Эталон времени (|mglku fjybyun)

Эталон времени или Эталон единицы времени — принятая наукой неизменная единица измерения времени, воспроизводимая первичным эталоном с наивысшей точностью и обеспечивающая хранение физической величины для передачи ее вторичным и рабочим эталонам^[1]. Единой общепринятой в мире эталонной единицей времени является секунда^[2].

Современные эталоны единицы времени воспроизводят одновременно и единицу частоты — герц. Их называют «Эталон единицы времени и частоты».

По назначению первичный эталон воспроизводит, хранит единицу времени и передает ее размер вторичным эталонам, которые являются не менее точными, но имеющими более широкий диапазон измерений. Вторичные эталоны передают размер единицы рабочим эталонам, а рабочие, в свою очередь передают копию размера менее точным эталонам и другим рабочим средствам измерения^[3]. Вторичные эталоны также несут функцию эталона-свидетеля, который служит для проверки сохранности и неизменности государственного эталона и его замены в случае порчи или утраты^[4].

Государственные эталоны создаются, хранятся и применяются центральными метрологическими научными институтами страны^[5].

Этапы развития

Измерения времени основаны на процессах, период которых должен быть постоянен с большой точностью. С древних времен процессом такого рода было вращение Земли вокруг своей оси. Секунда равнялась 1/86400 части солнечных суток. Определялось время суток по принципу наблюдения за каким-нибудь небесным объектом, его прохождения через плоскость меридиана того места, откуда велось наблюдение. Со временем оказалось, что под влиянием приливов и отливов, продолжительность земных суток была неравномерна и метод определения секунды был пересмотрен^[6].

Следующим процессом определения секунды стал более равномерный цикл времени — тропический год^[7]. Тропическим годом считался промежуток времени от весеннего равноденствия до следующего весеннего равноденствия. Единица времени стала 1/31556925,9447 части этого промежутка времени, а точность увеличилась почти в 100 раз^[2].

Благодаря этим исследованиям были придуманы маятниковые часы, а позднее кварцевые часы. Со временем лучшие кварцевые часы превзошли точность природного эталона и появилась потребность в более точных методах.

В 60-е годы 20 века был создан квантовый генератор, а вслед за ним создали молекулярный хронометр и совершили переход к атомному способу вычисления эталонной единицы. Благодаря этому точность эталонной секунды стала очень высокой — погрешность стала не больше одной миллиардной доли процента. Позднее эту погрешность удалось сократить еще в 100 раз^[8].

В 1967 году был реализован переход от астрономического времяисчисления к атомному. Единица времени получила новое определение, секунда — «интервал времени, в течение которого совершается 9192631770 колебаний, соответствующих резонансной частоте энергетического перехода между определенными уровнями сверхтонкой структуры основного состояния в атомах цезия-133»^[8].

Современные эталоны времени

Современный эталон единицы времени и частоты — сложный комплекс, в состав которого входят: цезиевые реперы частоты (генератора, дающего определенную частоту, воспроизводит размер секунды), водородные реперы частоты, водородные хранители частоты и шкал времени, цезиевый хранитель шкал времени, система формирования рабочей шкалы времени, радиооптический частотный мост, аппаратура измерения интервалов времени, аппаратура изменения частот, управляющая ЭВМ, приемно-регистрирующий комплекс системы внешних сличений, аппаратура сличения шкал времени через метеорные следы, аппаратура сличения шкал времени через навигационные станции, перевозимые квантовые часы, перевозимый лазер и система обеспечения эталона^[9].

Благодаря водородному хранителю, эталонные часы стали настолько точными, что имеют погрешность всего одну секунду за 700 лет работы без остановки^[10].

