Оглавление

На главную

Приглашение к теме

Терминология

Нормативные документы

Глоссарий

Рекомендации международных комитетов и комиссий

Рекомендуемая литература

Авторы и контактная информация

 

Терминология

 

Величина–числовое значение–единица (перевод из брошюры СИ [ SI brochure (8th edition) ])

 

Термины величины и единицы определены в международном словаре основных и общих терминов в метрологии (VIM).

Значение физической величины (далее величины) обычно выражается как произведение числа и единицы. Единица представляет собой просто определенный образец рассматриваемой величины, используемый для ссылки, а число выражает отношение значения величины к значению принятой для нее единицы.

Следует различать свойства величины и ее численного значения. Например, масса международного прототипа килограмма равна одному килограмму. Ее численное значение постоянно по определению, но это не означает, что масса прототипа – постоянна. Законы механики позволяют обнаружить изменение массы и это никак не связано с единицами, в которых масса измеряется. С точки зрения физики, контроль за постоянством массы прототипа килограмма (используемого как единица измерения массы) - это практическая задача, которая может быть выполнена успешно в той или иной степени. Решение этой задачи никак не связано с определение килограмма и системой единиц, в которой измеряется масса.

 

Определение единицы

 

Определение единицы – словесная формулировка того, что за единицу принимается. [взято из статьи: С. В. Горбацевич, «Роль физических констант в развитии методов воспроизведения единиц физических величин», Измерительная техника, вып. 4, стр. 23-24, (1975), доступно: pdf 319 Kb, html].

 

Воспроизведение единицы

 

В традиционной метрологии: воспроизведение единицы – это измерение величины с наивысшей точностью. Оно осуществляется посредством эталонного устройства, которое может иметь самый различный характер. В простейшем случае это может быть мера или прибор. Воспроизведению должно предшествовать определение единицы. [взято из : С. В. Горбацевич, «Роль физических констант в развитии методов воспроизведения единиц физических величин», Измерительная техника, вып. 4, стр. 23-24, (1975), доступно: pdf 319 Kb, html]

В традиционной метрологии воспроизведение ряда основных единиц начиналось с основных международных или национальных эталонов, поскольку никаких других способов не было (как, например, в случае килограмма). В других случаях (как, например, для ампера), эталон был настолько сложен, что было проще сравнивать характеристики с существующим национальным или международным эталоном, чем создать аналогичное устройство, но с меньшей точностью. Поэтому воспроизведение единиц (процедура) и основной ее материальный элемент (эталон) отвечали наиболее точным измерениям.

В современной метрологи ряд единиц определен с помощью фундаментальных констант и естественных явлений. В ряде случаев имеется техническая возможность, реализованная для многих измерений, создать прибор, независимый от основного эталона и вопроизводящий единицу по определению, но с точностью, сравнительно невысокой. Характерный пример – коммерческие цезиевые часы. Такой прибор может служить в качестве рабочего эталона, эталона лаборатории и т.д.

Таким образом, воспроизведение единицы не обязательно должно быть привязано к государственному эталону. Можно создать устройство для однократного измерения, позволяющее выразить величину в единицах СИ с известной точностью непосредственно ее следуя определению единицы СИ. Это и составляет воспроизведение единицы.

 

Поддержание единицы

 

Поддержание (или хранение) единицы в традиционной метрологии – это совокупность операций, обеспечивающих неизменность во времени размера единицы, присущего данному средству измерений.

Для эталонных мер поддержание единицы заключается в контроле на требуемом уровне точности изменения физической величины (параметра), характеризующей меру, а для эталонных измерительных устройств – в изменении физической величины на требуемом уровне точности в принятых единицах. [взято из статьи: С. В. Горбацевич, “Некоторые соображения об определении, воспроизведении и поддержании единиц физических величин и эталонах”, Измерительная техника, вып. 4, стр. 10-12, (1981), доступно pdf 426 Kb, html].

