабылдайды және өз кезегінде өлшемнің жұмысшы құралдарына өлшемді беру үшін қолданылады.
• Екінші ретті эталон сәйкес физикалық шаманы алғашңы эталонмен салыстыру жолымен алынатын бірлік мөлшерін сақтайды. Екінші ретті эталон салыстырып тексеру жұмыстарына қажет болған жағдайда, сондай-ақ мемлекеттік эталонның тез тозуға ұшырамауы үшін жасалады және бекітіледі.

Метрологиялық арнаулылығы бойынша екінші ретті эталондардың түрлері:

• • Эталон-көшірме - бірлік мөлшерін жұмысшы эталондарға беруге арналған. Ол алғашқы немесе арнаулы эталонды уақытынан бұрын тозуынан сақтау мақсатында көптеген салыстырып тексерулер жасау қажеттілігі туындағанда әзірленеді. Эталон-көшірме метрологиялық арнаулылығы бойынша мемлекеттік эталонның көшірмесі болып табылады;
  • Салыстыру эталоны - белгілі бір себептермен бір-бірімен тікелей салыстырыла алмайтын жағдайларда эталондарды салыстыру үшін пайдаланылады;
  • Эталон-куәгер - мемлекеттік эталонның сақталғандығын және өзгермегендігін тексеруге және оны бұзылған кезде алмастыруға арналған;
  • Жұмысшы эталон - бірлік мөлшерін жұмысшы өлшем құралдарына беру үшін арналған.

Ең алғаш ресми бекітілген эталондар метр мен килограмның үлгілері болды, олар Францияда жасалды және 1799 жылы Францияның Үлттың Архивіне сақтауға берілді. Сондықтан оларды «Мұрағат метрі» және «Мұрағат килограмы» деп атай бастады. 1872 жылдан бастап килограмм «Мұрағат килограмға» тең масса деп анықтала бастады. СИ Халықаралық жүйесінің өрбір негізгі немесе туынды бірліктер эталонының өзіндік қызықты тарихы бар және олар күрделі ғылыми-зерттеулермен және эксперименттермен байланысты.

Мысалы, 1791 жылы Францияның Ұлттың жиналысы қабылдаған, париждік меридианның төрттен бір доғасының он миллионнан бір бөлігіне тең метр эталонын 1837 жылы қайта қарастыру тура келді. Француз ғалымдары анықтағандай, меридианның төрттен бір бөлігінде 10 млн. емес, 10 млн. 856 метр бар екен. Сондай-ақ, Жердің мөлшері мен пішіні үнемі өзгеріп отыратыны белгілі. Осыған байланысты 1872 жылы Санкт-Петербург Ғылым академиясының ғалымдары метр эталонына өзгерістер енгізу туралы мәселені шешу үшін халыңаралық комиссия құруды ұсынды. Комиссия жаңа эталонды жасамай-ақ, Францияда сақталынған «Мұрағат метрді» ұзындықтың бастапқы бірлігі ретінде қабылдауды қалады. 1875 жылы Халықаралық метрлік конвенция қабылданды, оған Ресей де қол қойды. Бұл жылды метрологтар метрдің негізгі халықаралық ұзындық бірлігі ретінде екінші рет туылуы деп санайды. XX ғасырда (1967 жылы) париждік меридианның дәлірек өлшемдері жарық көрді, ол 10 млн. 1954,4 метрді құрады. Осылайша «Мұрағат метрі» меридиандық метрден 0,2 мм-ге қысқа болып шықты.

1889 жылы платинді-иридилі ерітіндіден метр эталонының 31 данасы жасалды. Олардан №6 эталон 0°С температурада «Мұрағат метрі» ұзындығына сәйкес келді. Осы эталон нұсқасы Өлшемдер мен салмақтар бойынша I Бас конференцияның шешімімен метрдің халықаралық эталоны ретінде бекітілді және Севр қаласында (Франция) сақталады. Қалған 30 эталон әр түрлі елдерге берілді. Ресей №28 және №11 эталондарды алды және мемлекетті эталон ретінде №28 эталоны бекітілді.

Метрдің платинді-иридилі эталонының қателігі +1,1 • 10⁻⁷ м XX ғасырдың басында қанағаттанарлықсыз деп бағаланған. 1960 жылы Өлшемдер мен салмақтар бойынша XI Бас конференция метрдің жаңа анықтамасын ұсынды. Метр анықтамасы атомдар сәулеленуінің спектральды сызықтарының толқын ұзындығы тұрақтылығына негізделген. Жарық көзі ретінде криптондық эталон алынған. Криптондың эталонның қателігі платинді-иридиліге қарағанда кем және 5 • 10⁻⁹ м тең болды.

Бірақ бұл дәлдік те жеткіліксіз болып шықты, ал ғылымның жаңа жетістіктері 1983 жылы метрдің, жаңа анықтамасын қабылдауға мүмкіндік берді (XXII Бас конференцияда). Оған сәйкес метр - вакуумдағы жарықтың 1/299792458 үлес секундта жүріп өтетін жол ұзындығы. Осы конференцияда жарық жылдамдығының нақты мәні жарияланды.

Масса бірлігі эталонының тарихы да өте қызықты. 1872 жылы масса эталоны ретінде қабылданған «Мұрағат килограмы» биіктігі мен диаметрі 39 мм-ге тең платинді цилиндр кір болды. Тәжірибеде қолдану үшін үлгілер (екінші эталондар) платинді-иридилі ерітіндіден жасалынды. Килограмның халықаралық үлгісі ретінде платинді-иридилі кір қабылданды, ол дәлдігі бойынша «Мұрағат килограмына» көбірек сәйкес келді.

Өлшемдер мен салмақтар бойынша I Бас конференцияның шешімімен килограмм прототипінің 42 нұсқасынан Ресейге №12 және №26-лары берілді, № 12 эталон массаның мемлекеттік эталоны ретінде бекітілді (24-сурет), №26 үлгі екінші эталон ретінде пайдаланылды.

Массаның ұлттық эталоны (бұрынғы КСРО-ның ұлттың эталоны) Ресейдің Санкт-Петербург қаласында Ғылыми-зерттеу институтында сақталған. Ол кварцтық үстелде, екі шыны ыдыстың астында болат сейфте тұрады. Ондағы ауа температурасы 20±30°С-де ұсталады, ал салыстырмалы ылғалдылық - 65%. Он жылда бір рет оны екі екінші эталонмен салыстырады. Халықаралық эталонмен салыстырған кезде массаның ұлттық эталоны 1,0000000877 кг мәнге ие болды. №12 үлгіден екінші ретті эталондарға масса бірлігінің өлшемін беру үшін қашықтықтан басқаруы бар №1 және №2 арнаулы таразылар қолданылады. Килограмды бейнелеу қателігі 2 • 10⁻⁹ болды. Халықаралық салыстырулар кезінде аныңталған эталон массасының ауытқулары оның тұрақтылығының жеткілікті дәрежесін көрсетеді. 7-кестеде екі салыстырулардың нәтижелері келтірілген.

Тағы қараныз

• Эталондар дамуының болашағы
• Өлшем құралдарының түрлері
• Физикалық шамалар өлшемдер объектісі ретінде