Di mana standar panjang disimpan atau bagaimana mengukur panjang

Gagasan untuk memahami masalah ini dan akhirnya menulis teks ini lahir di sini di situs - di bawah salah satu publikasi saya melihat pernyataan bahwa garis yang dijual di toko dikalibrasi sesuai dengan standar sekunder, yang sesuai dengan standar primer, dan yang primer menurut yang internasional. Ini hanya sebagian kecil benar, jadi jika Anda tertarik, mari kita cari tahu.

Penafian: Saya bukan ahli metrologi, jadi teksnya bukan upaya yang sangat membosankan (saya harap) pada cerita sains populer, jadi mungkin ada beberapa ketidakakuratan yang dapat dilaporkan baik dalam PM maupun dalam komentar - seperti yang Anda inginkan.

Banyak yang mungkin ingat dari sekolah bahwa standar meter disimpan di Kamar Berat dan Ukuran Paris di tabung kaca di bawah vakum di tempat yang sama dengan standar tenaga kuda - kuda dengan berat satu kilogram . Kami membuka ensiklopedia dan membaca detailnya.

Salah satu upaya pertama untuk membuat yang universal, yaitu direproduksi, ukuran panjang, menjadi 1668 panjang pendulum (matematika), yang setengah siklus osilasi sama dengan satu detik. Idenya bagus, tetapi selama perjalanan ke Amerika Selatan, astronom Jean Richet harus mempersingkat panjang standar, karena periode fluktuasinya meningkat. Ini disebabkan oleh kerataan geoid dan, karenanya, penurunan gravitasi di garis katulistiwa. Pada 1790, klarifikasi diajukan bahwa standar panjang harus diukur pada garis lintang 45 ° N (kira-kira antara Bordeaux dan Grenoble), panjang ini adalah 0,994 meter modern. Namun, proposal itu, meskipun elegan, tidak diterima.Pada 1791, meteran itu didefinisikan oleh Akademi Prancis sebagai bagian empat puluh juta dari Paris Meridian (yaitu, sepersepuluh juta jarak dari Kutub Utara ke khatulistiwa di sepanjang permukaan ellipsoid bumi di garis bujur Paris). Kesederhanaan kalibrasi menimbulkan keraguan, tetapi mil laut memiliki referensi yang sama (bergerak satu mil laut di sepanjang meridian berhubungan dengan perubahan koordinat geografis untuk satu menit garis lintang). Anda mungkin berpikir bahwa pengaruh kekasaran medan akan memiliki efek bencana pada keakuratan standar, tetapi ini tidak begitu - mengubah ketinggian 1000 meter akan menyebabkan pemanjangan meridian hanya 6283 meter, yang memberikan kesalahan relatif satu setengah per sepuluh ribu (masalah yang terkenal dalam memperpanjang ekuator dengan satu meter dan lalat) ) Pada kenyataannya, pengukuran dilakukan jauh lebih akurat, terutama di permukaan laut.Mereka yang tertarik akan menemukannyaada banyak hal menarik. Saya akan membatasi diri pada gambar yang mengesankan:

