लंबाई मानक कहाँ संग्रहीत किया जाता है या लंबाई कैसे मापी जाती है

इस मुद्दे को समझने और अंततः इस पाठ को लिखने का विचार यहां साइट पर पैदा हुआ था - एक प्रकाशन के तहत मैंने एक बयान देखा कि दुकानों में बेची जाने वाली लाइनें माध्यमिक मानकों के अनुसार कैलिब्रेट की जाती हैं, प्राथमिक मानकों के अनुसार, और अंतरराष्ट्रीय मानकों के अनुसार प्राथमिक वाले। यह केवल एक छोटे से हिस्से में सच है, इसलिए यदि आप रुचि रखते हैं, तो इसे समझें।

डिस्क्लेमर: मैं एक मेट्रोलॉजिस्ट नहीं हूं, इसलिए टेक्स्ट एक लोकप्रिय विज्ञान कहानी में एक बहुत उबाऊ (मुझे आशा है) प्रयास नहीं है, इसलिए कुछ गलतियाँ हो सकती हैं जो पीएम और टिप्पणियों दोनों में बताई जा सकती हैं - जैसा आप चाहें।

कई लोग शायद स्कूल से याद करते हैं कि मीटर का मानक पेरिस चैंबर ऑफ वेट और माप में एक ग्लास जार में उसी स्थान पर वैक्यूम के तहत संग्रहीत किया जाता है, जहां हॉर्सपावर के मानक - एक किलोग्राम वजनी घोड़ा होता है । हम विश्वकोश की ओर मुड़ते हैं और विवरण पढ़ते हैं।

सार्वभौमिक बनाने के पहले प्रयासों में से एक, अर्थात्। पुनरुत्पादित, लंबाई का एक माप, 1668 में (गणितीय) पेंडुलम की लंबाई बन गया, जिसके आधे चक्र का दोलन एक सेकंड के बराबर है। विचार अच्छा है, लेकिन दक्षिण अमेरिका की यात्रा के दौरान, खगोलविद जीन रिचेत को मानक की लंबाई कम करनी पड़ी, क्योंकि उसके उतार-चढ़ाव की अवधि बढ़ गई है। यह भू-समतलता के कारण था और तदनुसार, भूमध्य रेखा पर गुरुत्वाकर्षण में कमी। 1790 में, एक स्पष्टीकरण प्रस्तावित किया गया था कि लंबाई मानक को 45 ° N (लगभग बोर्डो और ग्रेनोबल के बीच) में मापा जाना चाहिए, यह लंबाई 0.994 आधुनिक मीटर है। लालित्य के बावजूद प्रस्ताव को स्वीकार नहीं किया गया था।1791 में, मीटर को फ्रेंच एकेडमी द्वारा पेरिस मेरिडियन के चालीस-मिलियनवें भाग के रूप में परिभाषित किया गया था (अर्थात, उत्तरी ध्रुव से भूमध्य रेखा की दूरी पर पृथ्वी के दीर्घवृत्त की सतह के साथ भूमध्य रेखा की दूरी का एक-दस लाखवां भाग)। अंशांकन की सादगी कुछ संदेह पैदा करती है, लेकिन नॉटिकल मील का एक समान संदर्भ होता है (मेरिडियन के साथ एक समुद्री मील को स्थानांतरित करना अक्षांश के एक मिनट के लिए भौगोलिक निर्देशांक में परिवर्तन से मेल खाती है)। आप सोच सकते हैं कि इलाके की खुरदरापन के प्रभाव का मानक की सटीकता पर एक भयावह प्रभाव होगा, लेकिन ऐसा नहीं है - 1000 मीटर से ऊंचाई बदलने से केवल 6283 मीटर के मध्याह्न का विस्तार होगा, जो एक डेढ़ दस हजारवें हिस्से के सापेक्ष त्रुटि देता है (एक मीटर से भूमध्य रेखा को लंबा करने की प्रसिद्ध समस्या) )। वास्तविकता में, माप अधिक सटीक रूप से किए गए थे, मुख्य रूप से समुद्र तल पर।रुचि रखने वाले मिल जाएंगेवहाँ कई दिलचस्प बातें हैं। मैं खुद को एक प्रभावशाली तस्वीर तक सीमित रखूंगा:

