CC BY
258 ВСЕМИРНЫЙ ДЕНЬ МЕТРОЛОГИИ
Компетентность / Competency (Russia) 3/2019
Реформирование Международной системы единиц укрепило ее фундаментальные основы
26-я Генеральная конференция Международного бюро мер и весов приняла историческое решение о переопределении килограмма, ампера, кельвина и моля с привязкой их к значениям фундаментальных физических постоянных. Учитывая огромную важность предстоящих изменений в Международной системе единиц ^1), мы перепечатываем данную статью, опубликованную в журнале «Главный метролог» с разрешения авторов
Л.К. Исаев1
Всероссийский научно-исследовательский институт метрологической службы (ФГУП ВНИИМС), д-р техн. наук, профессор, isaev-vm@vniims.ru
М.И. Калинин2
ФГУП ВНИИМС, канд. физ.-мат. наук
научный руководитель направления по законодательной метрологии и методическому руководству в деятельности ГРЦСМИ, Москва, Россия
2 ведущий научный сотрудник, старший научный сотрудник, ученый секретарь НТС, Москва, Россия
Для цитирования: Исаев Л.К., Калинин М.И. Реформирование Международной системы единиц укрепило ее фундаментальные основы // Компетентность/ Competency (Russia). — 2019. — № 3
ключевые слова
метрическая система мер, основные единицы, переопределение, фундаментальные физические константы
еждународная система единиц ^1), принятая на XI Генеральной конференции по мерам и весам (ГКМВ) в 1960 году, является естественным развитием метрической системы мер, родившейся в XVIII веке. Действующая в настоящее время (2019 год) SI официально изложена на французском и английском языках в 8-й редакции Брошюры SI, опубликованной Международным бюро мер и весов (МБМВ) в 2006 году [1].
Из реализаций 7 основных единиц SI наиболее уязвимым является килограмм — артефакт в виде платино-иридиевого цилиндра. Он не связан ни с каким природным инвариантом и, в принципе, может быть уничтожен при стихийном бедствии или испорчен. Неясен вопрос стабильности приписанного ему номинала, так как за 100 лет сличений с национальными прототипами (1889-1991) выявилось расхождение их масс со временем на 50 мкг. Кто виноват?
Именно поэтому XXI Генеральная конференция мер и весов приняла Резолюцию 7 о необходимости проведения экспериментов по привязке единицы массы к фундаментальным константам национальными метрологическими институтами стран — членов Метрической конвенции. Это важно еще и потому, что определения ампера, моля и канделы зависят от определения килограмма. Одновременно неопределенность оценки тройной точки воды из-за содержания примесей, изотопного состава воды и т.п. вызывала необходимость переопределения кельвина. Секунда и метр уже по определению были привязаны к физическим константам.
На 93-м заседании Международного комитета мер и весов (МКМВ)
в 2004 году обсуждалась возможность переопределения килограмма, а уже в следующем году была принята Рекомендация о подготовительных мерах по переопределению килограмма, ампера, кельвина и моля с привязкой их к точно известным (фиксированным, то есть имеющим нулевую неопределенность) значениям фундаментальных констант. Эта процедура была опробована в 1983 году с введением нового определения метра при фиксированном значении скорости света. Теперь надо было решить две задачи: во-первых, установить набор фундаментальных физических (определяющих) констант для переопределения четырех вышеозначенных единиц, а во-вторых, измерить (определить) выбранные константы, значения которых потом должны быть точно зафиксированы, с наивысшей доступной точностью, чтобы была гарантирована уже достигнутая точность эталонных значений обсуждаемых единиц величин. Набор для переопределений был установлен в составе постоянной Планка, элементарного заряда электрона, постоянной Больцмана и постоянной Авогадро соответственно. Для оценки этих констант величины относительных стандартных неопределенностей должны были быть менее 2х10-8 для постоянной Планка и постоянной Авогадро, менее 1х10-8 для элементарного заряда электрона и менее 1х10-6 для постоянной Боль-цмана [2].