Работа с эталонами разбивается как бы на два этапа. Часть усилий направлено на то, чтобы единицы, непосредственно используемые в измерениях (например, национальные или лабораторные единицы), не меняли свою величину со временем. Это и есть поддержание. Другие усилия направлены не на сохранение постоянства применяемых единиц, но на их сравнение с единицами СИ, что составляет основную задачу вопроизведения. Эти формулировки лишь частично применимы к современным единицам. В современной метрологии под поддержанием подразумевают обеспечение постоянства некоторой единицы. В отличии от традиционных задач, этого можно добиться в ряде случаев без физического "хранения" каких-то объектов.

 

Реализация единицы

 

Реализация единицы - это не общепринятый термин, но он часто используется при переводк соответствующего международного термина (realization), не имеющего прямого аналога в русском языке. Говорят и о реализации определений и о реализации единиц.

Важно отличать определение единицы от её реализации. Определение каждой основной единицы СИ сформулировано таким образом, чтобы оно могло быть истолковано единственным образом и обеспечивало надежный фундамент, на котором наиболее точные и воспроизводимые измерения могли бы быть выполнены. Реализация определения единицы есть методика, посредством которой это определение может быть использовано, чтобы установить значение и связанную с ним неопределённость физической величины того же рода, что и единица. ...Любой метод, согласующийся с законами физики, может быть использован для реализации той или иной единицы СИ. [взято из брошюры СИ (SI brochure, 8th edition) ]

 

Соотношение между реализацией, поддержанием и воспроизведение в современной метрологии

 

Понятие реализации единицы возникло сравнительно поздно и не имеет в русском языке стандартного эквивалентного термина. В традиционной метрологии (с гирями и линейками) не нужно было заботиться о создании чего-то в качестве основного эталона. Главные эталоны были приняты извне как данность. И не эталоны реализовывали определения, а определения законодательно отражали статус атрефактов. Главными задачами были физическое хранение единиц (поддержание) и сравнение разных национальных единиц одной величины (в конечном счете с международным прототипом) и производных единиц с основными (воспроизведение).

С необходимостью создания эталона ампера проблема выбора идеи и ее материальное вопрощение как важная стадия в реализации эталона вышла на первый план. Во всех эталонах, основанных на естественных явлениях и фундаментальных константах, эта стадия также играет важную роль. Для нее нет самостоятельного метрологического термина в русском языке. После того как прибор создан, можно говорить о поддержании и воспроизведении, как других частях реализации.

Понятие поддержания также претерпело коренное изменение. Раньше наиболее важными мерами были артефакты. Однажды создав меру, было необходимо хранить ее. Если мера хранилась (поддерживалась) успешно, то это было залогом того, что все измерения с мерой проводились в одних и тех же единицах. Теперь, когда основой многих эталонов являются естественные меры, реализация некоторой единицы (величина которой неизвестна в единицах СИ), такой как практические единицы ом-1990 и вольт-1990, и является поддержанием этой единицы.

Понятие воспроизведения изменилось в меньшей степени. Раньше воспроизведение означало прямое или опосредованное (но путем последовательной цепочки прямых сравнений) определение характеристик калибруемого объекта в терминах первичного эталона (например, национального килограмма) или эталонов (например, для эталона ампера необходимо проводить измерения, использующие эталоны единиц массы, времени и длины). Сейчас в установлении последовательной цепочке сравнений между объектами нет необходимости. Можно откалибровать не характеристику объекта, а характеристику явления, что можно сделать многими способами.

 

Мера

 

Мера - это естественный или искусственный объект или его характеристика, которая используется или может быть использована в измерениях как величина сравнения. В качестве "меры" обычно выступают вещества или материалы с известными (или приписанными им условными) значениями величин.

