Метрология и стандартизация / Rossiyskaya metrologicheskaya entsiklopediya. Tom 1 (Okrepilov) 2015

Масса как физическая величина

Масса– этофизическаявеличина, характеризующая инерционные и гравитационные свойства материи. Она являетсянеотъемлемыматрибутомлюбоговидаматерии.

Массойобладаютиэлементарныечастицы– порядка 10-30 кг, икосмическиеобъекты, такиекакнашаГалактика – порядка 1040 кг [1, 2].

Впервые понятие массы тела в физику ввел И. Ньютон как величину, пропорциональную количеству вещества, содержащегося в нем.

Однако это определение подходило только к однородным телам, состоящим из одного типа вещества.

МассуможнобылоопределятьизвторогозаконадинамикиИ. Ньютонакаккоэффициентпропорциональностимежусилойf, приложеннойктелу, иегоускорением

Измерив ускорения тел и зная массу одного из них, можно рассчитать массу второго тела.

В законе всемирного тяготения, открытого также И. Ньютоном, масса выступает в роли источника гравитации. Любое тело создает гравитационное поле, пропорциональное его массе. В частности, вес тела P в гравитационном поле Земли выражается формулой

где g – ускорение свободного падения в гравитационном поле Земли.

Уравнение(1) определяет«инерционную» массу, ауравнение(3) – такназываемую«тяжелую» массу. Естественно, возникаетвопрососоотношениимеждуними. Сразупосле опубликования И. Ньютоном своего знаменитого труда «Математическиеначаланатуральнойфилософии» физики разныхстранивразныевремена, включаясамогоИ. Ньютона, стали проводить эксперименты по подтверждению эквивалентности инерционной и тяжелой масс. В 1971 г. российскиефизикиВ.Б. БрагинскийиВ.И. Пановдоказали справедливость принципа эквивалентности с наивысшей точностью1.10-12 [2]. Послеэтогопринципэквивалентности неподвергалсяэкспериментальнойпроверке.

ВспециальнойтеорииА.Энштейнамассаужеперестает бытьпостояннойприскоростях, близкихкскоростисвета c 3.105 км/ч. В релятивистской физике масса теряет свойство аддитивности, когда масса суммы частиц не равнасуммемассотдельныхчастиц. Дефектмассыобусловленэнергиейсвязимеждучастицамивсоответствии со знаменитой формулой Энштейна

Метрология массы относится к обычным массам в рамках классической механики. Диапазон массы, который можно считать метрологически обеспеченным, составляет от 10-11 до 107 кг.

Единицы измерений

11 сентября 1918 г. в России был принят декрет Народных комиссаров «О введении международной метрической десятичной системы мер и весов». Копия Международного прототипа №12 была принята за один из «образцов» основных единиц метрической системы. С 1922 г. Международная система единиц (SI) стала обязательной. Старые русские меры массы, такие как «золотники», «фунты» и «пуды», были отменены.

ВМеждународнойсистемеединицзаединицумассы принята масса Международного прототипа килограмма (рис. 1), поверхность которого очищена определенным способом, хранящегося в Международном бюро мер и весоввСевре, предместьеПарижа. Онимеетобозначение «KI» и представляет собой прямой цилиндр диаметром и высотой, равными 39 мм, изготовленный из сплава платины и иридия с весовыми долями 90% и 10%, соответственно. Этот сплав обладает химической инертностью, высокой твердостью и износоустойчивостью. Он имеетотносительномалыйкоэффициенттемпературного расширения, большуюплотностьиобладаетпарамагнитными свойствами.

Историческая справка

Фирмой «Маттей, Джонсон и К» в 1889 г. были изготовлены 43 копии килограмма «KI» из того же плати- но-иридиевогосплава. ПорешениюпервойГенеральной конференцииМеждународногокомитетамеривесов(ГК

гдеmB иmA – массасличаемойиисходнойэталонных гирь;

ρa и ρc – плотность окружающего воздуха и плотность гири для юстировки чувствительности компаратора;

∆VBA – разность объемов сличаемой и исходной эталонных гирь;

∆IBA – среднее арифметическое из n измеренных на компараторе значений разности массы сличаемой и исходной эталонных гирь.

