Оқулық «Білім беруді дамытудың федералды институты»
ИЖ жүйесі бірлігінің эталондары
жүктеу/скачать 6.25 Mb. Pdf көрінісі
|
| 1.6.
ИЖ жүйесі бірлігінің эталондары Ресейдің эталондық негізін физикалық шама бірлігінің 114 мемлекеттік эталоны және 250 астам қайталама эталондары құрайды. 1.2-бөлімде көрсетілгендей, ИЖ жүйесінде жеті негізгі бірлік бар: метр, килограмм, секунд, ампер, кельвин, моль және кандела. Бұлардың барлығы үшін халықаралық және мемлекеттік тиісті эталондары жасалған. Үлгі ретінде уақыт бірлігінің және тоқ күшінің мемлекеттік бастапқы эталондарын қарастырайық. Уақыт бірлігі секунд алғашқы рет Жер осінің немесе Күннің айналасынан айналу кезеңі арқылы белгіленді. Жақында өткенге дейін секунд 1/86 400 күннің орташа тәулігі бөлігіне тең келді. 1967 ж. мөлшерлер мен салмақтар жөніндегі XIII Бас конференцияда сыртқы өрістер тарапынан ауытқу болмаған кезде 133- цезия атомның негізгі жағдайының ең жіңішке құрылымының деңгейлері арасындағы энергетикалық ауысудың резонансты жиілігіне сәйкес келетін 9 192 631 770 тербеліс жасалатын, уақыт интервалы ретіндегі секундтың жаңа анықтамасы қабылданған болатын. Осы анықтама цезиялық жиілік реперінің көмегімен іске асады. Репер, немесе жиіліктің кванттық стандарты деп, атомдардың, иондардың немесе молекулалардың кванттық ауысу жиілігін өлшеуге негізделген, ең жоғарғы жиіліктегі және оптикалық спектрдегі электр магниттік жиілікті дәл жаңғыртуға арналған құрылғыны атайды. 1997 ж. шілдеге дейін уақытты және жиілікті өлшеу құралдарына арналған мемлекеттік бастапқы эталон және мемлекеттік тексеру сұлбасы МЕМСТ 8.129 — 83 айқындалды. 1997 жылдан бастап, ол «Уақытты және жиілікті өлшеу құралдарына арналған мемлекет аралық тексеру сұлбасы» ПМГ 18-96 мемлекет аралық стандарттау қағидасымен ауыстырылды. Уақыт бірлігінің мемлекеттік бастапқы эталоны келесідей өлшеу құралдарының кешенінен тұрады: Халықаралық бірлік жүйесінде уақыт пен жиілік бірліктерінің мөлшерін жаңғыртуға арналған жиіліктің метрологиялық цезиялық реперлерінен; уақыт пен жиілік бірліктерінің мөлшерін сақтауға қызмет ететін және уақыт шкаласын сақтау функциясын қатар орындайтын жиіліктің сутектік стандарттарынан. Сутекті реперлерді пайдалану эталондар тұрақтылығын арттыруға мүмкіндік береді. Қазіргі кезде, 100 с бастап, бірнеше тәулікке дейінгі уақыт кезеңінде ол 5 • 10 -14 с аспайды; уақыт шкаласын сақтауға арналған кванттық сағаттар тобынан. Кванттық сағаттар — жиілігі кварц резонаторымен тұрақталған және жиіліктің кванттық стандартымен басқарылатын генератордың уақытын өлшеуге арналған құрылғы; 16 жиіліктік өлшем бірлігін оптикалық диапазонға беруге арналған синхрондалған лазерлер мен ең жоғары жиіліктік генераторлар тобынан тұратын аппаратурадан; өзіне тасымалданатын кванттық сағаттар мен лазерлер енетін ішкі және сыртқы салыстыру аппаратурасынан. Эталонмен жаңғыртылған уақыт интервалының мәндер диапазоны 1 • 10 -10 -1 • 10 8 с құрайды, жиілік мәнінің диапазоны 1.1 • 10 14 Гц тең. Уақыт бірлігі 3 айда 1 • 10 -14 с аспайтын өлшеу нәтижесінің орташа квадраттық ауытқуымен жаңғыртылады, бұл ретте шығарылып тасталмаған жүйелік қате 5 • 10 -14 с аспайды. 