計量論壇

標題: 長度計量基準 [打印本頁]

作者: csxfjsw123 時間: 2007-7-13 14:39
標題: 長度計量基準
長度計量基準是指以現(xiàn)代科學技術所能達到的最高準確度，保存和復現(xiàn)“米”的整套裝備。長度計量基準是各國之間和一個國家內(nèi)部統(tǒng)一長度單位的基準，也是保證量值準確和實現(xiàn)互換性的基礎。
“米”是長度計量的基本單位。
18世紀以前，世界各國各自規(guī)定長度單位，很不統(tǒng)一。18世紀末，法國科學院受法國國民議會委托，提出“米制”概念。它將通過巴黎天文臺的地球子午線長度的四千萬分之一定義為“米”。
1792～1798年，在西班牙的巴塞羅那和法國的敦刻爾克間進行三角測量，得出通過巴黎天文臺的地球子午線從赤道到地極點的距離，并以它的千萬分之一(相當于地球子午線的四千萬分之一)作為一米的長度，于1799年用鉑金制成橫截面積為25.3×4.05毫米的矩形端面基準米尺，米尺兩端面間的距離即為一米。它保存在法蘭西共和國檔案局，所以稱為“檔案米尺”，又稱，“阿希夫米尺”。
由于阿希夫米尺的本身和復現(xiàn)精確度都不高，1875年有20個國家參加的國際米制會議上決定，成立國際計量局并制造基準米尺。1888年，國際計量局從30根用鉑銥合金制成的尺子中選出與阿希夫米尺長度最接近的第六號米尺作為國際基準，此即“國際基準米尺”。其復現(xiàn)精確度可以達到千萬分之一。
1889年，第一屆國際計量大會正式承認并重新把“米”定義為：“在零攝氏度時，保存在國際計量局中的鉑銥米尺的兩中間刻線間的距離。”從此，“米”的定義由端面距離轉(zhuǎn)為刻線間距離。
但用刻線間距離來定義米也有缺點，如刻線質(zhì)量和材質(zhì)穩(wěn)定性等都會影響其尺寸穩(wěn)定性和復現(xiàn)精確度的提高，而且一旦毀壞，就再也無法復現(xiàn)。
1893年，美國物理學家邁克耳遜等用鎘紅線光波波長與鉑銥基準米尺對比，從而提供了用光波波長作為長度基準的可能性。1895年，第二屆國際計量大會確認鎘紅線光波波長為“米”定義的旁證。在1927年第七屆國際計量大會上，決定將鎘紅線在溫度為15℃，大氣壓力為101325帕和二氧化碳含量為O.03%的干燥空氣中的波長O.64384696微米，作為米的旁證基準，即1米＝1553164.13個旁證基準，而以國際基準米尺復現(xiàn)“米”的定義仍繼續(xù)保持不變。
1950年以后，由于同位素光譜光源的發(fā)展，出現(xiàn)了一些復現(xiàn)精確度高、單色性好的光源。這導致1960年的第十一屆國際計量大會通過以“氪-86的輻射光波長定義“米”的決定。這個“米”的定義是：“長度米等于氪-86原子在2P10和5D5能級之間躍遷時，其輻射光在真空中的波長的1650763.73倍。”同時宣布廢除1889年確定的米定義和國際基準米尺。這樣“米”在規(guī)定的物理條件下在任何地點都可以復現(xiàn)，所以也有稱之為自然基準的，其復現(xiàn)精確度可達二億五千萬分之一。
1960年出現(xiàn)了激光，由于它具有良好的單色性和復現(xiàn)精確度，導致1983年通過新的米定義，和宣布廢除以氪-86輻射光波長定義“米”的決定。
在1983年10月召開的第十七屆國際計量大會上，通過了現(xiàn)行“米”的定義：米是“光在真空中1/299792458秒的時間間隔內(nèi)所行進路程的長度”。
現(xiàn)行“米”定義的特點是，定義本身與復現(xiàn)方法分開，長度基準不再是某一種規(guī)定的長度或輻射波長，但它可以通過一些輻射波長或頻率來復現(xiàn)。因此“米”的復現(xiàn)精確度不再受米定義的限制,它將隨著科學技術的發(fā)展而相應地提高。
在機械制造中，應用得較多的基準輻射是碘、甲烷分子飽和吸收穩(wěn)頻的氦氖激光。它們的復現(xiàn)精確度，可高達一百億分之一，但這類輻射光源的頻穩(wěn)系統(tǒng)很復雜，在實際應用中是把它們的波長通過光波波長干涉儀等，傳遞給以蘭姆下陷法穩(wěn)頻的氦氖激光，再利用以此為基礎構成的激光量塊干涉儀和激光干涉比長儀，分別檢定一等量塊和基準線紋尺。

在中國，由上述基準輻射光源、光波波長干涉儀、激光量塊干涉儀和一等量塊等，組成的長度計量基準稱為端面長度國家基準；由基準輻射光源、激光干涉比長儀和基準線紋尺等組成的長度計量基準稱為線紋長度國家基準。國家基準復現(xiàn)的“米”的準確長度，按照國家規(guī)定的檢定系統(tǒng)通過檢定逐級或直接傳遞給工作中使用的、不同精度等級的長度測量工具。

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