В метрологии (науке об измерениях ) эталон (или эталон ) — это объект , система или эксперимент, имеющий определенное отношение к единице измерения физической величины . [1] Стандарты являются основным эталоном системы мер и весов , с которым сравниваются все другие измерительные приборы. Исторические стандарты длины , объема и массы определялись многими разными авторитетами, что приводило к путанице и неточности измерений. Современные измерения определяются по отношению к стандартизированным на международном уровне 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. На вершине дерева находятся основные стандарты – они известны как первичные стандарты . Первичные эталоны изготавливаются с высочайшим метрологическим качеством и являются окончательным определением или реализацией своей единицы измерения. [2] Исторически единицы измерения обычно определялись со ссылкой на уникальные артефакты, которые были правовой основой единиц измерения. Постоянной тенденцией в метрологии является устранение как можно большего количества эталонов артефактов и вместо этого определение практических единиц измерения с точки зрения фундаментальных физических констант , что демонстрируется стандартизированной техникой. Одним из преимуществ устранения стандартов артефактов является то, что больше не требуется взаимное сравнение артефактов. Еще одним преимуществом будет то, что потеря или повреждение эталонов артефактов не нарушит систему мер.
Следующий стандарт качества в иерархии известен как вторичный стандарт . Вторичные стандарты калибруются по первичному стандарту. [2]
Третий уровень стандарта, стандарт, который периодически калибруется по вторичному стандарту, известен как рабочий стандарт . [2] Рабочие эталоны используются для калибровки коммерческого и промышленного измерительного оборудования.
Примером первичного эталона был международный прототип килограмма (IPK), который был основным килограммом и основным эталоном массы Международной системы единиц (СИ). IPK представляет собой массу в один килограмм из платино-иридиевого сплава, хранящуюся в Международном бюро мер и весов (BIPM) в Севре, Франция.
Другой пример — единица электрического потенциала — вольт . Раньше его определяли в терминах стандартных электрохимических батарей, что ограничивало стабильность и точность определения. В настоящее время вольт определяется через выходную мощность джозефсоновского перехода [3] , которая имеет прямую связь с фундаментальными физическими константами.
Напротив, эталонный стандарт счетчика больше не определяется физическим объектом (как бывший международный прототип счетчика (IPM) или первоначально mètre des Archives ). В 1983 году стандартный метр был переопределен как расстояние, которое свет проходит в вакууме за 1/299 792 458 секунды. [4]
Вторичные эталоны очень близки к первичным эталонам. Например, крупные национальные измерительные лаборатории, такие как Национальный институт стандартов и технологий США (NIST), будут хранить несколько килограммов «национальных эталонов», которые периодически калибруются по IPK и друг другу. [5]
В механическом цехе имеются физические рабочие эталоны ( например, меры ), которые используются для проверки измерительных приборов. Рабочие стандарты и сертифицированные эталонные материалы , используемые в торговле и промышленности, имеют прослеживаемую связь со вторичными и первичными стандартами.
Ожидается, что рабочие стандарты ухудшатся и больше не считаются соответствующими национальному стандарту [6] по истечении определенного периода времени или количества использований. [7]
Национальные организации предоставляют калибровочным и частным промышленным лабораториям изделия, процессы и/или сертификацию, чтобы они могли обеспечить сертифицированную прослеживаемость в соответствии с национальными стандартами. (В Соединенных Штатах NIST реализует программу 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 эталонной пригодности.