तब से, जिन देशों ने मीट्रिक प्रणाली को अपनाया है, उन्होंने विभिन्न मिश्र धातुओं के संदर्भ चैनल बनाने शुरू कर दिए हैं, उदाहरण के लिए, नियमों में संशोधन करते हैं, थर्मल विस्तार (बर्फ के पिघलने बिंदु) के प्रभाव को खत्म करने के लिए एक निश्चित तापमान पर माप लेते हैं, और मात्रा द्वारा पानी के द्रव्यमान के रूप में एक किलोग्राम की परिभाषा भी पेश की। एक घन डेसीमीटर में। धीरे-धीरे, मानक के प्रजनन की सटीकता में वृद्धि हुई, मूल 50 माइक्रोन के बजाय कुल 0.1 माइक्रोन तक पहुंच गया। मानकों को दुनिया भर में मेट्रोलॉजिकल प्रयोगशालाओं में बाँझ स्थितियों के तहत 1960 में संग्रहीत किया गया था, जो कि एक गैर-प्रजनन योग्य विषय के उपयोग को छोड़ने का निर्णय लिया गया था, उम्र बढ़ने के अधीन, एक भौतिक घटना के पक्ष में जिसे आवश्यक सटीकता के साथ प्रयोगशाला में सटीक रूप से पुन: पेश किया जा सकता है और कई वर्षों के बाद। । तब से, मीटर को 1,650,763 के रूप में परिभाषित किया गया है।86Kr क्रिप्टन आइसोटोप द्वारा उत्सर्जित स्पेक्ट्रम की नारंगी रेखा (6 056 of) की 73 तरंग दैर्ध्य (2p स्तरों के बीच संक्रमण)¹⁰ और 5 डी ⁵ )। मानक की सटीकता 4 नैनोमीटर थी। संदर्भ पट्टियाँ अभी भी उन्हीं स्थितियों में संग्रहीत हैं, लेकिन मानकों के रूप में नहीं, बल्कि सम्मानित पेंशनरों के रूप में, जो अभी भी लाभ लाने में सक्षम हो सकते हैं। 1983 में, वे और भी आगे बढ़े और मीटर को परिभाषित किया जैसे कि 1/299792458 में वैक्यूम में प्रकाश द्वारा तय की गई दूरी एक सेकंड का एक हिस्सा है। वैसे, दूसरा लंबे समय तक उष्णकटिबंधीय वर्ष का एक अंश होना बंद हो गया है, अब यह समय 9192631770 विकिरण के बराबर है जो कि सीज़ियम -133 परमाणु के जमीनी स्तर के दो अल्ट्राथिन स्तरों के बीच संक्रमण के बराबर है, जो 0 K. के तापमान पर आराम पर है। यदि सभी शर्तें पूरी हो जाती हैं और प्रतिलिपि प्रस्तुत की जाती हैं मानक मीटर 0.1 एनएम (सापेक्ष त्रुटि 10 ^-10 ) है। अंतिम मूल्य परमाणु का चारित्रिक आकार है।