Передачуединицымассывобластьменьше1 кгпроизводятметодомделения, вобластьболее1 кг– методом умножения [2].

Калибровку наборов из состава вторичных эталонов проводят отдельно для каждой декады гирь. Номинальные массы гирь в каждой декаде имеют соотношение 5:2:2:1. При этом наименьшая гиря старшего (предыдущего) разрядаслужитисходнымэталономболеемладшего(последующего) разряда. Исходнымэталономсамого старшего разряда служит эталон-копия национального прототипакилограмма. Типоваясхемакалибровкиодновременнодвухнаборовгирьмассойот1 до500 гдлядвух старших декад имеет следующий вид:

m1 (100)− m2 (100)= ∆I8 + v8

Соответствующая системе уравнений (6) структурная матрица А имеет вид

Системауравнений(6) вматричнойформеимеетвид

I = AX + V, (7)

где I – вектор измеренных параметров;

X – вектор неизвестных параметров;

V – вектор остаточных погрешностей.

Измерениявкаждойдекадевыполняются, какправило, на одном компараторе, поэтому измерения являются равноточными c дисперсией S2.

Рис. 2. Государственный первичный эталон единицы массы. Копии килограмма № 12 и № 26. Эталонный компаратор массы фирмы «Сарториус»

Измеренные параметры характеризуются матрицей дисперсий D.

Она имеет вид D = S2E (E – единичная матрица). В этом случае решение уравнения (5) имеет следую-

В результате решения простой системы уравнений находят неизвестные значения массы гирь калибруемых наборов. Аналогично находят массы гирь остальных декад наборов. При этом в каждой младшей декаде исходным эталоном будет младшая гиря старшей декады.

Рис. 3. Результаты сличений национального прототипа килограмма с Международным прототипом

Международные сличения

Государственныйпервичныйэталонединицыпроходилсличениясэталонамидругихнациональныхметрологических институтов с помощью транспортируемых эталоновврамкахключевыхсличенийКонсультативного комитета и технического комитета КООМЕТ по массе и другим, связанным с ней величинам.

ПодтверждениемзаявленнойточностиГПЭединицы массыРоссииявляютсярезультатымеждународныхключевых сличений, перечисленных в таблице 1.

Литература

1.Завельский Ф.С. Масса и ее измерение. – М.: Атомиздат, 1974.

2.M. Kochsiek, M. Glaser. Comprehensive Mass Metrology. – WILEY-VCH, 2000.

3.Брагинский В.Б., Панов В.И. Проверка принципа эк-

вивалентности инертной и гравитационной масс // Журнал экспериментальнойитеоретическойфизики. – 1972. – №34.

4.КаменскихЮ.И., СнеговВ.С. Современноесостояние государственного первичного эталона единицы массы //

Измерительная техника. – 2009. – № 6.

В.С. Снегов, Ю.И. Каменских, В.И. Богданова

Историческая справка

Измерениямисилывнашейстраненачализаниматься с 1927 г. В Горьковской палате мер и весов, в период с 1927 по1928 гг., проводилисьиспытанияцепейиканатов на прочность. В 1929 г. в г. Горьком была организована лаборатория по испытанию машин и механических свойств материалов.

СозданиемеханическойлабораториивоВсесоюзном научно-исследовательском институте метрологии относится к 1933–1934 гг. Задачей лаборатории ставилось создание эталонной и образцовой аппаратуры для испытаний материалов (определения основных характеристикметаллов). Работамитогдаруководилпрофессор В.П. Петров.

