Метрическая конвенция (фр. Convention du Mètre ), также известная как Метрический договор [ 1] — международный договор , подписанный в Париже 20 мая 1875 года представителями 17 стран: Аргентины, Австро-Венгрии, Бельгии, Бразилии, Дании, Франции, Германии, Италии, Перу, Португалии, России, Испании, Швеции и Норвегии, Швейцарии, Османской империи, Соединенных Штатов Америки и Венесуэлы.
Договор создал Международное бюро мер и весов (BIPM), межправительственную организацию под руководством Генеральной конференции по мерам и весам (CGPM) и под надзором Международного комитета по мерам и весам (CIPM). Эти организации координируют международную метрологию и разработку международно признанных систем измерений .
Метрическая конвенция создала постоянную организационную структуру для правительств-членов, чтобы действовать в общем согласии по всем вопросам, касающимся единиц измерения. Руководящими органами BIPM являются:
Штаб-квартира или секретариат BIPM находится в Сен-Клу , Франция. В нем работают около 70 человек, и там проводятся официальные заседания BIPM.
Первоначально сфера действия Метрической конвенции охватывала только единицы массы и длины. В 1921 году на шестом заседании CGPM конвенция была изменена, чтобы распространить ее на другие области физики. В 1960 году на одиннадцатом заседании CGPM ее система единиц была названа Международной системой единиц ( Système international d'unités , сокращенно SI). [2]
Метрическая конвенция предусматривает, что членами BIPM могут быть только страны. В 1999 году CGPM была создана в статусе ассоциированного члена, чтобы позволить государствам, не являющимся членами, и экономическим субъектам участвовать в некоторых мероприятиях BIPM через свои национальные метрологические институты (НМИ).
По состоянию на 13 января 2020 года [обновлять]в CGPM насчитывалось 62 члена и 40 ассоциированных членов.
Членство в CGPM требует уплаты значительных взносов. Задолженность по этим платежам в течение многих лет привела к исключению некоторых бывших членов.
До Французской революции , которая началась в 1789 году, французские единицы измерения основывались на системе Каролингов , введенной первым императором Священной Римской империи Карлом Великим (800–814 гг. н. э.), которая в свою очередь основывалась на древнеримских мерах. Карл Великий ввел последовательную систему мер по всей империи. Однако после его смерти империя распалась, и многие правители ввели свои собственные варианты единиц измерения.
Некоторые единицы измерения Карла Великого, такие как pied du Roi (королевский фут ), оставались практически неизменными на протяжении примерно тысячи лет, в то время как другие, такие как aune ( элль — использовался для измерения ткани) и livre ( фунт ), значительно различались от местности к местности. К моменту революции количество единиц измерения возросло до такой степени, что было почти невозможно за ними следить.
В Англии в 1215 году статья 35 Великой хартии вольностей требовала, чтобы одни и те же стандарты измерения применялись по всему королевству. Формулировка статьи подчеркивала, что «должна быть единая мера... по всему нашему королевству». [3] Пять столетий спустя, когда в 1707 году Англия и Шотландия были объединены в единое королевство, шотландцы согласились использовать те же единицы измерения, которые уже были установлены в Англии. [4] В восемнадцатом веке, чтобы облегчить торговлю, Петр Великий , царь России, принял английскую систему мер. [5]
С 1668 по 1776 год французским стандартом длины был Туаз Шатле, установленный снаружи Гранд Шатле в Париже. В 1735 году два геодезических стандарта были откалиброваны по Туазу Шатле. Один из них, Туаз Перу, использовался для Французской геодезической миссии на экваторе . В 1766 году Туаз Перу стал официальным стандартом длины во Франции и был переименован в Туаз Академии ( фр. Toise de l'Académie ).
