В метрологии (науке об измерениях ) стандарт (или эталон ) — это объект , система или эксперимент, которые имеют определенную связь с единицей измерения физической величины . [ 1] Стандарты являются фундаментальным эталоном для системы мер и весов , с которым сравниваются все другие измерительные приборы. Исторические эталоны длины , объема и массы определялись многими различными органами, что приводило к путанице и неточности измерений. Современные измерения определяются в отношении к международным стандартизированным эталонным объектам, которые используются в тщательно контролируемых лабораторных условиях для определения единиц длины, массы, электрического потенциала и других физических величин.
Существует трехуровневая иерархия физических эталонов измерений. На вершине дерева находятся главные эталоны — они известны как первичные эталоны . Первичные эталоны изготавливаются с наивысшим метрологическим качеством и являются окончательным определением или реализацией своей единицы измерения. [2] Исторически единицы измерения, как правило, определялись со ссылкой на уникальные артефакты, которые были правовой основой единиц измерения. Продолжающаяся тенденция в метрологии заключается в том, чтобы исключить как можно больше эталонов артефактов и вместо этого определить практические единицы измерения в терминах фундаментальных физических констант , как показано стандартизированной техникой. Одним из преимуществ устранения эталонов артефактов является то, что больше не требуется взаимное сравнение артефактов. Другим преимуществом было бы то, что потеря или повреждение эталонов артефактов не нарушит систему мер.
Следующий стандарт качества в иерархии известен как вторичный стандарт . Вторичные стандарты калибруются относительно первичного стандарта. [2]
Третий уровень стандарта, стандарт, который периодически калибруется по вторичному стандарту, известен как рабочий стандарт . [2] Рабочие стандарты используются для калибровки коммерческого и промышленного измерительного оборудования.
Примером первичного эталона был международный прототип килограмма (IPK), который был эталоном килограмма и первичным эталоном массы для Международной системы единиц (СИ). IPK — это масса в один килограмм из сплава платины и иридия, поддерживаемая Международным бюро мер и весов (BIPM) в Севре, Франция.
Другим примером является единица электрического потенциала, вольт . Раньше он определялся в терминах стандартных электрохимических батарей, что ограничивало стабильность и точность определения. В настоящее время вольт определяется в терминах выхода джозефсоновского перехода , [3] который имеет прямое отношение к фундаментальным физическим константам.
Напротив, эталон метра больше не определяется физическим объектом (как бывший международный прототип метра (IPM) или изначально mètre des Archives ). В 1983 году эталон метра был переопределен как расстояние, которое свет проходит в вакууме за 1/299 792 458 секунды. [4]
Вторичные эталонные стандарты очень близки к первичным эталонным стандартам. Например, крупные национальные измерительные лаборатории, такие как Национальный институт стандартов и технологий США (NIST), будут иметь несколько «национальных эталонных» килограммов, которые периодически калибруются по IPK и друг по другу. [5]
В механическом цехе будут физические рабочие стандарты ( например, концевые меры длины ), которые используются для проверки измерительных приборов. Рабочие стандарты и сертифицированные эталонные материалы, используемые в торговле и промышленности, имеют прослеживаемую связь с вторичными и первичными стандартами.
Ожидается, что рабочие стандарты ухудшатся и больше не будут считаться прослеживаемыми к национальному стандарту [6] по истечении определенного периода времени или количества использований. [7]
Национальные организации предоставляют калибровочным и частным промышленным лабораториям элементы, процессы и/или сертификацию, чтобы они могли обеспечить сертифицированную прослеживаемость к национальным стандартам. (В Соединенных Штатах NIST управляет программой NVLAP. [8] ) Эти лабораторные стандарты хранятся в контролируемых условиях для поддержания их точности и используются в качестве эталона для калибровки и создания рабочих стандартов. [9] Иногда их (неправильно) называют «вторичными стандартами» из-за их высокого качества и пригодности для использования в качестве эталона.