Косновномуоборудованиюмеханическойлабораторииотносились: образцовыйстационарныйдинамометр; рычажная силоизмерительная машина; эталонная установка непосредственного нагружения до 3 т.с. для испытанийматериаловпоБринеллю; образцовыеприборы Роквелла, Викерса; наборы образцовых динамометров

и масс доз на растяжение и сжатие до 500 т. В то время единственная в СССР рычажная силоизмерительная машинапередаваларазмерединицысилыдинамометрам до 50 т.с. с погрешностью 0,2% для всей промышленности. Эта машина была изготовлена в Германии фирмой «Фриш и Модергафф». В годы войны она была эвакуирована в г. Свердловск.

В1935 г. вМосковском институте мериизмерительных приборов открылась механическая лаборатория, в которой стали заниматься исследованиями в области измерения силы.

ВоВНИИМв1940 г. быланачатаразработкапроекта эталоннойустановкидо100 т.с. (ЭУ-100), нововремяВеликой Отечественной войны работы были прерваны [1].

Дальнейшее развитие область измерений силы получила в послевоенные годы. Горьковским экспере- менталоно-конструкторским бюро (ЭКБ) под руководством Н.Г. Токаря была создана серия оригинальных образцовых динамометров на различные нагрузки от 3 до 2000 т.с. с погрешностью 0,3–0,5%. Горьковским ЭКБ также были созданы две рычажные образцовые

силоизмерительные машины до 50 т.с. с погрешностью 0,1%. Одна из этих машин была установлена в г. Риге, вторая – в г. Горьком.

В1951–1953 гг. в Московском государственном институте мер и измерительных приборов были созданы гидравлическиеобразцовыесилоизмерительныемашины до50 т.с. спогрешностью0,2%. КромеМосквыимибыли оснащеныХарьковскийиНовосибирскийинституты[2].

Во ВНИИМ им. Д.И. Менделеева в 1949 г. была создана эталонная установка ЭУ-10 до 10 т.с. [3]. Работы по созданию эталонной установки ЭУ-100 были возобновлены в 1950 г., она была изготовлена и в 1967 г. установлена во ВНИИМ им. Д.И. Менделеева [4, 5]. С 1949 по1967 гг. работамипосозданиюЭУ-100 исредств измеренийсилыруководилС.А. Смолич, аисследованием ЭУ-100 и созданием образцовых динамометров 1-го разряда с 1968 по 1977 гг. – Л.М. Максимов.

Крометого, впериодс1967 по1970 гг. былисозданы еще две эталонные установки: ЭУ-0,02 до 20 кг.с. и ЭУ- 0,5 до 500 кг.с.

После проведения исследований Государственным комитетомСССРпостандартамв1972 г. былутвержден Государственный первичный эталон единицы силы, в составкотороговошливсечетыреэталонныеустановки.

С1955 г. воВНИИМим. Д.И. Менделееваначалипроводитьсяисследования, цельюкоторыхбылосозданиеобразцовых динамометров 1-го разряда с оптической системой отсчетадляпередачиразмераединицысилыотэталонной установки ЭУ-10. Диапазон измерений силы этими дина- мометрамисоставлял1–10 т.с., погрешность– 0,1%.

В1967 г. была изготовлена серия динамометров 1-го разряда с диапазоном измерений 10–100 кН [6].

С1978 г. во ВНИИМ им. Д.И. Менделеева были начатыработыпорасширениюдиапазонавоспроизведения силыдо5 МН. Кромеэтого, с1986 г. началисьработыпо созданиюэталонныхдинамометровдляповышенияточностипередачиразмераединицысилыотГПЭ. В1988 г. был создан эталонный динамометр до 1 МН с погрешностью 0,01%. А в период с 1990 по 1993 гг. создан ряд эталонных динамометров до 500 кН с погрешностью 0,01%. В1996 г. былсоздандинамометрсжатиядо5 МН

спогрешностью 0,03%.

С2009 г. во ВНИИМ им. Д.И. Менделеева были начаты работы по созданию компараторов силы для повышения точности и увеличения диапазона передачи размера единицы силы от ГПЭ.