Изобилие единиц измерения было практической проблемой важности до Французской революции, и его реформа была одним из пунктов повестки дня Национальной ассамблеи . [6] В 1799 году, после переизмерения дуги парижского меридиана (фр. Méridienne de France ) между Дюнкерком и Барселоной Деламбром и Мешеном , метр был определен как четверть 10-миллионной окружности Земли или 3 пье (французских фута) и 11,296 линей (линий) Туаза Академии. [6] Талейран , влиятельный лидер Ассамблеи, пригласил британцев и американцев принять участие в создании новой системы, но в итоге Ассамблея пошла на это самостоятельно и ввела метр и килограмм , которые должны были лечь в основу метрической системы, изготовив прототипы, которые в 1799 году были переданы в Архив. [7]
Гельветическая Республика приняла метрическую систему в 1803 году. [6] В 1805 году швейцарский иммигрант Фердинанд Рудольф Хасслер привез копии французского метра и килограмма в Соединенные Штаты. В 1830 году Конгресс решил создать единые стандарты длины и веса в Соединенных Штатах. [ необходима цитата ] Хасслеру было поручено разработать новые стандарты, и он предложил принять метрическую систему. Конгресс Соединенных Штатов выбрал британский парламентский стандартный ярд 1758 года и британский тройский фунт 1824 года в качестве стандартов длины и веса. [ необходимая цитата ] Тем не менее, основная базовая линия Службы береговой службы США, которая в 1836 году была переименована в Службу береговой службы США, а в 1878 году — в Береговую и геодезическую службу США , была измерена в 1834 году на острове Файер-Айленд с использованием четырех двухметровых железных стержней, изготовленных по спецификации Хасслера в Соединенном Королевстве и привезенных в Соединенные Штаты в 1815 году. Все расстояния, измеренные Службой береговой службы, Береговой службой и Береговой и геодезической службой, были отнесены к метру.
В период с 1840 по 1870 год ряд стран окончательно приняли метрическую систему в качестве своей системы мер, включая Францию, Испанию, многие южноамериканские республики и многие итальянские и германские государства (Нидерланды приняли эту систему в 1817 году). [6] В 1863 году Международный почтовый союз использовал граммы для выражения разрешенного веса писем.
В 1852 году Испанская королевская академия наук настоятельно просила испанское правительство одобрить создание крупномасштабной карты Испании. В следующем году Карлос Ибаньес и Ибаньес де Иберо были назначены для выполнения этой задачи. Все научные и технические материалы должны были быть созданы. Карлос Ибаньес и Ибаньес де Иберо и Фрутос Сааведра Менесес отправились в Париж, чтобы проконтролировать производство Бруннером четырехметрового измерительного инструмента, который они разработали и который они позже сравнили с двойным туазом № 1 Борда , который был основным эталоном для измерения всех геодезических баз во Франции и длина которого составляла 3,8980732 метра.
В 1867 году на второй Генеральной конференции Международной ассоциации геодезии (нем. Europäische Gradmessung ), состоявшейся в Берлине , обсуждался вопрос о международном стандарте длины с целью объединения измерений, выполненных в разных странах, для определения размеров и формы Земли. [8] Конференция рекомендовала принять метрическую систему (взамен туаза Бесселя , копии туаза Перу, сделанного в 1823 году) и создать Международную метрическую комиссию. [8] [9]
В 1860-х годах проверки прототипа метра выявили износ измерительных поверхностей стержня, а также то, что стержень имел обыкновение слегка прогибаться при использовании. [7] В связи с сомнениями в воспроизводимости метра и килограмма и угрозой создания конкурирующего стандарта Наполеон III пригласил ученых из всех стран мира на конференцию в Париже. В июле 1870 года, за две недели до начала конференции, разразилась Франко-прусская война . Хотя делегаты и встретились (без немецкой делегации), было решено, что конференцию следует отозвать, как только будут присутствовать все делегаты (включая немецкую делегацию). В Париже была создана Международная метрическая комиссия. [10]
После войны, которая привела к изгнанию Наполеона III, Германия и Италия, теперь объединенные нации, приняли метрическую систему в качестве своей национальной системы единиц, но с прототипом килограмма и метра под контролем Французской Третьей республики . В 1872 году новое республиканское правительство повторно разослало приглашения, и в 1875 году ученые из тридцати европейских и американских стран встретились в Париже. [11] В том же году Международная ассоциация геодезии провела свою Генеральную конференцию в Париже и приняла решение о создании международного геодезического стандарта для измерения базовых линий, откалиброванного по метру.