Для эталонных мер поддержание единицы заключается в контроле на требуемом уровне точности изменения физической величины (параметра), характеризующей меру, а для эталонных измерительных устройств – в изменении физической величины на требуемом уровне точности в принятых единицах. [взято из статьи: С. В. Горбацевич, “Некоторые соображения об определении, воспроизведении и поддержании единиц физических величин и эталонах”, Измерительная техника, вып. 4, стр. 10-12, (1981), доступно pdf 426 Kb, html].

Применение термина "мера" в научной литературе не вполне свободно от разночтений. Иногда под мерой подразумевают собственно объект (например, гирю), а иногда – его характеристику (например, массу гири). Исторически под мерой подразумевают некоторый объект, с которым непосредственно проводятся сравнения. В то же время, мерой называют и характеристику, которую в принципе можно использовать для сравнения. Разница заключается в необходимости существования подходящего компаратора.

 

Эталон единицы

 

Под эталоном понимается либо мера с известным параметром, выраженным в принятых единицах, либо прибор или устройство, измеряющее величину в принятых единицах. [взято из статьи: С. В. Горбацевич, «Некоторые соображения об определении, воспроизведении и поддержании единиц физических величин и эталонах», Измерительная техника, вып. 4, стр. 10-12, (1981), доступно pdf 426 Kb, html].

Эталон есть устройство, посредством которого воспроизводится единица физической величины. Такое устройство может быть измерительным средством большей или меньшей сложности или мерой, один из параметров которой выражен в единицах соответствующей физической величины. [взято из статьи: С. В. Горбацевич, «Некоторые соображения об определении, воспроизведении и поддержании единиц физических величин и эталонах», Измерительная техника, вып. 4, стр. 10-12, (1981), доступно pdf 426 Kb, html].

Отличается ли в принципе эталон от нижестоящих средств (вторичных эталонов, образцовых средств), или он является лишь самым точным устройством или мерой? Несомненно, что эталон по точности должен быть выше нижестоящих образцовых средств измерений. Но не этот признак, важный сам по себе, является отличительным для эталона. Качественная особенность эталона (и только эталона!) заключается в том, что с него начинается измерение величины в принятой единице. [взято из статьи: С. В. Горбацевич, «Некоторые соображения об определении, воспроизведении и поддержании единиц физических величин и эталонах», Измерительная техника, вып. 4, стр. 10-12, (1981), доступно pdf 426 Kb, html].

Часто, говоря об эталоне, подразумевают основной эталон данной единицы (международный или национальный), и поэтому связывают с ним наивысшую допустимую точность. Однако есть рабочие эталоны, можно говорить об использовании того или иного прибора как эталона в данном эксперименте и т.д. Эталон, являясь материальным воплощением процедуры воспроизведения, на самом деле требует лишь известной точности.

Эталон единицы СИ обеспечивает воспроизведение этой единицы. В то же время эталоном можно назвать и устройство, обеспечивающее поддержание единицы, позволяя, например, измерять величины в терминах условной, но постоянной единицы (например, в единицах вольта-90).

Между эталоном и мерой есть существенная разница. Применение меры требует средство сравнения (компаратор). Эталон может сам по себе быть измерительным прибором. Сочетание меры и прибора в разных случаях может быть разным и связано с традициями (что именно называть "эталоном", а что – "вспомогательными устройствами").

Кроме того, если понимать меру, как характеристику ествественного явления или объекта (например, частоту СТР перехода в атоме цезия), то требуется прибор, который может с этой характеристикой работать (эталон частоты, т.е. прибор или позволяющий сравнивать некоторую измеряемую частоту с частотой перехода в цезии или сам являющийся источником частоты, значение которой известно в терминах цезиевой частоты). Практический метролог никогда не назовет атом цезия эталоном частоты, хотя может сказать, что частота СТР перехода – это естественная мера частоты. Употребление понятие меры таково, что можно говорить и о холловском сопротивлении, как об естественной мере, и, в то же время, ставить задачу создания меры, основанной на квантовом эффекте Холла.