В2012 г. приказом Росстандарта был утвержден в новом составе Государственный первичный эталон единицы силы ГЭТ32-2011. Диапазон передачи размера единицысилыбылувеличендо9 МН. Метрологические характеристики ГЭТ32-2011 соответствуют мировому уровню и подтверждены результатами международных ключевых сличений.

Внастоящее время ведутся работы по увеличению точности передачи размера единицы силы.

Физические основы измерения силы

Сила– векторнаяфизическаявеличина, являющаяся мерой воздействия на данное тело других тел, а также

полей. Приложеннаяктелусилаявляетсяпричинойизмененияегоскоростииливозникновениявнемдеформаций инапряжений. Силакаквекторнаявеличинахарактеризуетсямодулем, направлениемиточкойприложениясилы.

За силу в 1 ньютон принята сила, под действием которой тело массой 1 кг изменяет свою скорость на 1 м/с за 1 секунду [7].

Абсолютное значение силы определяется из уравнения, котороевсоответствиисовторымзакономНьютона

Для обеспечения единства измерений применяется государственный первичный эталон (ГПЭ) единицы силы. Размер единицы силы воспроизводится ГПЭ и передаетсярабочимсредствамизмеренийвсоответствии спринципами, изложеннымивгосударственнойповерочной схеме ГОСТ Р 8.663-2009. Принцип действия ГПЭ заключается в воспроизведении силы тяжести, с учетом выталкивающей силы окружающего воздуха согласно уравнению измерений:

ρ гдеm – массамерысилы; g – ускорениесилытяжести; B – плотностьвоздуха; ρM – плотностьмерысилы[3]. Высота, на которой размещаются эталонные грузы над землей, в уравнение измерения не входит. Распределение эталонных грузов по высоте в существующих установкахвноситсистематическуюпогрешностьнеболее 1,4·10-6 за счет изменения величины ускорения силы тяжести. Рассматриваемый метод определения силы в настоящеевремяявляетсянаиболееточным, ноосуществление этого метода имеет ряд серьезных недостатков.

Диапазонвоспроизведениясилыустановками, входящимивГПЭединицысилы, составляетот10 Ндо1 МН. Создание эталонных установок с верхним пределом более 1 МН требует большой металлоемкости, стоимости, сложности эксплуатации и ремонта. Кроме того, с увеличением верхнего предела увеличиваются динамические погрешности. Это вызвано тем, что увеличение массыэталонныхгрузовивысотыэталоннойустановки снижает частоту резонансных линейных и угловых колебаний, что приводит к совпадению их с колебаниями почвы Земли. А колебание поверхности Земли имеет широкийспектр частот от5·10-2 до1·102 Гц. Кроме того, чем меньше частота, тем больше амплитуда колебаний (при 1·10-1 Гц амплитуда достигает 1·103 мкм) [8], чем больше амплитуда, тем легче вызвать резонансные колебания эталонной установки.

Создание эталонных установок высокой точности с целью расширения диапазона в меньшую сторону от 1·10-1 до 1·10-6 Н путем создания сил взаимодействия отдельных малых масс с гравитационным полем Земли представляет существенные трудности, вызванные:

–относительнобольшимипогрешностями, возникающими при суммировании малых мер силы;

–дискретностьювоспроизводимойсуммарнойсилы, которая не может быть обеспечена достаточно малой;

–наличием инородных тел на грузах, приводящим к большой относительной погрешности;

–динамическимисилами, возникающимивпроцессе градуировки, достигающими значений, соизмеримых с воспроизводимой силой;

–сложностьюизготовленияконструкциималоймассы, крепления мер сил со средством измерений.

Связь силы с физическими константами

Сила Казимира представляет интерес, так как современное развитие метрологии характеризуется широким использованием макроскопических квантовых эффектов и фундаментальных физических констант. Эта сила выражается через постоянную Планка h, скорость света с, а также характерные геометрические параметры телинесодержит масс, зарядов илидругих констант связи.