Главными задачами, стоящими перед делегатами на конференции 1875 года, были замена существующих метровых и килограммовых артефактов, которые находились во владении французского правительства, и создание организации для управления поддержанием стандартов по всему миру. Конференция не занималась другими единицами измерения. Конференция имела оттенки франко-германского политического маневрирования, особенно с учетом того, что французы были унижены пруссаками во время войны несколькими годами ранее. Хотя Франция потеряла контроль над метрической системой, они добились того, чтобы она перешла под международный, а не немецкий контроль, и чтобы международная штаб-квартира находилась в Париже. [12] Испания особенно поддержала Францию в этом исходе, и первый президент Международного комитета мер и весов, испанский геодезист Карлос Ибаньес и Ибаньес де Иберо получил медаль Большого офицера Почетного легиона за свою дипломатическую роль в этом вопросе и был награжден премией Понселе за свой научный вклад в метрологию. [13] Действительно, поскольку Карлос Ибаньес и Ибаньес де Иберо сотрудничали с французами в переизмерении дуги Парижского меридиана ( дуги меридиана Западная Европа-Африка ) с 1853 года и были президентами как Постоянного комитета Международной метрической комиссии с 1872 года, так и Постоянной комиссии Международной ассоциации геодезии с 1874 года, он должен был сыграть ключевую роль в примирении французских и немецких интересов. [14] [15]
Конференция была созвана для обсуждения вопроса о сохранении международных стандартов, основанных на существующих французских стандартах, а не на использовании французских стандартов, которым на тот момент было 70 лет и которые из-за износа могли оказаться не совсем такими, какими они были на момент их принятия в 1799 году.
До конференции 1870 года французские политики опасались, что мировое сообщество может отвергнуть существующий метр, поскольку он был на 0,03% (300 мкм) короче своей проектной длины, и потребовать новое меридиональное измерение. В конце концов они успокоились, когда швейцарский делегат немецкого происхождения Адольф Хирш сказал: «Ни один серьезный ученый в наши дни не станет рассматривать метр, выведенный из размера Земли». Когда конференция была созвана снова в 1875 году, было предложено изготовить новые прототипы метровых и килограммовых стандартов, чтобы максимально точно воспроизвести значения существующих артефактов. [12]
Хотя новый стандартный метр имел ту же ценность, что и старый метр, он имел поперечное сечение в форме буквы «X», разработанное Анри Треска, а не прямоугольное, поскольку это уменьшало изгиб при проведении измерений. Более того, новый стержень, вместо того чтобы быть ровно одним метром в длину, был немного длиннее одного метра и имел выгравированные на них линии, которые находились ровно в одном метре друг от друга. [16] Лондонская фирма Johnson Matthey поставила 30 прототипов метров и 40 прототипов килограммов. На первом заседании CGPM в 1889 году стержень № 6 и цилиндр № X были выбраны по жребию в качестве международных прототипов. Остальные были либо сохранены в качестве рабочих копий BIPM, либо распределены по жребию среди государств-членов в качестве национальных прототипов. [17]
Прототип метра сохранялся в качестве международного стандарта до 1960 года, когда метр был переопределен в терминах длины волны оранжево-красной линии криптона-86 . Современное определение метра - это "длина пути, пройденного светом в вакууме за промежуток времени 1/299 792 458 секунды».
16 ноября 2018 года 26-я Генеральная конференция по мерам и весам (CGPM) единогласно проголосовала за пересмотренные определения некоторых основных единиц СИ , в частности килограмма. [18] Новые определения вступили в силу 20 мая 2019 года, но не меняют метр. [19] [20]
Конвенция создала международную организацию с двумя руководящими органами для содействия стандартизации мер и весов во всем мире. Первый, CGPM, представляет собой форум для представителей государств-членов, второй, CIPM, является консультативным комитетом метрологов высокого уровня. Секретариат или штаб-квартира предоставляет соответствующие помещения для проведения встреч и лабораторные помещения в поддержку CGPM и CIPM. [21]
Структуру можно сравнить с корпорацией , CIPM аналогичен совету директоров , а CGPM — собранию акционеров .