अब हमारे पास मीटर का अंतर्राष्ट्रीय प्राथमिक मानक है, और हम अंततः माप की एकरूपता सुनिश्चित करने के लिए GOST R 8.763-2011 राज्य प्रणाली का अध्ययन कर सकते हैं। 1 · 10 ^-9 की सीमा में लंबाई मापने वाले उपकरणों के लिए राज्य अंशांकन चार्ट५० मीटर तक और तरंगदैर्ध्य ०.२ से ५० माइक्रोन (सीमा ०१.०१.२०१३ तक की तिथि) में है। GOST को दूसरे रीडिंग से ही समझा जा सकता है, क्योंकि संरचनात्मक रूप से, यह पूरी तरह से, मेरी राय में, गलत तरीके से, व्यावसायिक रूप से लिखा गया है। अध्ययन के परिणामस्वरूप, हम यह समझने की कोशिश करेंगे कि शासकों का अंशांकन और सत्यापन कैसे किया जाता है। इस GOST के अनुसार, हमारा राज्य प्राथमिक मानक एक सेटअप है जो एक स्थिर He-Ne / I लेजर (आणविक आयोडीन - 127 में संतृप्त अवशोषण लाइन के माध्यम से स्थिर एक लेजर) और तुलनाओं - तुलनित्रों और इंटरफेरोमीटर पर आधारित है। इसका संरक्षक संस्थान FSUE VNIIM के नाम पर है डि मेंडेलीव "(एफएसयूई" वीएनआईआईएफटीआरआई "के साथ वे मात्रा के लगभग सभी प्राथमिक मानकों को संग्रहीत करते हैं)।

अब हम मानकों के पदानुक्रम से निपटेंगे। द्वितीयक मानक ऊर्ध्वाधर दिशा में निचले स्तर पर स्थित हैं, पहली से चौथी श्रेणी में श्रृंखला में काम करने के मानकों के बाद, कम सटीकता वाले वर्गों के साथ 0 से 5 तक माप उपकरण काम कर रहे हैं (सटीक माप उपकरण जो कि पदानुक्रमित अंशांकन से गुजरते हैं, अंतर्राष्ट्रीय मानक के नीचे जाने योग्य हैं)। उत्तरार्द्ध का उपयोग सीधे माप के लिए किया जाता है और (कम से कम) उन उपकरणों के निर्माण के लिए जो बड़े पैमाने पर उत्पादित उत्पादों के लिए जोखिम (डैश) पैदा करते हैं - उन्हीं लाइनों, टेप उपायों और अन्य घरेलू माप उपकरणों। कुल में, मैंने लंबवत 13 चरणों को गिना जो अंतिम उत्पाद के निर्माण से पहले चलते हैं। वास्तव में, वे थोड़ा कम होंगे, क्योंकि सटीकता मापने वाले वर्ग के आधार पर कार्य मापने वाले यंत्र पदानुक्रम से अलग-अलग ऊंचाई पर विभाजित होते हैं।

मानकों की प्रणाली में लिए गए माप के प्रकार के अनुसार चार स्वतंत्र शाखाओं में एक क्षैतिज विभाजन भी है। इन शाखाओं को भागों (पहली से चौथी) कहा जाता है और निम्नलिखित के लिए अभिप्रेत हैं:

भाग 1. विकिरण के स्रोत और तरंग दैर्ध्य को मापने के साधन;
भाग 2. डैश के उपाय और विस्थापन मीटर;
भाग 3. लंबाई के उपाय समतल समांतर;
भाग 4. विस्थापन मीटर, राहत उपाय और माइक्रोस्कोप नैनोस्केल क्षेत्र में;

तो, आइए हमारे हित के भाग 2 पर एक नज़र डालते हैं। प्राथमिक मानक की तुलना द्वितीयक के साथ एक तुलनित्र की तुलना में की जाती है - सीमा में 0.001 से 1000 मिमी तक की लंबाई के लाइन उपायों की जाँच के लिए हस्तक्षेप सेटिंग्स। पहली श्रेणी के कार्य मानकों की उनके साथ तुलना की जाती है - लंबाई के धराशायी उपाय, लंबाई के विवर्तन होलोग्राफिक उपाय; इसके अलावा वैकल्पिक रूप से तुलना करने वालों का उपयोग करना। दूसरी श्रेणी के कार्य मानक - लंबाई के लाइन माप, रेखीय आंदोलनों के होलोग्राफिक माप प्रणाली। तीसरी श्रेणी के कार्य मानक - लंबाई, लाइन मापक ट्रांसड्यूसर की माप। चतुर्थ श्रेणी के कार्य मानक - लंबाई के लाइन माप।