Sejak itu, negara-negara yang telah mengadopsi sistem metrik mulai membuat saluran referensi dari berbagai paduan, mengubah peraturan, misalnya, melakukan pengukuran pada suhu tertentu untuk menghilangkan efek ekspansi termal (titik leleh es), dan juga memperkenalkan definisi kilogram sebagai massa air berdasarkan volume. dalam satu desimeter kubik. Secara bertahap, akurasi reproduksi standar meningkat, mencapai total 0,1 mikron, bukan 50 mikron asli. Standar disimpan dalam kondisi steril di laboratorium metrologi di seluruh dunia hingga tahun 1960 diputuskan untuk meninggalkan penggunaan subjek yang tidak dapat direproduksi, tunduk pada penuaan, demi fenomena fisik yang dapat secara akurat direproduksi di laboratorium dengan akurasi yang diperlukan dan setelah bertahun-tahun. . Sejak itu, meter tersebut telah didefinisikan sebagai 1.650.763.73 panjang gelombang garis oranye (6 056 Å) dari spektrum yang dipancarkan oleh isotop krypton 86Kr dalam ruang hampa (transisi antara level 2p¹⁰ dan 5d ⁵ ). Keakuratan standar adalah 4 nanometer. Referensi bar masih disimpan dalam kondisi yang sama, tetapi tidak sebagai standar, tetapi sebagai pensiunan yang terhormat, yang mungkin masih dapat membawa manfaat. Pada tahun 1983, mereka melangkah lebih jauh dan mendefinisikan meter sebagai jarak yang ditempuh oleh cahaya dalam ruang hampa di 1/299792458 sepersekian detik. Ngomong-ngomong, yang kedua telah lama menjadi bagian dari tahun tropis, sekarang kali ini sama dengan periode radiasi 9192631770 yang berkaitan dengan transisi antara dua tingkat ultrathin dari keadaan dasar atom cesium-133, yang diam pada suhu 0 K. Jika semua kondisi terpenuhi dan koreksi diperkenalkan, reproduksibilitas modern dapat dihasilkan. meter standar adalah 0,1 nm (kesalahan relatif 10 ^-10 ). Nilai terakhir adalah ukuran karakteristik atom.

Sekarang kami memiliki standar primer internasional meter, dan kami akhirnya dapat mempelajari sistem GOST R 8.763-2011 untuk memastikan keseragaman pengukuran. Sebutkan grafik kalibrasi untuk instrumen pengukur panjang dalam kisaran dari 1 · 10 ^-9hingga 50 m dan panjang gelombang berkisar antara 0,2 hingga 50 mikron (tanggal pengantar 01.01.2013). GOST dapat dipahami hanya dari bacaan kedua, karena secara struktural, itu ditulis dengan sempurna, menurut pendapat saya, salah, walaupun secara profesional. Sebagai hasil dari penelitian ini, kami akan mencoba memahami bagaimana para penguasa dikalibrasi dan diverifikasi. Menurut GOST ini, standar utama negara bagian kami adalah pengaturan yang didasarkan pada laser He-Ne / I yang distabilkan (laser yang distabilkan melalui jalur serapan jenuh dalam molekul yodium - 127) dan perbandingan - pembanding dan interferometer. Lembaga kustodiannya bernama FSUE VNIIM Saya Mendeleev "(bersama dengan FSUE" VNIIFTRI "mereka menyimpan hampir semua standar kuantitas utama).

Sekarang kita akan berurusan dengan hierarki standar. Standar sekunder terletak lebih rendah dalam arah vertikal, diikuti oleh standar kerja secara seri dari kategori pertama hingga keempat, lebih rendah adalah instrumen pengukuran kerja dengan kelas akurasi dari 0 hingga 5 (instrumen pengukuran akurat yang menjalani kalibrasi hirarkis, dapat dilacak hingga ke standar internasional). Yang terakhir digunakan secara langsung untuk pengukuran dan (setidaknya harus) untuk pembuatan perangkat yang menimbulkan risiko (putus-putus) untuk produk-produk yang diproduksi secara massal - garis yang sama, pita pengukur dan instrumen pengukur rumah tangga lainnya. Secara total, saya menghitung secara vertikal 13 langkah sebelum pembuatan produk akhir. Bahkan, mereka akan sedikit kurang, karena alat pengukur kerja dipisahkan dari hierarki pada ketinggian yang berbeda tergantung pada kelas akurasi.