1 000 с бастап, 10 тәулікке дейінгі уақыт интервалына арналған эталонның жиілігінің тұрақсыздығы 5 • 10 -15 с аспайды. Радиотехникалықтарды қоса алғанда, электрлік және магниттік шамаларды өлшеу саласында 32 эталон жасалған және жұмыс істейді. Олар өлшенетін шама мәндерінің үлкен диапазонын ғана емес, оларды өлшеу жағдайының кең спектрін де, ең алдымен ондаған гигагерцке жететін жиілікті де қамтиды. Негізін негізгі эталондарды неғұрлым дәл жаңғыртатын эталондар құрайды және туынды бірліктердің мөлшерлерін айқындайды. Осы мемлекеттік бастапқы эталондар электр қозғаушы күштерінің (ЭҚК), электр кедергісінің және электр сыйымдылығының бірліктері. Олардың ішіндегі алғашқы екеуі жақында әзірленді және сәйкесінше Джозефсонның және Холлдың кванттық нәтижесіне негізделген. Ең ақырына дейін электр тогы күшінің бірлігі — амперді — тәжірибеде тоқтың қоршаған ортаға көрсететін әрекеттері бойынша анықтап келді, мысалы: тоқтың өткізгіш арқылы өтуі кезінде жылу бөлуі; тоқтың электролит арқылы өтуі кезінде электродта заттардың тұндырылатыны; тоқтың магнитке немесе тоқпен бірге өткізгішке арналған механикалық әрекеті. Соңғысы тоқ салмағымен іске асырылған ампер эталонының (1948) негізіне жатқызылған болатын. Джозефсон нәтижесінің (МЕМСТ 8.027-89) негізіндегі электр кернеуі бірлігінің эталоны вольттің және Холл нәтижесінің негізіндегі электр кедергісі бірлігінің эталоны омның метрологиялық тәжірибеге енгізілуіне байланысты, тоқ бірлігін ұсынуға арналған құрал ретінде ампер-салмақты белгілеу, өз мәнін жоғалтты. Джозефсон нәтижесін қолдану ( аппаратуралық іске асыру үшін) және Джозефсон тұрақты шамасы (кернеу бірлігін жаңғырту үшін) тоқ бірлігін жаңғырту дәлдігін шамамен екі реттікке арттыруға мүмкіндік берді. Ампердің жаңа эталоны екі кешеннен тұрады. Біріншісі ампердің мөлшерін Джозефсон және Холлдың кванттық нәтижесін пайдалана отырып, вольт және ом арқылы белгілеу, ал екіншісі электрометр әдісін қолдана отырып, фарад, вольт және секунд арқылы белгілеу қағидатына негізделген. 17 Ампердің мемлекеттік бастапқы эталоны келесідей негізде орындалған, аппаратурадан тұрады: Джозефсонның кванттық нәтижесінен және магнит ағынын кванттаудан (Холл нәтижесі), соның ішінде электр кернеуінің шамасынан, электр кедергісінің шамасынан, тоқтың асқын өткізуші компараторынан және реттелетін тоқ көздерінен; тұрақты электр сыйымдылығы шамасының жинағымен бірге кіру блогын, интеграторды, жиілік өлшегішпен бірге өлшеу блогын, цифрлық вольтметрді және компараторды қоса алғанда, электрометр әдістерін пайдаланудан: 1 • 10 -16 бастап, 30 А дейін диапазонындағы тұрақты электр тогының күшін өлшеу құралдарына арналған мемлекеттік бастапқы эталон және мемлекеттік тексеру сұлбасы МЕМСТ 8.022—91 белгіленген. Ампердің қазіргі мемлекеттік эталонында тоқ күшін жаңғыртатын мәндердің келесідей диапазондары бар: 1 • 10 -3 ! А ( кванттық нәтиже делдалдығымен ) және 1 • 10 -16 - 1 • 10 -9 А (электрометр әдістерін пайдалану кезінде). Ол 1 • 10 -3 - 1 және 10 • 10 -3 - 2 • 10 -4 А тоқ күшінің нақты мәндері кезінде 5 • 10 -8 А аспайтын өлшеу нәтижесінің орташа квадраттық ауытқуымен бірге күш бірлігін жаңғыртуды қамтамасыз етеді. Шығарылып тасталмаған жүйелік қателік 1 • 10 -3 және 1 А тұрақты тоқ күшінің нақты мәндері кезінде 2 • 10 -8 А аспауы қажет. жүктеу/скачать 6.25 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|