2.Үлгілік және жұмысшы өлшеуіш құрал–жабдықтар.
3.Физикалық шамалардың Халықаралық бірлік эталонындары.
Өлшемдік деп физикалық шаманың қабылданған мәнін сақтайтын, оны қайталайтын, немесе оның орнына қолданылатын өлшеу құралын айтады. Мысалы, кедергінің өлшемдігі, сыйымдылықтың өлшемдігі және т.б. Өлшеу дәлдігіне және қолданылу аймағына қарай өлшемдіктер эталондық, үлгілік және жұмысшы болып бөлінеді.
Екінші реттік өлшемдіктерге өзара байланысқан көп бөлшектердің (өлшеуіш конденсатордың қалыпты элементі, стандартты сигналдардың генераторы) жиынтығын береді. Бірақ бұл өлшемдіктер олардың атқаратын рөліне және өлшеу сипатына жатпайды. Бұл үшін кез келген өлшеу процесін көз алдымызға елестетейік. Мәні 1 тең өлшенетін шаманың өлшемдікпен өте сирек салыстырады. Рычагты таразыларда өлшенетін дененің массасын (салмағын) 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 2,0; 5,0 килограммдық гирьдің массасымен (салмағымен) салыстырады. Міне, сондықтан өлшеу процесінде осы гирьлердің кез келгені немесе олардың берілгені болуы мүмкін. Осы физикалық шаманың қабылданған бірлігінде берілген жағдайда шаманың мәні белгілі болып, өлшенетін шаманың мәнін анықтауға мүмкіндік береді. Сондықтан өлшемдік осы шамалардың белгілі бір қатынасында қабылданған бірлігімен байланысқан шамалардың мәндерін туындатады.
Өлшемдік – бұл өлшеудің негізі болып табылады.
Көп жағдайларда өлшеуді өлшеуіш аспаптарының немесе басқа да құрылғылармен жүргізгенде ештеңе де өзгермейді, өйткені олардың көбісі өлшемденіп, ал кейбіреуі өлшемдік арқылы градуирленеді, және олардың шкалаларын сақтаушы құрылғы ретінде қарауға болады.
“Өлшемдіктер мен өлшеу аспаптары” деген сөз физикалық мәндердің өлшемдік бірліктерін тасымалдаушы рөлін атқарушы ретінде қарап, оған ерекше көңіл бөледі.
Физикалық шамалардың бірлік эталондары–бұл берілген шамалардың бірліктерін сақтауға және туындатуға (кейбір жағдайларда тек қана туындатуға немесе тек қана сақтауға) арналған өлшеу құрал–жабдықтары (немесе өлшеу құрал – жабдықтарының кешені).
Физикалық шамалардың бірлік эталондарының қолданылуы - бұл жалпы мемлекеттік немесе халықаралық масштабта өлшеу құрал–жабдығының дәлдігі бойынша оның мөлшерін беру.
Физикалық шамалардың бірлік эталондары айрықша түрде жасалынып, орнықты реттілікпен бекітіледі.
– “Физикалық шамалардың бірліктері” деген терминнің дәл қол-данылуы оның атауларымен алмастырылады: килограммның эталоны, ампердің эталоны және т.с.с.
“Физикалық шамалардың бірліктері” деген терминді алып тастау кезінде немесе қысқарту кезінде аса ұқыптылықты талап етеді.
Техникада, ғылымда және көркем әдебиеттердің өзінде де “эталон” сөзі өте кеңінен қолданылады.
Эталон деп бір нәрсенің ең жоғары үлгілік жетістіктерімен теңесетін үлгіні айтады.
Метрологияда және өлшеу техникасында “эталон” деген сөзді тек жоғарыда айтылған ұғым бойынша қолданады. Өнеркәсіпте салыстыруға эталондар өлшеу құрал-жабдықтарының эталондарға арналған қолданылатын өлшеу құрал-жабдықтарын ең жоғары дәлдікті деп айту дұрыс емес.
Біртұтас өлшеуді қамтамасыз ету үшін бір мағынадағы физикалық шамалардың барлық өлшеу құралдарын теңестіру қажет.