В простейшем случае между двумя идеально проводящими (металлическими) плоскопараллельными пластинами площадью S, находящимися на расстоянии r, друг от друга, действует казимировская сила [9]:

Выражение(3) справедливоприусловии, чтоr<< S .

Методы и средства измерений силы

Приизмерениисилыразмерединицыпередаетсядинамометруврезультатеегоградуировкинаэталонеболее высокогоразряда. Вэтомслучаединамометрзапоминает ихранитразмерединицысилы. Времяхранениязависит от стабильности динамометра. По отградуированной шкале динамометра определяют размер единицы силы силовоспроизводящих машин.

При передаче размера единицы силы динамометру или от динамометра внешняя сила F в нем уравновешивается внутренними упругими силами (реакция динамометра С·l, где С – размерный коэффициент (жесткость динамометра); l – деформация упругого элемента). Жесткость С упругого элемента динамометра определяется экспериментально. Стабильность показаний динамометра существенно зависит от стабильности С.

В современных динамометрах для преобразования входного сигнала в выходной служат, в основном, преобразователи деформации в электрический сигнал. При градуировке таких динамометров экспериментальным путем определяют зависимость выходного сигнала от силы, действующей на динамометр.

Существующая поверочная схема (ГОСТ Р 8.6632009) устанавливаетобщиепринципыпередачиразмера единицы силы от государственного первичного эталона к рабочим эталонам и от них – рабочим средствам измерений. Диапазон воспроизведения и измерений силы с различной степенью точности очень широк (от 10 Н до 50 МН).

Методы и средства измерений силы нашли широкое применение при определении механических характеристик различных материалов, измерений силы тяги

двигателей, при прочностных исследованиях судовых и строительных конструкций, в различных видах испытательного оборудования и во многих других областях.

Методы и средства воспроизведения единицы силы и их метрологические характеристики

Внастоящее время существует множество методов воспроизведения единицы силы, но в практику внедрены, в основном, метод непосредственного нагружения силойтяжестииметодумножения. Эталонныеустановки реализующие эти методы, служат для воспроизведения

ипередачи размера единицы силы. К таким установкам относятся гидравлические и рычажные системы. В последнее время популярность приобретают гидравлические машины «компараторного типа», в которых в качествеосновногоизмеряющегоэлементаприменяется эталонный динамометр.

Средства воспроизведения единицы силы являются основными звеньями поверочной схемы по ГОСТ Р 8.663-2009, которую возглавляет государственный первичный эталон, – установки непосредственного нагружения. Силоумножающие установки являются силовоспроизводящими машинами 1-го разряда.

Принцип взаимодействия массы с гравитационным полемЗемлипринятоназыватьметодомнепосредственного нагружения силой тяжести. Этот метод заложен в основупостроения эталоновединицы силы каквнашей стране, такизарубежом. Основныедостоинстваметода

–высокаяточностьиширокийдиапазонвоспроизведения единицы силы. В настоящее время диапазон составляет

10-2 Н – 4,5 МН.

Размер единицы силы как в нашей стране, так и за рубежом воспроизводится централизованно, т. е. национальными первичными эталонами. В основу работы эталонов единицы силы положены высокостабильные физические явления, гарантирующие высокую точность. При использовании системы централизованного воспроизведения физической величины упрощаются операции передачи размера единицы силы, выполняемые территориальными и ведомственными службами, повышается надежность единства и достоверность измерений. Это объясняется тем, что хранением размера единицы силы, исследованием эталонной базы с целью ееусовершенствования, повышениемкачествапередачи размера единицы силы от первичного эталона занята головная организация в стране.

ВРоссиивсоответствиисповерочнойсхемой(ГОСТ Р 8.663-2009) размер единицы силы передается силовоспроизводящим машинам 1-го разряда путем сличения с государственным первичным эталоном. Допускаемые значения доверительных границ относительной погрешности силовоспроизводящих машин составляют:

до 1 МН – 0,01%; до 3 МН – 0,05%; до 9 МН – 0,15%.

