أين هو الطول القياسي المخزن أو كيفية قياس الأطوال

ولدت فكرة فهم هذه المشكلة وكتابة هذا النص في النهاية هنا على الموقع - تحت أحد المنشورات رأيت بيانًا مفاده أن الخطوط المباعة في المتاجر يتم معايرتها وفقًا للمعايير الثانوية ، وتلك وفقًا للمعايير الأولية ، والخط الأساسي وفقًا للمعايير الدولية. هذا صحيح في جزء صغير فقط ، لذلك إذا كنت مهتمًا ، دعنا نفهم ذلك.

إخلاء المسؤولية: لست خبيرًا في القياس ، لذا فإن النص ليس محاولة مملة للغاية (آمل) في قصة علمية شعبية ، لذلك قد يكون هناك بعض عدم الدقة التي يمكن الإبلاغ عنها في كل من PM وفي التعليقات - كما يحلو لك.

ربما يتذكر الكثير من المدرسة أن معيار العداد يتم تخزينه في غرفة الأوزان والمقاييس في باريس في وعاء زجاجي تحت تفريغ في نفس المكان مثل معيار الحصان - حصان يزن كيلوغرامًا واحدًا . ننتقل إلى الموسوعة ونقرأ التفاصيل.

واحدة من المحاولات الأولى لإنشاء عالمي ، أي أصبح مقياس الطول ، الذي تم استنساخه ، في عام 1668 طول البندول (الرياضي) ، الذي تساوي نصف دورة التذبذبات فيه ثانية واحدة. الفكرة جيدة ، ولكن خلال رحلة إلى أمريكا الجنوبية ، كان على الفلكي جان ريشيت تقصير طول المعيار ، لأن زادت فترة تقلباته. كان هذا بسبب تسطيح الجيود ، وبالتالي انخفاض الجاذبية عند خط الاستواء. في عام 1790 ، تم اقتراح توضيح بأنه يجب قياس معيار الطول عند خط عرض 45 درجة شمالًا (تقريبًا بين بوردو وجرينوبل) ، وهذا الطول هو 0.994 مترًا حديثًا. الاقتراح ، على الرغم من الأناقة ، ومع ذلك ، لم يتم قبوله.في عام 1791 ، حددت الأكاديمية الفرنسية المقياس على أنه جزء واحد وأربعون مليون من خط باريس ميريديان (أي واحد من عشرة ملايين من المسافة من القطب الشمالي إلى خط الاستواء على طول سطح القطع الناقص للأرض عند خط طول باريس). تثير بساطة المعايرة بعض الشكوك ، لكن الميل البحري له مرجع مشابه (تحريك ميل بحري واحد على طول خط الطول يتوافق مع تغيير في الإحداثيات الجغرافية لمدة دقيقة واحدة من خط العرض). قد تعتقد أن تأثير خشونة التضاريس سيكون له تأثير كارثي على دقة المعيار ، ولكن الأمر ليس كذلك - سيؤدي تغيير الارتفاع بمقدار 1000 متر إلى تمديد خط الطول البالغ 6283 مترًا فقط ، مما يعطي خطأ نسبيًا يبلغ واحدًا ونصف عشرة آلاف جزء من الألف (المشكلة المعروفة جيدًا المتمثلة في إطالة خط الاستواء بمتر وذبابة ) في الواقع ، تم إجراء القياسات بشكل أكثر دقة ، بشكل رئيسي على مستوى سطح البحر.سوف تجد المهتمينهناك أشياء كثيرة مثيرة للاهتمام. سأقتصر على صورة رائعة:

