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核心提示:计量基准、标准、溯源性
国家计量技术规范JJF1001-1998《通用计量术语及定义》(以下简称本规范)第八章对计量基准、标准等作了明确的定义和分类,由于本规范绝大部分词条采用《International Vocabulary of Basic and General Terms in Metrology》(国际通用计量学基本术语)的词条,有些定义在与“国际接轨”上很难,特别是对测量基准、标准的分类与我国现行的分类差异甚大,本规范中将〔测量〕标准与〔计量〕基准、标准视为同义词而并列,方括号中的词,规范规定使用时可省略。现介绍如下:
一、〔测量〕标准
〔计量〕基准、标准是指“为了定义、实现、保存或复现量的单位或一个或多个量值,用作参考的实物量具、测量仪器、参考物质或测量系统。”(本规范8.1条)
本术语与英文词〔measuremant〕standard,etalon相对应,其中etalon来自法文。
“Standard”在科技领域里有两个含义:一是通常被人们理解的文字性技术标准、规范以及类似文件(法文词为“norme”);二是以实物形式出现的基准器和标准器(法文词为“etalon”)。在此,显然属第二种含义,且把“器”省略了。
〔measurement〕Standard〔测量〕标准是计量基准和标准的统称,并又可细分为若干种(见8.2~8.7条)。在我国测量标准明确地分计量基准、计量标准两大类,其地位和作用在《计量法》中已分别阐明。
该定义有三层意思:(1)研制、建立基准、标准的目的是:为了定义、实现、保存或复现量的单位或一个或多个量值;(2)其作用是在测量领域里作为定值的依据和测量用标准器;(3)其存在的形式有实物量具、测量仪器、参考物质或测量系统。8.1条例a)-f)即1kg质量标准、100Ω标准电阻、标准电流表、铯频率标准、标准氢电极、有证的血浆中可的松浓度的参考溶液。分别体现了这些形式。
为理解上述定义,在此以国际单位制SI七个基本单位中的质量单位“千克”和长度单位“米”为例,加以说明:(1)1960年第十一届国际计量大会决定采用以米制为基础发展起来的国际单位制(SI),而“千克”(kg)作为质量单位远早于国际单位制的确定。“千克”的定义几经变迁,于1901年第三届国际计量大会上明确给出:千克是质量单位,等于国际千克原器的质量。这个国际千克原器就是国际质量标准(基准),全世界只有一个,它是用90%铂和10%铱合金精心制成的形状为高度和直径均为39毫米的圆柱体,铂铱合金的密度为21.5克/厘米3,它被放在多层玻璃罩内。“千克”的实现就是用这个国际质量标准(基准)也即这一实物量具:国际千克原器,它很稳定地保存“千克”量值近100年,估计其质量的变化约为50微克,相对变化量为5×10-8。“千克”是通过千克原器和原器天平来复现的。为了全世界质量量值的统一,也即实现质量单位量值的传递和溯源,国际计量局根据千克原器的材质、形状和要求,先后加工复制了一些副原器发售给米制公约的各成员国,作为这些国家的质量标准(基准),放在三层玻璃罩内。我国于1965年引进了国际计量局编号为“No60”的直径与高度均为39毫米的铂铱合金圆柱体砝码,该砝码作为国家公斤原器,其质量标称值为1kg,在近的一次与国际千克原器的比对中,其质量被确定为1kg+0.295mg,复现量值的不确定度为2.3μg(k=1)(这种比对每隔三四十年进行一次,近的一次是在1989~1994年间进行的),当时已称它为国家质量基准,而正式批准是由原国家计量局于1986年批准。国家公斤原器批准时称为千克基准砝码,它和秤量为1kg、分度值不大于0.04mg的原器天平实现、复现和保存了与国际千克原器比对结果所获得的质量单位量值。按照质量计量器具检定系统,我国研制、建立的国家千克副基准、工作基准、各等级砝码及各等级标准天平和标准秤都是以不同的准确度等级来实现、复现、保存质量单位量值,以达到全国质量单位量值的统一及在规定的允许误差范围内的准确可靠。这个在七个基本量中剩下没有建立自然基准的量,在21世纪将成为科学计量的重要课题。(2)“米”是国际单位制(SI)中表示“长度”的基本单位,用“m”表示,“米”定义经多次沿革,在1983年第17届国际计量大会上将“米”定义为:光在真空中于(1/299792458)秒时间间隔内所经路径的长度。国际计量推荐新定义的米可以通过时间法、频率法和辐射法来实现。这些方法都是建立在光速是常数的基础上。在辐射法方面,1993年国际计量推荐了8种稳频激光器辐射的标准谱线频率(波长)值,作为复现“米”定义的国际标准。目前常用的是碘吸收633纳米氦氖稳频激光器,它的复现性可达1×10-11。这种激光器以米定义为基础,实现、保存或复现了长度单位量值。我国国家的长度基准中稳定的是633纳米基准,不确定度为2.5×10-11,它是由一套以氦氖激光器为主体的复杂的测量仪器所组成。它对上复现国际“米”定义,对下把其所复现的长度量值经由拍频或其他比较方法传递到下标准。根据已建立的线纹计量器具检定系统和长度计量器具(量块)检定系统,长度量值的传递和溯源又分为线纹和量块两大体系,其标准器分别为线纹尺和量块等,它们都是实物量具。量块是单值量具,两块量块可以研合在一起复现一个新的量值。量块研合后的量值就等于各个量块中心长度之和。通常将若干块长度不同的量块组成标准组,提供一系列长度量值。标准线纹尺是多值量具,一般每1mm有一条刻线,当然,还有由显微镜来读数的刻线,有可估误到0.1μm的线纹尺。
本定义的两个注释,其一:集合标准是通过联合使用而起标准器作用的一组相似的实物量具或测量仪器。例如由一组相似的标准灯组成的发光强度集合标准。集合标准所提供的值是该集合内单个测量器具所提供之值的适当的平均值。其二:标准组是其值经过选择的标准,它们可单个地或适当地组合以复现给定范围内的一系列同种量的值,例如1kg~20kg标准砝码组称为千克组,1g~500g标准砝码组称克组,1mg~500mg标准砝码组称为毫克组。
定义中的实物量具是指“使用时以固定形态复现或提供给定量的一个或多个已知值的器具”(见本规范6.9条)。
定义中的测量仪器是指“单地或连同辅助设备一起用以进行测量的器具”(见本规范6.1条)。
定义中的参考物质是指“具有一种或多种足够均匀和很好地确定了的特性,用以校准测量装置、评价测量方法或给材料赋值的一种材料或物质”(见本规范8.13条)。此外,附有证书的参考物质称为有证参考物质(详见本规范8.14条)在我国作为统一量值用的参考物质,均进行定级鉴定,并经评审取得证书。在本规范中,为结合国情,将参考物质与标准物质,有证参考物质与有证标准物质视为同义词。
定义中的测量系统是指“组装起来以进行特定测量的全套测量仪器和其他设备”(见本规范6.5条)。