Размер единицы силы от силовоспроизводящих машин 1-го разряда передается динамометрам 2-го разряда путем прямых измерений. Эта работа распределена по регионам страны и осуществляется центрами стандартизации и метрологии.

Особенности передачи размера единицы силы

В отличие от многих механических величин сила – величинавекторная. Этуособенностьнеобходимоучитыватьприпередачеразмераединицысилы. Динамометры, с помощью которых производится передача размера этой физической величины, следует устанавливать так, чтобы их ось чувствительности совпадала с вектором измеряемойсилы. Есливекторсилынесовпадаетсосью чувствительности динамометра, то появляется боковая составляющаяизмеряемойсилы, искажающаяееистинное значение. Изменение направления вектора измеряемойсилыотносительноосичувствительностиособенно заметно при применении динамометров сжатия. Для исключения или уменьшения влияния боковых составляющих необходимо уделять особое внимание месту контактадинамометрассилоподводящимиустройствами машин. В настоящее время для повышения точности передачи размера единицы силы от государственного первичного эталона силовоспроизводящим машинам 1-го разряда разработаны компараторы, которые имеют дополнительные каналы, для контроля боковых составляющихизмеряемойсилы, атакжедлявоспроизведения условийнагружениянаустановкегосударственногопервичного эталона и в силовоспроизводящей машине 1-го разряда. Применение данных компараторов позволило повысить точность передачи размера единицы силы в несколько раз.

Один из важных факторов, которому необходимо уделять внимание при передаче размера единицы силы

– появление дополнительных погрешностей вследствие изменения условий окружающей среды. Градуировка компараторов для передачи размера единицы силы или динамометра должны проводиться при тех же условиях, при каких предается размер единицы силы. Если условия передачи отличаются, то необходимо вносить поправки в показания средств измерений из-за влияния окружающей среды.

Литература

1.100 летгосударственнойслужбемеривесоввСССР. –

М., 1945.

2.Метрологическиеработыза40 лет// ТрудыВНИИМ. – 1958. – Вып. 33 (93).

3.Максимов Л.М., СмоличС.А. Эталонединицысилы//

Измерительная техника. – 1967. № 11.

4.ВНИИМ. – Изд. «Энергия», Ленинградское отделе-

ние, 1967.

5.Имени Менделеева. – М.: Изд-востандартов, 1984.

6.Маликов М.Ф. Основы метрологии. – М.: Коммерприбор, 1949.

7.Физическая энциклопедия / Под ред. А.М. Прохоро-

ва. – М., 1994.

8.Синельников А.Е. Низкочастотные линейные акселерометры, методы и средства поверки и градуировки. – М.: Изд-во стандартов, 1979.

9.Casimir H.B.G. Proc. Kon. Ned. Acad. Wet. – 1948. №2.

C.А. Семенов, Д.В. Андреев

твердости, на методику поверки алмазных наконечников длятвердомеров. СовместносНИИдругихведомствбыли разработаныстандарты, регламентирующиетехнические требованияктвердомерам, образцовыммерамтвердости и алмазным наконечникам.

Начинаяс1980 г. островсталвопрососовершенствовании эталонной базы. Так, в 1980 г. с введением в действие ГОСТ 8.064-79 был поднят верхний предел шкалы РоквеллаHRA с88 HRA до93 HRA, чтобылопродиктовано необходимостью измерений твердости твердых сплавов. В 1984 г. с введением ГОСТ 8.516-84 была создана УВТ для воспроизведения шкалы динамической твердости металлов по Шору D. В 1985 г. с введением в действие ГОСТ8.062-85 былподнятверхнийпределизмеренийгосударственногоспециальногоэталонапошкаламБринелля ГЭТ33-85 (ученый-хранительС.П.Барабанов) с450 НВдо 650 HBW, что стало возможным благодаря замене стальных шариковых инденторов на твердосплавные.