منذ ذلك الحين ، بدأت الدول التي اعتمدت النظام المتري في صنع قنوات مرجعية من سبائك مختلفة ، وتعديل اللوائح ، على سبيل المثال ، أخذ قياسات عند درجة حرارة معينة للتخلص من تأثير التمدد الحراري (نقطة انصهار الجليد) ، وأدخلت أيضًا تعريف الكيلوغرام ككتلة من الماء من حيث الحجم في ديسيمتر مكعب واحد. تدريجيا ، زادت دقة استنساخ المعيار ، لتصل إلى ما مجموعه 0.1 ميكرون بدلا من 50 ميكرون الأصلي. تم تخزين المعايير في ظروف معقمة في مختبرات المقاييس حول العالم حتى عام 1960 ، تقرر التخلي عن استخدام مادة غير قابلة للتكرار ، تخضع للشيخوخة ، لصالح ظاهرة فيزيائية يمكن استنساخها بدقة في المختبر بالدقة اللازمة وبعد سنوات عديدة . منذ ذلك الحين ، تم تعريف العداد على أنه 1،650،763.73 أطوال موجية من الخط البرتقالي (6 056 Å) من الطيف المنبعث من نظير كريبتون 86Kr في الفراغ (الانتقال بين مستويات 2p¹⁰ و ⁵ د ⁵ ). كانت دقة المعيار 4 نانومتر. لا تزال الأشرطة المرجعية مخزنة في نفس الظروف ، ولكن ليس كمعايير ، ولكن كمتقاعدين مشرفين ، الذين قد لا يزالون قادرين على تحقيق الفوائد. في عام 1983 ، ذهبوا إلى أبعد من ذلك وحددوا العداد على أنه المسافة المقطوعة بالضوء في الفراغ في 1/299792458 بجزء من الثانية. بالمناسبة ، توقفت الثانية لفترة طويلة لتكون جزءًا من السنة الاستوائية ، والآن هذه المرة تساوي 9192631770 فترات إشعاع مناظرة للانتقال بين مستويين فائقين من الحالة الأرضية لذرة السيزيوم -133 ، والتي تكون في حالة راحة عند درجة حرارة 0 ك. العداد القياسي 0.1 نانومتر (الخطأ النسبي ^10-10 ). القيمة الأخيرة هي الحجم المميز للذرة.

الآن لدينا المعيار الأساسي الدولي للمتر ، ويمكننا أخيرًا دراسة نظام الدولة GOST R 8.763-2011 لضمان توحيد القياسات. مخطط معايرة الدولة لأجهزة قياس الطول في النطاق من 1 - 10 - ⁹ما يصل إلى 50 م وأطوال الموجة في النطاق من 0.2 إلى 50 ميكرون (تاريخ التقديم 01.01.2013). يمكن فهم GOST فقط من القراءة الثانية ، لأنه من الناحية الهيكلية ، هو مكتوب بشكل مثالي ، في رأيي ، بشكل غير صحيح ، وإن كان بشكل احترافي. نتيجة للدراسة ، سنحاول فهم كيفية معايرة الحكام والتحقق منهم. وفقًا لهذا GOST ، فإن المعيار الأساسي للدولة هو إعداد يعتمد على ليزر He-Ne / I المستقر (وهو ليزر مثبت من خلال خط الامتصاص المشبع في اليود الجزيئي - 127) والمقارنات - المقارنات وأجهزة قياس التداخل. مؤسسها الحافظ هو FSUE VNIIM سميت بعد D.I. Mendeleev "(مع FSUE" VNIIFTRI "يخزنون جميع المعايير الأولية للكميات تقريبًا).

الآن سنتعامل مع التسلسل الهرمي للمعايير. تقع المعايير الثانوية أقل في الاتجاه الرأسي ، تليها معايير العمل في سلسلة من الفئة الأولى إلى الفئة الرابعة ، والأدنى هي أدوات قياس تعمل بفئات دقة من 0 إلى 5 (أدوات قياس دقيقة تخضع لمعايرة هرمية يمكن تتبعها وصولاً إلى المعيار الدولي). يتم استخدام هذا الأخير مباشرة للقياسات و (على الأقل يجب) لتصنيع الأجهزة التي تشكل مخاطر (شرطات) على المنتجات المنتجة بكميات كبيرة - تلك الخطوط نفسها ، وقياسات الشريط وأدوات القياس المنزلية الأخرى. إجمالاً ، أحصيت عموديًا 13 خطوة قبل تصنيع المنتج النهائي. في الواقع ، سيكونون أقل قليلاً ، لأنه يتم تقسيم أدوات القياس العاملة من التسلسل الهرمي على ارتفاعات مختلفة اعتمادًا على فئة الدقة.

