Метрология: от аршина до кванта

Ежегодно 20 мая отмечается Всемирный день метрологии – науки об измерениях 20 Май 2016, 14:00
20 мая 1875 года 17 стран, в числе которых была и Россия, подписали знаменитую Метрическую конвенцию. Так была создана Международная организация мер и весов, а 20 мая стало Всемирным днем метрологии – науки об измерениях. С развитием техники сегодня появляются уникальные технологии, которые открывают новые возможности в метрологии.

От аршина к метру

Метрологов разных стран впервые объединила в 1870 году Международная комиссия в Париже. Примечательно, что одним из инициаторов ее организации выступила Петербургская академия наук. Тогда впервые заговорили о введении метрической системы мер в различных странах, а также об изготовлении новых эталонов мер и их копий.
Спустя всего пять лет, 20 мая 1875 года, знаменитую Метрическую конвенцию (Metre Convention) подписали 17 стран, в числе которых была и Россия. Так была создана Международная организация мер и весов – первая международная научно-исследовательская лаборатория.

У нас в стране большую роль в становлении современной метрологии сыграл Дмитрий Менделеев. Период с 1892 по 1918 годы даже называют менделеевским этапом развития метрологии. Он возглавлял в Петербурге Главную палату мер и весов – многолабораторный метрологический институт. Ныне это Всероссийский научно-исследовательский институт метрологии им. Д.И. Менделеева. Сегодня здесь хранятся российский эталон длины, а также эталонные весы.

Но все же Менделееву не удалось внедрить в России метрическую систему. С 1899 года она применялась в России факультативно, наряду со старой русской и британской (дюймовой) системами. Международная метрическая система мер и весов официально была введена в 1918 году, уже в советской России.

Первые радиоизмерения

С введением метрической системы началось бурное развитие метрологии. Так, под руководством известного физика Михаила Бонч-Бруевича в 1918 году была создана Нижегородская лаборатория, которая стала первым НИИ в области радиоизмерений. Сегодня это Нижегородское научно-производственное объединение имени М.В. Фрунзе, входящее в КРЭТ.

Именно здесь были разработаны первые в стране радиоизмерительные приборы для измерения частот, первый отечественный генератор стандартных сигналов, а в 1935 году – первый ламповый вольтметр, допускавший измерение напряжения с частотой всего до нескольких сот килогерц.
На базе Нижегородской лаборатории позже был образован и Научно-исследовательский институт №11, нынешний Нижегородский научно-исследовательский приборостроительный институт «Кварц», также в составе КРЭТ. Сегодня это крупнейшее предприятие России по разработке и производству радиоэлектронной измерительной аппаратуры.

Квантовые технологии в метрологии

В наши дни одна из основных задач метрологии – это разработка системы эталонов нового поколения, в частности с использованием квантовых физических эффектов. В России эта задача реализована при создании единого эталона единиц времени, частоты и длины.

К примеру, единица времени (секунда) воспроизводится с помощью квантового эталона частоты. Секунда определяется интервалом, в котором укладывается 9 192 631 770 периодов колебаний излучения, соответствующего квантовому переходу между уровнями сверхтонкой структуры атома.
Эталон секунды
В стадии разработки в России находятся квантовые эталоны единицы переменного низкочастотного напряжения, единицы мощности на низких частотах, единицы постоянного тока, а также единицы массы.

Специалистами нижегородского «Кварца» был впервые создан рабочий образец квантового эталона напряжения. Этот новый прибор найдет свое применение в метрологических институтах, в центрах стандартизации, метрологии и испытаний. Кроме того, устройство может использоваться в аналогичных организациях зарубежных стран, метрологических лабораториях предприятий, а также в научных учреждениях и метрологических службах Минобороны.