Генеральная конференция по мерам и весам ( Conférence générale des poids et mesures или CGPM) является основным органом принятия решений, созданным конвенцией. Она состоит из делегатов от государств-членов и [без права голоса] наблюдателей от ассоциированных государств и экономик. [22] Конференция обычно собирается каждые четыре года, чтобы получить и обсудить отчет CIPM и одобрить новые разработки в SI по рекомендации CIPM, хотя на встрече 2011 года она согласилась встретиться снова в 2014 году, а не в 2015 году, чтобы обсудить зрелость новых предложений SI . [23] Она также отвечает за новые назначения в CIPM и принимает решения по основным вопросам, касающимся развития и финансирования BIPM. Согласно Метрической конвенции (ст. 4) президент Французской академии наук также является президентом Генеральной конференции по мерам и весам.
Международный комитет мер и весов ( Comité international des poids et mesures или CIPM) состоит из восемнадцати (первоначально четырнадцати) [24] лиц из государств-членов с высоким научным статусом, назначенных CGPM для консультирования CGPM по административным и техническим вопросам. Он отвечает за работу десяти консультативных комитетов (CC), каждый из которых исследует различные аспекты метрологии — один CC обсуждает измерение температуры, другой — измерение массы и т. д. CIPM ежегодно собирается в Сен-Клу для обсуждения годовых отчетов различных CC, представления ежегодного отчета правительствам государств-членов в отношении администрации и финансов BIPM и консультирования CGPM по техническим вопросам по мере необходимости. Каждый член CIPM представляет другое государство-член — при этом Франция, в знак признания ее работы по созданию конвенции, всегда имеет одно место в CIPM. [25] [26]
Секретариат (или штаб-квартира) Международного бюро мер и весов ( Bureau international des poids et mesures или BIPM) находится в Сен-Клу, Франция. Он хранит ныне исторический международный прототип килограмма и предоставляет метрологические услуги государствам-членам, а также проводит официальные встречи. Он также хранит бывший международный прототип метра , который был выведен из эксплуатации в 1960 году. На протяжении многих лет различные прототипы метра и килограмма возвращались в лаборатории BIPM для проведения повторной калибровки.
Первоначально штат сотрудников составлял 9 человек, но после распространения первой партии прототипов число сотрудников сократилось до 4; [27] в 2012 году штат сотрудников составлял более 70 человек, а годовой бюджет составлял более 10 миллионов евро. [28] Директор BIPM по должности является членом CIPM и членом всех консультативных комитетов.
Оригинальный договор был написан на французском языке, и официальным языком всех официальных документов является французский. Связь между BIPM и государствами-членами осуществляется, в случае Франции, через министра иностранных дел Франции, а в случае всех других членов — через посла членов во Франции. [29]
Французское правительство предложило членам договора павильон Бретей в Сен-Клу для размещения BIPM. Павильон был первоначально построен в 1675 году на территории поместья Шато де Сен-Клу, где, среди прочих, жил император Наполеон III . Замок был практически разрушен во время Франко-прусской войны (1870–1871), а павильон был сильно поврежден. [30] Павильон был полностью восстановлен и, как штаб-квартира межправительственной организации, пользуется привилегиями и иммунитетами. [31]
Наука метрологии значительно продвинулась с 1875 года. В частности, в 1921 году в договор были внесены поправки, в результате чего многие другие международные организации имеют форум в рамках CIPM для обеспечения гармонизации стандартов измерений во многих дисциплинах . Кроме того, то, что изначально задумывалось как стандарты для целей торговли, теперь было расширено и охватывает большое количество аспектов человеческой деятельности, включая медицину, науку, технику и технологию.
Метрическая конвенция была первоначально составлена с главной целью предоставить стандарты только длины и массы. Стандарты, относящиеся к другим величинам, находились под контролем других органов — время измерялось астрономами , электрические единицы — серией специальных международных конференций, [32] а другие физические стандарты и концепции поддерживались или определялись международными органами, такими как Международный конгресс прикладной химии или Международный союз чистой и прикладной физики .
