Универсальная газовая постоянная

Магнетон Бора

По теории Бора электрон, двигаясь по круговой орбите вокруг ядра, представляет собой замкнутый ток, который обладает собственным маг­нитным моментом. Этот момент для орбиты с радиусом а₀ равен

Нормальный объем газа — объем моля идеального газа при нормаль­ных условиях

Согласно уравнению газового состояния Менделеева-Клапейрона га­зовая постоянная определяется как

Постоянная Больцмана определяется как отношение универсальной газовой постоянной к числу Авогадро

Постоянная в законе Стефана-Больцмана - зависимости объем­ной плотности энергии электромагнитного излучения ограниченной поло­сти от температуры в четвертой степени w = s * Т⁴

Постоянная в законе смещения Вина — зависимости длины волны максимума излучения замкнутой полости от температуры

Соотношение Джозефсона между частотой и напряжением при при­ложении напряжения к неплотному контакту двух сверхпроводников. Час­тота такого тока определяется формулой

Диэлектрическая проницаемость вакуума e₀ — коэффициент в законе Кулона, позволяющий использовать механические единицы метр, килограмм, секунду и получать заряд в Амперах в секунду, который численно равен

Магнитная проницаемость вакуума - магнитная постоянная Цц -коэффициент, позволяющий использовать Амперы совместно с основны­ми единицами системы СИ в механических измерениях - килограммом, секундой и метром, выражается как

Еще одним типом констант, широко используемых в метрологии, являются стандартные справочные данные. В большинстве своем это константы, характеризующие какие-либо объекты, предметы или вещества (атомы и молекулы). Такие объекты могут быть созданы искусственно, например Специальные сплавы или стекла, но могут и представлять собой природные объекты. Примером последнего являются минералы или атомы и молекулы.

Более четко смысл категории стандартных справочных данных стано­вится понятным из рассмотрения конкретных видов измерений.

В механике это механические характеристики различных веществ, на­пример в измерениях плотности жидкостей стандартными справочными Данными является плотность чистых веществ при заданных температуре, влажности и давлении. В измерении давления это упругости насыщающих паров жидкостей и твердых веществ при определенной температуре.

В температурных измерениях широко используются константы, харак­теризующие фазовые переходы: плавление-отвердевание или кипение-конденсация. Здесь же используются табличные значения ЭДС различных термопар. Особенно точными и хорошо воспроизводимыми являются ЭДС термопар из платины и сплава платины с 10% или 15% родия. Эти данные широко используются при создании образцовых средств измерения сред­ней точности или рабочих средств измерения высокой точности. Метроло­гические службы стандартных справочных данных большое внимание уде­ляют составлению таблиц, характеризующих свойства таких термопар.

В электрических измерениях к стандартным справочным данным можно отнести характеристики различных стабильных электрических явлений, например ЭДС различных гальванических пар, окислительно-восстановительные потенциалы, определяемые для различных ионов.

В оптических измерениях стандартные справочные данные использу­ются наиболее полно, т. к. вся физическая оптика опирается на излучательные или поглощательные свойства атомов и молекул. В связи с этим перед оптиками-метрологами всегда стояла задача измерения атомных констант. Очевидно, что кроме размеров атома водорода существует много различ­ных характеристик, важных в измерительной технике: длины волн эмис­сионных линий и линий поглощения атомов и молекул, уровни энергии атомов и молекул, потенциальные кривые для молекул, времена жизни уровней, определяющие ширину линий атомов, силы осцилляторов, оп­ределяющие интенсивность линий атомов, различные характеристики, определяющие взаимодействие атомов друг с другом - сечения уширяю­щих столкновений и т. д. В подтверждение огромной роли службы стан­дартных справочных данных в оптических измерениях является тот факт, что в главном метрологическом центре США, в Национальном институте стандартов и технологий (NIST), самый большой отдел занимается полу­чением, сбором, хранением и распространением атомных констант— стан­дартных справочных данных.

Атомные константы издаются и рассылаются в виде таблиц, книг, спе­циальных сборников. Это могут быть какие-либо однотипные характерис­тики, например уровни энергии для всех атомов, а могут быть и все атом­ные константы для какого-либо одного атома или вещества.

В физико-химических измерениях используется также огромное ко­личество стандартных справочных данных о связях состав-свойство раз­личных веществ и материалов. Сюда относятся всевозможные свойства чистых веществ, свойства стандартных образцов, записанные в виде таб­лиц, различные зависимости свойств сплавов или газовых смесей от со­става, коэффициенты поглощения прозрачных веществ, показатели пре­ломления и т. д. В частности, в гигрометрии (измерении влажности) на уровне точности образцовых приборов можно организовать поверку по насыщенным растворам солей. Здесь используется тот факт, что в замкну­том сосуде над насыщенным раствором какой-либо соли при фиксирован­ной температуре устанавливается строго определенная концентрация во­дяных паров. Изготовив термостат с набором солей, можно отградуировать влагомер со средней точностью опираясь только на табличные стандарт­ные справочные данные. К той же категории относятся измерения относи­тельной влажности по психрометрическим таблицам - зависимостям раз­ности показаний сухого и мокрого термометра от относительной влажности.

Категория стандартных справочных данных в метрологии является так­же одной из самых важных, наряду со стандартными образцами, мерами, измерительными устройствами высокой точности. В мировой метрологической практике существует международная организация KODATA, кото­рая занимается стандартными справочными данными. В Российской Фе­дерации в Государственном комитете по стандартам существует Институт стандартных справочных данных в Москве.