Өлшеудің біртұтастығы физикалық шамалардың берілген бірліктерінде дәлдікпен сақтау мен туындатудың арқасында және қолданылатын өлшеу құралдарына олардың мөлшерін беру жолдары арқылы алынады.
Бірліктердің мөлшерлері эталондық және үлгілік өлшеу құрал– жабдықтарының көмегімен туындалып, сақталып, және беріледі.
Метрологиялық тізбектерде өлшеу бірліктерінің мөлшерлерін берудің жоғарғы тобы болып эталондар саналады.
Эталон бірліктердің мөлшерін үлгілік өлшеу құрал–жабдығына, одан әрі қарай реттілікпен эталон ретінде жұмысшы өлшеу құрал–жабдықтарына беру мақсатында, физикалық шамалардың бірліктерін (немесе осы функцияның біреуін) туындатуды және сақтауды қамтамасыз ететін өлшеу құрал–жабдығын (немесе өлшеу құрал–жабдығының комплексін) көрсетеді.
Физикалық шамалардың Халықаралық бірлік эталонындары Халықаралық өлшемдік пен салмақ бюросында (ХӨСБ) сақталады.
Халықаралық заттың өлшем–эталонына халықаралық өлшемдік пен салмақ бюросында сақталатын платина–иридийлік гирьлер жатады. Бірақ уақытқа байланысты (біраз уақыт өткеннен кейін) бұндай заттың эталондары бұзылып қалуы немесе өзгеруі мүмкін. Сондықтан метрологияда заттың таза қасиеттерін немесе табиғаттағы бар денелер мен құбылыстарды пайдалана отырып, физикалық шамалардың бірліктерін туындату тәсілдерін табуға тырысады. Жақында, мысалы, метрді платина–иридийлі прототиптің (сәйкестіктің) штрихтарының арасындағы қашықтық ретінде туындатудың орнына, криптон–86 газының изотопының спектралды сызықтарынан сәуленуінің біреуінің толқынының ұзындығы арқылы метр дәлірек екені анықталады.
Физикалық шамалардың бірліктерін туындатудың дәлдігін артыру үшін туындатудың дәлдігін арттыру үшін осы мақсатта қолданылатын құрал–жабдықтардың күрделілігіне байланысты болады. Физикалық шамалардың бірлігі қатаң түрде арнайы қолдануға арналған эталондық қондырғылардың көмегімен қиын операциялық жолмен туындатылады. Мұндай эталондық қондырғылар мен жиі қолданылатын заттардың туындатылуы кез келген жерде, сонымен қатар қойылған талаптардың арнайы шарттары орындалуы қажет. Бірақ әр жерде жүргізілген өлшеулердің қорытындыларынан кейбір алшақтықтар болатыны белгілі. Егер эталон бірліктерді өте жоғары дәлдікпен туындатуды қамтамасыз етсе, онда оны бірінші реттік эталон деп аталады. Негізгі бірліктердің бірінші реттік эталондары олардың анықтамасына сәйкес бірліктерді туындатады.
Бірінші реттік эталон ретінде метрді криптон–86 жарықтық толқындарының сәулеленуінің ұзындығында туындатуға арналған өлшеу құрал–жабдығының кешені болып саналады.
Негізгі бірліктерді туындату эталондарынан басқа, туынды бірліктердің де эталондары болады. Мысалы, қысым бірлігінің эталоны, электрлік шамалардың бірліктерінің эталондары: э.қ.к.; кедергілердің, сыйымдылықтардың, индуктивтіктердің және т.б. Туынды бірліктерінің эталондарын жасау арқылы негізгі бірліктер эталондарымен олардың байланысын жабдықтайды.
Эталондарды сақтау метрологиялық жұмыстардың күрделі кешенін құрайды. Бұл бір жағынан эталон берік сақталады, ал екінші жағынан эталоннан алынған бірліктің мәндері адамдардың әр түрлі қолданымына қажетті дәлдікпен беріледі.
Мемлекеттік эталондар Мемлекеттік метрологиялық институттарда сақталады.
Мемлекеттік эталондармен жұмыс істеу үшін эталондарды жасаушы ғалымдар, яғни жауапты адамдар тағайындалады.