Сферы использования средств измерения времени и частоты^[11]:

Примечания

↑ ГОСТ 8.129-2013 Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ). Государственная поверочная схема для средств измерений времени и частоты (неопр.). Электронный фонд правовой и нормативно-технической документации. Архивировано 23 февраля 2019 года.
↑ ¹ ² Секунда (неопр.). Большая Российская энциклопедия. Архивировано 13 февраля 2019 года.
↑ Эталоны единиц величин (неопр.). Метрология. metrob.ru. Архивировано 13 февраля 2019 года.
↑ Эталоны классифицируют на первичные, вторичные и рабочие (неопр.). Studwood.ru. Архивировано 8 мая 2021 года.
↑ ГЭТ 1-98 Государственный первичный эталон времени и частоты и шкал времени в составе Единого эталона единиц времени, частоты и длины (неопр.). Журнал «Контрольно-измерительные приборы и системы».. Архивировано 13 февраля 2019 года.
↑ Анатолий Голубев доктор технических наук. В погоне за точностью: единый эталон времени - частоты - длины (неопр.). «Наука и жизнь» №12, 2009. Архивировано 13 февраля 2019 года.
↑ Фёдоров В. М. Межгодовые вариации продолжительности тропического года (неопр.). Доклады Российской Академии наук, 2013. – т. 451. - № 1, - с. 95–97.. Архивировано 9 мая 2021 года.
↑ ¹ ² Эталон единицы времени и частоты (неопр.). studopedia.su. (недоступная ссылка)
↑ Эталон (неопр.). Энциклопедия физики и техники. Архивировано 13 февраля 2019 года.
↑ Секунда. Эталон времени (неопр.). Информационный Канал Subscribe.Ru. Архивировано 13 февраля 2019 года.
↑ Состояние эталонной базы частотновременных измерений и перспективы её развития до 2020 г. (неопр.) ФГУП «Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений». Архивировано 13 февраля 2019 года.

Литература

Россовская В.А. Эталон времени / Под ред. проф. д-ра тех. наук Н. Х. Прейпича. — Ленинград: Всесоюзного научно-исследовательского института метрологии, 1941. — 44 с.
Время и частота (сборник статей), под редакцией Д. Джесперсена и других, перевод с английского. — Москва, 1973. — 213 с.
Фёдоров В. М. Межгодовые вариации продолжительности тропического года // Доклады Российской Академии наук. — 2013. — № 1. — С. 95–97.

[1] ГОСТ 8.129-2013 Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ). Государственная поверочная схема для средств измерений времени и частоты (неопр.). Электронный фонд правовой и нормативно-технической документации. Архивировано 23 февраля 2019 года.

[bigenc-2] ¹ ² Секунда (неопр.). Большая Российская энциклопедия. Архивировано 13 февраля 2019 года.

[3] Эталоны единиц величин (неопр.). Метрология. metrob.ru. Архивировано 13 февраля 2019 года.

[4] Эталоны классифицируют на первичные, вторичные и рабочие (неопр.). Studwood.ru. Архивировано 8 мая 2021 года.

[5] ГЭТ 1-98 Государственный первичный эталон времени и частоты и шкал времени в составе Единого эталона единиц времени, частоты и длины (неопр.). Журнал «Контрольно-измерительные приборы и системы».. Архивировано 13 февраля 2019 года.

[6] Анатолий Голубев доктор технических наук. В погоне за точностью: единый эталон времени - частоты - длины (неопр.). «Наука и жизнь» №12, 2009. Архивировано 13 февраля 2019 года.

[7] Фёдоров В. М. Межгодовые вариации продолжительности тропического года (неопр.). Доклады Российской Академии наук, 2013. – т. 451. - № 1, - с. 95–97.. Архивировано 9 мая 2021 года.

[studopedia-8] ¹ ² Эталон единицы времени и частоты (неопр.). studopedia.su. (недоступная ссылка)

[9] Эталон (неопр.). Энциклопедия физики и техники. Архивировано 13 февраля 2019 года.

[10] Секунда. Эталон времени (неопр.). Информационный Канал Subscribe.Ru. Архивировано 13 февраля 2019 года.

[11] Состояние эталонной базы частотновременных измерений и перспективы её развития до 2020 г. (неопр.) ФГУП «Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений». Архивировано 13 февраля 2019 года.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]