В 1901 году Джорджи опубликовал предложение о создании согласованного набора единиц, основанного на четырех базовых единицах — метре, килограмме, секунде и одной электрической единице ( ампер , вольт или ом ). В 1921 году конвенция была расширена, чтобы разрешить продвижение стандартов, относящихся к любой физической величине, что значительно увеличило сферу компетенции CIPM и неявно предоставило ему свободу использовать предложения Джорджи. 8-я ГКМВ (1933) решила работать с другими международными организациями, чтобы согласовать стандарты для электрических единиц, которые могли бы быть связаны с международными прототипами. [33] Это было в принципе согласовано Международной электротехнической комиссией на ее конгрессе в Брюсселе в 1935 году при условии, что выбор четвертой единицы будет согласован, среди прочего, с соответствующим консультативным комитетом CIPM. [34]
В 1948 году, через три года после окончания Второй мировой войны и через пятнадцать лет после 8-й ГКМВ, была созвана 9-я ГКМВ. В ответ на официальные просьбы Международного союза чистой и прикладной физики и французского правительства о создании практической системы единиц измерения, ГКМВ обратилась к МКМВ с просьбой подготовить рекомендации по единой практической системе единиц измерения, пригодной для принятия всеми странами, присоединившимися к Метрической конвенции. [35] В то же время ГКМВ официально приняла рекомендацию по написанию и печати символов единиц и чисел. [36] В рекомендации также были каталогизированы рекомендуемые символы для наиболее важных единиц измерения MKS и CGS , и впервые ГКМВ дала рекомендации относительно производных единиц.
Проект предложения CIPM, который представлял собой обширный пересмотр и упрощение определений метрических единиц, символов и терминологии на основе системы единиц MKS, был представлен на 10-й ГКМВ в 1954 году. В предложении CIPM рекомендовал, чтобы ампер был базовой единицей, из которой будут выведены электромеханические стандарты. После переговоров с CIS и IUPAP в качестве базовых единиц были предложены еще две базовые единицы, градус Кельвина и кандела. [37] Полная система и название «Système international d'unités» были приняты на 11-й ГКМВ. [38] В последующие годы определения базовых единиц и, в частности, mise en pratique [39] для реализации этих определений были уточнены.
Формальное определение Международной системы единиц (СИ) вместе с соответствующими резолюциями, принятыми CGPM и CIPM, публикуются BIPM в Интернете и в форме брошюры с регулярными интервалами. Восьмое издание брошюры Le Système international d'unités – Международная система единиц было опубликовано в 2006 году . [40]
В 1940-х годах правительство Соединенных Штатов осознало преимущества ведения поставщиками записей контроля качества в отношении произведенных товаров, которые обеспечивали бы прослеживаемость процесса. Этот процесс был формализован британским правительством в 1979 году как стандарт контроля качества BS 5750. В 1987 году BS 5750 был принят ISO в качестве основы для ISO 9000. [41] ISO 9000 — это стандарт контроля качества общего назначения, который работает совместно с отраслевыми стандартами: например, ISO 15195:2003, который устанавливает особые требования к лабораториям референтных измерений в лабораторной медицине. [42]
Международная торговля затрудняется тем, что одна страна не признает контроль качества, применяемый в других странах, — часто из-за различий или несовместимости стандартов. На 20-й ГКМВ (1995 г.) было признано, что хотя ad hoc признание калибровки приборов между сотрудничающими странами имело место в течение ста лет, возникла необходимость в более всеобъемлющем соглашении. Следовательно, МКМВ было поручено изучить возможность создания Соглашения о взаимном признании в отношении калибровки приборов. Любое такое соглашение потребовало бы ведения записей, которые могли бы продемонстрировать прослеживаемость калибровок до базовых стандартов. Такие записи будут регистрироваться в рамках ISO 9000. Четыре года спустя, в 1999 г., текст CIPM-MRA был согласован на 21-й ГКМВ. [43] [44]
Схема CIPM-MRA заключается в каталогизации возможностей национальных измерительных институтов (NMI), таких как NIST в Соединенных Штатах или Национальная физическая лаборатория в Великобритании, чьи процедуры калибровки были оценены коллегами. Основные пункты CIPM-MRA: [45]
После запуска CIPM MRA и в ответ на директиву Европейского сообщества по медицинским устройствам in vitro [46] в 2002 году был создан Объединенный комитет по прослеживаемости в лабораторной медицине (JCTLM) на основании Декларации о сотрудничестве между Международным комитетом мер и весов (CIPM), Международной федерацией клинической химии и лабораторной медицины (IFCC) и Международным сотрудничеством по аккредитации лабораторий (ILAC). [47] Объединенный комитет обеспечивает форум для гармонизации стандартов различных участников.