Sistem standar juga memiliki pembagian horizontal menjadi empat cabang independen sesuai dengan jenis pengukuran yang dilakukan. Cabang-cabang ini disebut bagian (pertama hingga keempat) dan dimaksudkan untuk yang berikut:

Bagian 1. Sumber radiasi dan cara mengukur panjang gelombang;
Bagian 2. Pengukuran dash dan meter perpindahan;
Bagian 3. Panjang langkah-langkah sejajar bidang datar;
Bagian 4. Meter perpindahan, langkah-langkah bantuan dan mikroskop di wilayah berskala nano;

Jadi, mari kita lihat Bagian 2 yang menarik bagi kami. Standar primer dibandingkan dengan menggunakan komparator dengan pengaturan interferensi sekunder untuk memeriksa ukuran garis panjang di kisaran 0,001 hingga 1000 mm. Standar kerja dari kategori 1 dibandingkan dengan mereka - ukuran panjang putus-putus, pengukuran panjang holografik difraksi; selanjutnya secara bergantian menggunakan pembanding. Standar kerja dari kategori 2 - ukuran garis panjang, sistem pengukuran holografik dari gerakan linier. Standar kerja dari kategori 3 - ukuran garis panjang, transduser pengukur raster. Standar kerja kelas 4 - ukuran garis panjang.

Instrumen pengukuran kerja kelas akurasi nol dan pertama dibandingkan dengan standar kerja kategori pertama, kedua dan ketiga - dengan standar kerja kategori kedua, kelas keempat dan kelima - dengan standar kerja kategori ketiga. Standar kerja dari kategori 4 digunakan untuk pengukuran menggunakan perbandingan langsung. Cara kerja untuk mengukur kelas akurasi kelima, secara teori, harus digunakan dalam pembuatan cetakan untuk pembuatan penggaris dan pita pengukur, atau setidaknya untuk verifikasi mesin yang digunakan dalam produksi.

Ilustrasi dari GOST (halus, tetapi dapat diklik):

Saya tidak akan menulis tentang prinsip operasi komparator interferensi optik, karena ini banyak dijelaskan di mana, selain itu, akan membosankan bagi khalayak luas. Yang berminat bisa baca di sini .

Di akhir artikel saya akan menyelipkan beberapa gambar saya. Pada suatu waktu diperlukan untuk memeriksa stabilitas beberapa generator, yang mana rangkaian pembanding yang paling sederhana telah dirakit - sinyal dari dua generator dari perusahaan yang sangat terkenal diumpankan ke dua katup (analog dioda), di belakangnya ada dua attenuator, kemudian jembatan berbentuk T, di mana pencampuran terjadi sinyal, pada output jembatan adalah detektor. Generator diatur ke frekuensi jarak dekat, dengan bantuan attenuator kita mencapai kesetaraan dari amplitudo osilasi dari dua sinyal, setelah itu kita mendapatkan sinyal perbedaan dari detektor, frekuensi yang akan menjadi indikator stabilitas kedua generator. Dua generator yang sangat bagus dalam pengujian yang berlangsung selama tiga hari:

Dapat dilihat bahwa generator dibandingkan dengan akurasi urutan 3 · 10 ^-9 . Tes dilakukan selama liburan untuk meminimalkan lonjakan panas. Namun, beberapa semburan tajam dapat dicatat, diikuti oleh relaksasi eksponensial. Penjaga itu cukup terkejut ketika saya memberi tahu dia pada jam berapa dan berapa kali dia pergi ke laboratorium yang terkunci untuk menuangkan air ke dalam ceret. Ay-ah-ah! Pada gambar di bawah ini, garis merah adalah pengulangan dari grafik sebelumnya, dan yang biru diperoleh dengan mencampur generator dari pasangan pertama dengan generator tabung domestik yang kurang tepat tetapi hangat :

Stabilitas jangka panjang domestik hampir sama, tetapi stabilitas jangka pendek jauh lebih buruk. Harganya, bagaimanapun, mereka juga berbeda tidak lemah.

Mungkin itu semua, terima kasih atas perhatian dan akhir pekan Anda yang menyenangkan! Saya harap ini informatif dan tidak terlalu membosankan.

GOST R 8.763-2011

Source: https://habr.com/ru/post/id398553/