Халықаралық бірліктер жүйелерінде (СИ) негізгі бірліктердің туындалуы Мемлекеттік эталондарының көмегімен, яғни орталық-татандырылған түрде жасалады.
Қосымша, туынды және жүйелік емес бірліктердің (қажет болған жағдайда) пайда болуы техника–экономикалық жағынан қарастырылған екі тәсілдің біреуімен анықталады:
1. орталықтандырылған–барлық елдер үшін жасалынған біртұтас Мемлекеттік эталонның көмегімен.
2. орталықтандырылмаған–метрологиялық қызметтерде жанама-лай өлшеу арқылы үлгілік өлшеу құрал–жабдықтардың көмегімен.
Туындатудың орталықтандырылған тәсілі көбінесе маңызды туынды бірліктер үшін (ньютон, джоуль, паскаль, вольт, генри, вебер және т.б.) қолданылады.
Туындатудың орталықтандырылмаған тәсілі мөлшері эталонмен тікелей салыстырыла алмайтын туынды бірліктер үшін қолданылады, мысалы: аудан бірлігі үшін (квадратталған метр, м2) немесе өлшемдерді эталонмен салыстырудан гөрі жанамалай өлшеу жеңілірек болған жағдайда немесе қажетті дәлдікті қамтамасыз ету керек болған жағдайда қолданылады, мысалы өлшемнің сыйымдылығы мен көлемі үшін (кубталған метр, м3).
Бұл жағдайда, бірлікті туындату үшін осы мақсатқа қолданылатын арнайы қондырғылар болуы талап етіледі және салыстыру қондырғысының дәлділігі өте жоғары болуы қажет. Мұндай салыстыру қондырғыларына айналу жиілігін үлгілік генератор жиілігімен салыстыратын тахометрлік қондырғы жатады.
Физикалық шамалардың эталондары деп төменгі сатыдағы өлшеу құрал жабдықтарының салыстыру схемаларына физикалық шаманың мөлшерін беру үшін, оны туындатып және өлшем бірліктерді сақтауды жабдықтайтын өлшеу құрал жабдықтарын (немесе өлшеу құрал жабдықтарының кешенін) айтады.
Мемлекеттік эталондардың түрлері: ең жоғарғы дәлдікпен анық-талатын бірінші реттік, арнайы және екінші реттік болып бөлінеді.
Бірінші реттік эталон - ғылым мен техниканың дамыған деңгейінде өте жоғарғы дәлдікпен өлшем бірліктерін туындатуды және оны сақтауды жабдықтайтын эталон. Ол ерекше жағдайда сақталады.
Арнайы эталондар бірліктерді ерекше жағдайда туындату кезінде, яғни жоғары дәлдікті алу мүмкін емес жағдайда, бірліктің мөлшерін эталоннан тікелей бере алатын жағдайда қолданылады (мысалы, жоғары жиіліктерді, энергияны, қысымды, температураны, заттың ерекше күйін, өлшеу диапозондарының ақырғы бөліктерін бере алады).
Арнайы эталон – бірліктердің туындауының ерекше жағдайын қамтамасыз ететін және бұл жағдайлар үшін біріншілік эталонды алмастыратын эталон.
Арнайы эталонға 2,6-37,5 Гц жиіліктегі су толқындарының жолдарындағы электр магниттік толқынның қуатының эталоны жатады.
Метрологиялық тәжірбиеде мәндері бірінші реттік эталондармен анықталатын екінші реттік эталондар кеңінен тараған.
Екінші реттік эталондар бірліктерді сақтау құрал–жабдық-тарының және олардың мөлшерін беру жиынтығының бір бөлігін құрайды.
Олар Мемлекеттік эталондарының аз тозуын және сақталуын жабдықтау және салыстыру жұмыстарын ұйымдастыру қажет болған жағдайда ғана жасалынып, бекітіледі.
Екінші реттілік эталонның үлгісі ретінде платина-иридийлік №26 гирьлер түріндегі килограмм бірлігінің көшірме-эталоны қызмет атқарады.
Өзінің метрологиялық қолданымы бойынша екінші реттік этолондар: 1) көшірме-эталондарға; 2) салыстыру эталондарына; 3) куә-гер-эталондарына; 4) жұмысшы эталондарына бөлінеді.