В 2017 году Международный комитет по численным данным для науки и техники (CODATA) на основании результатов исследований, проведенных в метрологических институтах, подготовил и опубликовал согласованные значения этих констант, что позволило
Компетентность / Competency (Russia) 3/2019
ВСЕМИРНЫЙ ДЕНЬ МЕТРОЛОГИИ 9
Международному комитету мер и весов принять решение о рекомендации к утверждению новых определений на XXVI ГКМВ и о реформировании всей Международной системы единиц. Такое историческое решение было принято 16 ноября 2018 года в Версале с трансляцией этого события на весь мир. Теперь определения всех семи основных единиц сформулированы единообразно, связывая их с точными значениями выбранных определяющих констант.
Предполагается, что в реформированной Международной системе единиц не будут задаваться конкретные методы реализации основных единиц. Важно, чтобы они обеспечивали необходимую точность и прослеживае-мость к соответствующей константе. В течение прошлого года журнал «Законодательная и прикладная метрология» регулярно публиковал информацию как обо всей системе в целом, так и о переопределении килограмма, ампера, кельвина и моля [3-6]. ■
Статья поступила в редакцию 1.04.2019
Список литературы
1. The International System of Units (SI). SI Brochure-8th ed., BIPM, 2006; http://www.bipm.org/en/publications/si-brochure/.
2. Калинин М.И. О предстоящей реформе Международной системы единиц // Главный метролог. — 2017. — № 4.
3. Бронников К.А., Иващук В.Д., Калинин М.И., Хрущев В.В. Эволюция системы единиц измерений. К будущей ревизии Международной системы единиц (СИ) // Законодательная и прикладная метрология. — 2018. — № 2.
4. Бронников К.А., Иващук В.Д., Калинин М.И., Хрущев В.В. Новое определение и новый эталон ампера. К предстоящей реформе Международной системы единиц (СИ) // Законодательная и прикладная метрология. — 2018. — № 3.
5. Бронников К.А., Иващук В.Д., Калинин М.И., Хрущев В.В. Переопределение единицы температуры и постоянная Больцмана. К предстоящей реформе Международной системы единиц (СИ) // Законодательная и прикладная метрология. — 2018. — № 4.
6. Бронников К.А., Иващук В.Д., Калинин М.И., Хрущев В.В. Новые определения килограмма и моля. К предстоящей реформе Международной системы единиц (СИ) // Законодательная и прикладная метрология. — 2018. — № 5.
СОБЫТИЕ
Российские ученые модернизировали эталон для нефтяной
промышленности
Многочисленные средства измерений вязкости жидкости для определения качества нефти и нефтепродуктов скоро смогут получать эталонную единицу в новых диапазонах температуры и давления
В конце прошлого года ученые Всероссийского научно-исследовательского института метрологии им. Д.И. Менделеева (ВНИИМ) завершили работу по расширению функциональных возможностей Государственного первичного эталона единицы кинематической вязкости жидкости. Возможности прежнего оборудования обеспечивали режим измерений в пределах от +20 °С до +40 °С, что не удовлетворяло потребностям нефтяной и химической промышленности. Три новых комплекса, спроектированные в лаборатории плотности и вязкости жидкости, расширили диапазон измерений от -40 °С до +150 °С. Максимально приближенный к промышленным условиям расчет позволит уточнить параметры нефтепроводов и снизить затраты на транспортировку нефти. Для расширения функциональных возможностей измерений вязкости при повышенном давлении будет использоваться шариковый вискозиметр высокого давления. Это специальный автоматический
комплекс для исследования характеристик жидкостей при давлении от 0,1 МПа до 4,0 МПа. Исследование вязкости в этих пределах актуально для перспективных проектов в области машиностроения. «Создание новых комплексов состоялось в рамках модернизации государственной эталонной базы в соответствии со Стратегией обеспечения единства измерений в Российской Федерации до 2025 года. Первичные эталоны должны обновляться каждые 5-7 лет, чтобы соответствовать техническим требованиям промышленности и науки. Дальнейшая модернизация эталона будет направлена на изучение высоковязких жидкостей — расплавов полимеров и аддитивных материалов, а также для измерения вязкости при давлениях до 100 МПа», — сообщил руководитель ВНИИМ А.Н. Пронин.
Как отметили специалисты института, по техническому уровню и точности воспроизведения единицы новый эталон войдет в мировую тройку лучших измерительных систем вязкости жидкости. Аналогичным оборудованием обладают Германия и Япония.
По материалам ВНИИМ им. Менделеева