शून्य और पहली सटीकता वर्गों के काम करने वाले माप उपकरणों की तुलना पहली श्रेणी के कामकाजी मानक के साथ की जाती है, दूसरी और तीसरी - दूसरी श्रेणी के काम के मानक के साथ, चौथी और पांचवीं कक्षाओं की - तीसरी श्रेणी के काम करने के मानक के साथ। 4 जी श्रेणी के कार्य मानकों का उपयोग प्रत्यक्ष तुलना का उपयोग करके माप के लिए किया जाता है। पांचवें सटीकता वर्ग को मापने के काम के साधन, सिद्धांत रूप में, शासकों और टेप उपायों के निर्माण के लिए मरने के निर्माण में उपयोग किया जाना चाहिए, या कम से कम उत्पादन में उपयोग की जाने वाली मशीनों के सत्यापन के लिए।

GOST से चित्रण (बारीक, लेकिन क्लिक करने योग्य):

मैं ऑप्टिकल हस्तक्षेप तुलनित्रों के संचालन के सिद्धांत के बारे में नहीं लिखूंगा, क्योंकि यह बहुत कुछ वर्णित है, जहां, इसके अलावा, यह व्यापक दर्शकों के लिए उबाऊ होगा। जो इच्छुक हैं वे यहां पढ़ सकते हैं ।

लेख के अंत में मैं अपने चित्रों के एक जोड़े को पर्ची करूँगा। एक समय में कई जनरेटर की स्थिरता की जांच करना आवश्यक था, जिसके लिए सबसे सरल तुलनित्र सर्किट को इकट्ठा किया गया था - एक बहुत प्रसिद्ध कंपनी के दो जनरेटर से संकेत दो वाल्व (एक डायोड का एनालॉग) को खिलाया जाता है, उनके पीछे दो एटेन्यूएटर, फिर एक टी-आकार का पुल होता है, जिसमें मिश्रण होता है। संकेत, पुल एक डिटेक्टर है। जनरेटर को बारीकी से फ़्रीक्वेंसी में सेट किया जाता है, एटेन्यूएटर की मदद से हम दो सिग्नलों के दोलन आयामों की समानता प्राप्त करते हैं, जिसके बाद हमें डिटेक्टर से एक अंतर सिग्नल मिलता है, जिसकी आवृत्ति दो जनरेटर की स्थिरता का संकेतक होगी। तीन दिनों तक चलने वाले परीक्षण में दो बहुत अच्छे जनरेटर:

यह देखा जा सकता है कि जनरेटर की तुलना 3 · 10 ^-9 के क्रम की सटीकता के साथ की जाती है । परीक्षण गर्मी की वृद्धि को कम करने के लिए छुट्टियों के दौरान आयोजित किया गया था। हालांकि, कई तेज विस्फोटों पर ध्यान दिया जा सकता है, इसके बाद घातीय छूट दी जाती है। गार्ड काफी हैरान था जब मैंने उसे बताया कि किस समय और कितनी बार वह एक केतली में पानी डालने के लिए एक बंद प्रयोगशाला में गया था। एय-ay-ay! नीचे दी गई तस्वीर में, लाल रेखा पिछले ग्राफ़ की पुनरावृत्ति है, और नीले रंग की एक जोड़ी को पहले जोड़े से कम सटीक लेकिन गर्म घरेलू ट्यूब जनरेटर के साथ मिलाकर प्राप्त किया जाता है :

घरेलू की दीर्घकालिक स्थिरता लगभग समान है, लेकिन अल्पकालिक स्थिरता बहुत खराब है। हालांकि, मूल्य, वे भी कमजोर रूप से भिन्न नहीं होते हैं।

यह सब संभव है, आपका ध्यान और एक अच्छा सप्ताहांत के लिए धन्यवाद! मुझे उम्मीद है कि यह जानकारीपूर्ण था और बहुत उबाऊ नहीं था।

GOST R 8.763-2011

Source: https://habr.com/ru/post/hi398553/