يحتوي نظام المعايير أيضًا على تقسيم أفقي إلى أربعة فروع مستقلة وفقًا لنوع القياسات المأخوذة. تسمى هذه الفروع أجزاء (من الأول إلى الرابع) وهي مخصصة لما يلي:

الجزء 1. مصادر الإشعاع ووسائل قياس الأطوال الموجية.
الجزء 2. تدابير اندفاعة وعدادات النزوح.
الجزء 3. يقيس الطول نهاية المستوى الموازي ؛
الجزء 4. متر النزوح ، وتدابير الإغاثة والمجاهر في منطقة مقياس النانو ؛

لذا ، دعونا نلقي نظرة على الجزء الثاني الذي يهمنا. تتم مقارنة المعيار الأساسي باستخدام المقارنة مع إعدادات التداخل الثانوية للتحقق من مقاييس الخط للطول في النطاق من 0.001 إلى 1000 مم. تتم مقارنة معايير العمل من الفئة الأولى معهم - مقاييس متقطعة للطول ، مقاييس طولية حيوية ؛ مزيد من المقارنة المقارنة بين المقارنة. معايير العمل للفئة الثانية - مقاييس خط الطول وأنظمة القياس الثلاثية الأبعاد للحركات الخطية. معايير العمل من الفئة الثالثة - مقاييس خط الطول ، محولات قياس النقطية. معايير العمل للصف الرابع - قياسات خط الطول.

تتم مقارنة أدوات قياس العمل لفئتي الدقة صفر والأولى بمعيار العمل للفئة الأولى ، والثاني والثالث - مع معيار العمل للفئة الثانية ، الفئتين الرابعة والخامسة - بمعيار العمل للفئة الثالثة. يتم استخدام معايير العمل من الفئة الرابعة للقياسات باستخدام المقارنة المباشرة. يجب استخدام وسائل العمل لقياس فئة الدقة الخامسة ، من الناحية النظرية ، في تصنيع القوالب لتصنيع المساطر وأشرطة القياس ، أو على الأقل للتحقق من الآلات المستخدمة في الإنتاج.

رسم توضيحي من GOST (بدقة ، ولكن قابل للنقر):

لن أكتب عن مبدأ تشغيل مقارنات التداخل البصري ، حيث يتم وصف هذا كثيرًا ، بالإضافة إلى ذلك ، سيكون مملاً لجمهور واسع. يمكن للمهتمين القراءة هنا .

في نهاية المقال سأقوم بإخراج بضع من صوري. في وقت ما كان من الضروري التحقق من استقرار العديد من المولدات ، والتي تم تجميع دائرة مقارنة بسيطة - يتم تغذية الإشارات من مولدين من شركة معروفة جدًا إلى صمامين (تمثيلي لصمام ثنائي) ، خلفهما اثنان من المخففات ، ثم جسر على شكل حرف T ، حيث يحدث الاختلاط الإشارات ، عند إخراج الجسر هو كاشف. يتم تعيين المولدات على ترددات متقاربة ، بمساعدة المخففات نحقق المساواة في اتساع التذبذب للإشارتين ، وبعد ذلك نحصل على إشارة اختلاف من الكاشف ، وتواترها سيكون مؤشرًا على استقرار المولدين. مولدان جيدان جدًا في اختبار يستمر ثلاثة أيام:

يمكن ملاحظة أن المولدات تتم مقارنتها بدقة ^3-10-10 . تم إجراء الاختبار خلال العطلات لتقليل طفرات الحرارة. ومع ذلك ، يمكن ملاحظة العديد من الرشقات الحادة ، يليها الاسترخاء الأسي. فوجئ الحارس تمامًا عندما أبلغتها في أي وقت وكم مرة ذهبت إلى مختبر مغلق لصب الماء في غلاية. آه-آه-آه! في الصورة أدناه ، الخط الأحمر هو تكرار للرسم البياني السابق ، ويتم الحصول على الخط الأزرق عن طريق خلط المولد من الزوج الأول مع مولد أنبوب محلي أقل دقة ولكن دافئ :

الاستقرار المحلي على المدى الطويل هو نفسه تقريبًا ، ولكن الاستقرار على المدى القصير أسوأ بكثير. السعر ، ومع ذلك ، فإنها لا تختلف أيضا بشكل ضعيف.

هذا كل شيء على الأرجح ، شكرًا لاهتمامكم وعطلة نهاية أسبوع جيدة! آمل أن تكون غنية بالمعلومات وليست مملة للغاية.

GOST R 8.763-2011

Source: https://habr.com/ru/post/ar398553/