По ходу изложения мы будем неоднократно пользоваться стандартны­ми справочными данными. Тогда на многочисленных примерах сущность этой метрологической категории будет более понятной. Здесь, в изложении основ организации систем обеспечения единства измерений ставится зада­ча определения сущности понятия «стандартные справочные данные».

Эталоны.

Единство измерений — состояние измерений, при котором их результаты выра­жены в узаконенных единицах величин и погрешности измерений не выходят за установленные границы с заданной вероятностью.

Правовой основой обеспечения единства измерений служит законодательная метрология, которая представляет собой свод государственных актов и норма­тивно-технических документов различного уровня, регламентирующих метроло­гические правила, требования и нормы.

Технической основой ГСИ являются:

1. Система (совокупность) государственных эталонов единиц и шкал физиче­ских величин.— эталонная база страны.

2. Система передачи размеров единиц и шкал физических величин от эталонов
ко всем СИ с помощью эталонов и других средств поверки.

3. Система разработки, постановки на производство и выпуска в обращение ра­бочих СИ, обеспечивающих исследования, разработки, определение с требуе­мой точностью характеристик продукции, технологических процессов и дру­гих объектов.

4. Система государственных испытаний СИ (утверждение типа СИ), предна­значенных для серийного или массового производства и ввоза из-за границы партиями.

5. Система государственной и ведомственной метрологической аттестации, по­верки и калибровки СИ.

6. Система стандартных образцов состава и свойств веществ и материалов.

7. Система стандартных справочных данных о физических константах и свойст­вах веществ и материалов.

Различают децентрализованное и централизованное воспроизведение единиц.

При децентрализованном единицы воспроизводятся там, где выполняются изме­рения (м² и др. производные физические величины).

При централизованном информация о единицах передается с места их централи­зованного хранения и воспроизведения. Оно осуществляется с помощью специ­альных технических средств, называемых эталонами.

Основные единицы (секунда, метр, килограмм, кельвин, кандела, ампер и моль) воспроизводятся только централизованно.

Эталон единицы величины — средство измерений, предназначенное для воспро­изведения и хранения единицы величины (или кратных либо дольных значений единицы величины) с целью передачи ее размера другим средствам измерений данной величины.

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.

Государственный эталон единицы величины — эталон единицы величины, при­знанный решением уполномоченного на то государственного органа в качестве исходного на территории Российской Федерации.

Международные эталоны хранит и поддерживает Международное бюро мер и 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 SI, 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.

Каждый эталон состоит из воспроизводящей части и приспособлений или уст­ройств, обеспечивающих съем и передачу информации о размере единицы.

Стандартные образцы состава и свойств веществ и материалов — это образцы веществ и материалов, химический состав или физические свойства которых ти­пичны для данной группы веществ (материалов), определены с необходимой точностью, отличаются высоким постоянством и удостоверены сертификатом. Они играют важную роль в обеспечении единства измерений.Стандартные образцы используются для градуировки, поверки и калибровки химического состава и различных свойств материалов (механических, теплофизических, оптических и др.). Они могут применяться непосредственно для контро­ля качества сырья и промышленной продукции путем сличения. По существу стандартные образцы служат для поддержания единства измерений, то есть яв­ляются средствами измерений.

Стандартные образцы подвергаются специальным испытаниям, по результатам которых они получают свидетельства (сертификат) и вносятся в государствен­ный реестр стандартных образцов, а он, в свою очередь, является составной ча­стью (разделом) Государственного реестра средств измерений.

Образцы состава и образцы свойств в зависимости от уровня утверждения под­разделяются на: государственные, отраслевые и предприятий.

В России действует Государственная служба стандартных образцов (ГССО) в составе НПО ВНИИМ им Д. И. Менделеева.

Передача информации о размерах единиц. Правильность и точность заложенной в средства измерений информации о размере единиц устанавливается при утвер­ждении типа средств измерений. Сохранность этой информации контролируется при первичной и всех последующих поверках средств измерений.

Использование для градуировки, аттестации и поверки средств измерений непо­средственно государственных эталонов не допускается. Эти эталоны являются национальным достоянием, ценностями особой государственной важности.

По государственным эталонам устанавливаются значения физических величин вторичных эталонов. Среди вторичных эталонов различают: эталоны-свидетели, предназначенные для проверки сохранности государственного эталона и замены его в случае порчи или утраты; эталоны сравнения, применяемые для сличения эталонов, которые по тем или иным причинам не могут быть непосредственно сличены друг с другом; эталоны-копии, используемые для передачи информации о размере рабочим эталонам.

На рис. 3.9 приведен один из вариантов схемы передачи информации о размере единицы от государственного эталона к средствам измерений, из которой видно, что от вторичных эталонов информацию о размере единицы получают ниже­стоящие эталоны (1-го, 2-го, 3-го и 4-го разрядов) и рабочие средства измерений.

Не допускается использование рабочих средств измерений для передачи инфор­мации о размере единицы другим средствам измерений.

Количество ступеней от рабочего эталона до средства измерений зависит от требуемой точности передачи размера единицы и особенностей данной единицы. Известно, что на каждой ступени передачи информации точность теряется в 3-5 раз (иногда в 1,25-10 раз).

Таким образом, при многоступенчатой передаче эталонная точность не доходит до потребителя. Поэтому для высокоточных средств измерений число ступеней может быть сокращено вплоть до передачи им информации о размере единицы непосредственно от эталона-копии.

Рис. 3.9. Общий вид государственной поверочной схемы

Дата добавления: 2014-01-20