Көшірме-эталоны – бірліктерді сақтау және оның мөлшерін жұмысшы эталондарға беруге арналған екінші реттік эталонды көрсетеді. Онда әрдайым Мемлекеттік эталонның физикалық көшірмесі болмауы мүмкін.
Салыстыру эталоны – бір-бірімен тікелей салыстырыла алмай-тын эталондарды салыстыру үшін пайдаланылатын екінші реттік эталон.
Салыстыру эталоны ретінде вольттің Мемлекеттік эталонын өлшемдік пен салмақтың Халықаралық бюросымен салыстыру үшін қолданылатын қалыпты элемент топтары қызмет атқара алады.
Куәгер-эталон - Мемлекеттік эталонның бұзылмауын тексеру үшін және жоғалған немесе құртылған жағдайда оны ауыстыру үшін қолданылатын екінші реттік эталон болмаған жағдайда ғана қолданылады.
Жұмысшы эталон – бірліктердің сақталуын және оның мөлшерін жоғары дәлдікпен және қажет болған ең жоғары өлшемдіктерге және өлшеу аспаптарына беру үшін қолданылады.
Мемлекеттік эталондар әрқашан бірліктерді туындатуды және қажет болғанда оны сақтауды, сонымен қатар екінші реттік эталонға бірліктердің мөлшерін беруді қамтамасыз ететін өлшеу құрал-жабдығының кешені түрінде және қосымша эталондар түрінде беріледі.
Екінші реттік эталондар: а) өлшеу құрал жабдығының кешенінен; б) жеке эталондардан; в) эталон топтарынан; г) бірінші реттік эталондардан тұрады.
Жеке (дара) эталон басқа құрал–жабдықтың көмегінсіз бірлікті туындатуды және оны сақтауды жабдықтайтын бір ғана өлшемдіктен немесе бір ғана өлшеу аспабынан, немесе бір ғана өлшеу қондырғыдан тұрады.
Жеке эталонның қызметін платина–иридийлі және болат гирь тү-ріндегі килограммның массалық бірлігі атқарады.
Топтық эталондар бірліктердің сақталуының сенімділігін арт-тыру үшін қолданылатын бір типті өлшемдіктерден, өлшеу аспаптарынан және басқа құрал–жабдықтардың жиынтығынан құралады.
Топтық эталондардың қызметін 20 бірқалыпты элементтерден тұратын вольттің көшірме эталоны атқарады.
Эталон жинағы өлшенетін шаманың әр түрлі аймағына немесе мәндеріне арналған жеке өлшемдіктер немесе өлшеу аспаптарының жинағымен бірлікті сақтайтын немесе белгілі бір шектікте шаманы өлшей алатын өлшемдік немесе өлшеу аспаптарының жинағы түрінде беріледі.
Эталон жинағы әр түрлі бөліктерде анықтау қызметін атқаратын денелердің жинағы түрінде сұйықтық тығыздығы бірлігінің жұмысшы эталонына жатады.
Топтық эталондар сияқты эталондар жинағының тұрақты және айнымалы құраушылары болуы мүмкін.
Электрлік тоқ күші бірліктерінің эталоны.
ІХ Бас конференцияның қаулысына сәйкесті өлшемдік пен салмақ бойынша ампердің анықтамасы: “Ампер – бұл вакуумде бір–бірімен 1м қашықтықта орналасқан шексіз ұзын және өте аз дөңгелек қималы, екі параллель орналасқан өткізгіштер бойымен өзгермейтін тоқ күші өткенде, осы өткізгіштердің арасынан, олардың ұзындықтарының әрбір метріне 
-7 Н тең болатын күш пайда болады”. Ампердің осы анықтамасының негізінде тоқтардың өзара әсерлесуі туралы Ампер заңы қолданылады.
Бұл анықтама бірліктің мөлшерін тек теориялық түрде көрсетеді. Тоқ күшінің бірлігін туындатуға тоқтық таразы деп аталатын құрылғы кеңінен таралған. Себебі, бұл құрылғыда соленоид түріндегі екі өткізгіштің өзара әсерлесуі гирьдің салмағымен теңдеседі.