С появлением атомных часов стало возможным определять и измерять Международное атомное время с достаточной точностью, чтобы можно было обнаружить изменения во вращении Земли . Международная служба вращения Земли отслеживает эти изменения относительно звезд с регулярными интервалами и предлагает дополнительные секунды по мере необходимости. В настоящее время в более чем 50 национальных лабораториях по всему миру имеется более 200 атомных часов, а BIPM, в соответствии с мандатом, предоставленным ему Метрической конвенцией, координирует различные атомные часы. [48]
После 1960 года, когда определение метра было связано с определенной длиной волны света, а не с международным прототипом метра, единственной единицей измерения, которая оставалась зависимой от конкретного артефакта, был килограмм. На протяжении многих лет были обнаружены небольшие отклонения, которые могли достигать 20 × 10−9 килограммов в год в массе международного прототипа килограмма. [49] На 21-м заседании CGPM (1999) национальным лабораториям было настоятельно рекомендовано исследовать способы разрыва связи между килограммом и конкретным артефактом.
Независимо от того, был ли этот дрейф идентифицирован, проект Авогадро и разработка весов Киббла (или Ватта) обещали методы косвенного измерения массы с очень высокой точностью. Эти проекты предоставили инструменты, которые позволили альтернативные способы переопределения килограмма. [50]
В отчете, опубликованном в 2007 году Консультативным комитетом по термометрии при МКМВ, отмечалось, что их определение температуры оказалось неудовлетворительным для температур ниже 20 К и для температур выше 1300 К. Комитет считал, что постоянная Больцмана обеспечивает лучшую основу для измерения температуры, чем тройная точка воды, поскольку она преодолевает эти трудности. [51]
В течение следующих нескольких лет поддержка естественных констант росла, а детали прояснялись, [52] [53] [54] [55] [23] пока в ноябре 2018 года 26-я Генеральная конференция по мерам и весам единогласно не проголосовала за пересмотренные определения основных единиц СИ . [56] [57] Пересмотр СИ 2019 года вступил в силу в 144-ю годовщину конвенции, 20 мая 2019 года. [19] [58]
BIPM имеет два класса приверженцев — полное членство для тех государств, которые желают участвовать в деятельности BIPM, и ассоциированное членство для тех стран или экономик [Примечание 1] , которые желают участвовать только в программе MRA . Ассоциированные члены имеют статус наблюдателя в CGPM. Поскольку все формальные связи между организациями конвенции и национальными правительствами осуществляются послом государства-члена во Франции, [Примечание 2] подразумевается, что государства-члены должны иметь дипломатические отношения с Францией, [59] хотя во время обеих мировых войн страны, которые находились в состоянии войны с Францией, сохраняли свое членство в CGPM. [60] Первая сессия каждой CGPM проходит под председательством министра иностранных дел Франции, а последующие сессии — под председательством президента Французской академии наук . [61]
20 мая 1875 года представители семнадцати стран, присутствовавших на Конференции по метро в 1875 году, подписали Конвенцию по метро. [Примечание 3] В апреле 1884 года Х. Дж. Чейни, смотритель стандартов в Лондоне, неофициально связался с BIPM, чтобы узнать, будет ли BIPM калибровать некоторые эталоны метра, которые были изготовлены в Великобритании. Брох , директор BIPM, ответил, что он не уполномочен выполнять какие-либо подобные калибровки для государств, не являющихся членами. 17 сентября 1884 года британское правительство подписало конвенцию. [62] Это число выросло до 21 в 1900 году, 32 в 1950 году и 49 в 2001 году. По состоянию на 1 июня 2024 года [обновлять]в состав Генеральной конференции входили 64 государства-члена, 36 ассоциированных государств и экономик и четыре международные организации, как указано ниже (с годом партнерства в скобках): [63]
На своем 21-м заседании (октябрь 1999 г.) CGPM создал категорию «ассоциированных членов» для тех государств, которые еще не являются членами BIPM, и для экономических союзов . [67]
Следующие международные организации подписали CIPM MRA:
Следующие бывшие члены были исключены из организации после неуплаты задолженности в течение ряда лет и непредоставления какого-либо плана выплат: [71]
{{cite web}}: CS1 maint: бот: исходный статус URL неизвестен ( ссылка )