В1998 г. лабораторию возглавил к.т.н. Э.Г. Асланян, который взял курс на усовершенствование и создание новых государственных эталонов твердости с целью автоматизациипроцессаизмеренийдляисключениясубъективнойпогрешностиизмеренийоператора, повышения точностиизмеренийнаэталонныхприборах, увеличения стабильности и достоверности результатов, повышения производительности поверочных и калибровочных работ. Первым был автоматизирован государственный эталонтвердостипошкаламРоквеллаиСупер-Роквелла ГЭТ30-94 (ученый-хранитель, к.т.н. Э.Г.Асланян). Микроскоп с номинальной ценой деления 0,3 мкм, с помощью которого оператор измерял глубину внедрения наконечника, былзамененрастровымдлинномеромЦД1-МВТУ, с погрешностьюизмерений0,026 мкмивходящимвсостав измерительногокомплекса, управляемогоперсональным компьютером. В2001 г. воВНИИФТРИбылсозданэталон динамической твердости – государственный первичный эталонтвердостиметалловпошкалеШораD ГЭТ161-01 (ученый-хранитель, к.т.н. Н.С. Гусятинская) сполностью автоматизированнымпроцессомизмерений. В2007 г. был введен в строй усовершенствованный государственный первичный эталон твердости металлов по шкалам Виккерса ГЭТ 31-2007 (ученый-хранитель В.А.Пивоваров),

всостав которого впервые вошла эталонная установка микротвердости. Микроскоп для измерения диагоналей отпечатка был заменен на автоматизированный измерительный комплекс, позволяющий осуществлять процесс измерений путем переноса изображения отпечатка с помощью цифрового фотоаппарата на персональный компьютер с последующей автоматической обработкой данных. Через три года эталон ГЭТ 31-2010 был усовершенствован с целью расширения диапазона нагрузок в области микротвердости до 0, 0098 Н (1гс).

Впериодс2012 по2014 гг. сотрудникамиВНИИФТРИ был создан новый эталон в области наноиндентирования – Государственный первичный эталон твердости по шкаламМартенсаишкаламиндентированияГЭТ211-2014 (ученый-хранитель, к.т.н. Асланян А.Э.). Необходимость

всоздании эталона и обеспечении единства измерений в областинаноиндентированияобусловленаразвитиемновыхтехнологий, вкоторыхнаноиндентированиеявляется единственнымуниверсальныминструментомопределения

закономерностеймеханическогоповеденияматериаловв нанообъемах, тонких приповерхностных слоях и пленках. Созданный эталон обеспечит потребности страны

визмерениях твердости изделий в таких отраслях как атомная и электронная промышленность, оборонный и авиа-космический комплекс, медицина. Основной вклад

всоздание эталона внесли Асланян Э.Г., Асланян А.Э., Гаврилкин С.М., Темницкий И.Н. и Юрьев Б.В.

Одновременно с введением в строй новых и усовершенствованных эталонов твердости, а также с разработаннойд.т.н. А.С. Дойниковымконцепциейоботнесении шкал твердости к шкалам порядка (неприменимость к шкалам твердости понятия «единица измерения», среднее арифметическое значение», «среднеквадратическое отклонение»; для шкал твердости корректно принятие за результат измерения медианы, а неопределенность должна определяться размахом), разрабатывалась нор- мативно-техническаядокументациинагосударственные поверочные схемы и на методы и средства измерений твердости.

Кнастоящемувременивведенывдействиемежгосударственныестандартынагосударственныеповерочныесхемы для средств измерений твердости по шкалам Роквелла и Супер-Роквелла(ГОСТ8.064-94), ШораD (ГОСТ8.516-01), Виккерса(ГОСТ8.063-2012). ВзаменГОСТ8.335-78 «Меры твердости образцовые. Методы и средства поверки» разработан межгосударственный стандарт «Меры твердости эталонные. Методы поверки». Гармонизированы международные стандарты ИСО: на метод твердости Виккерса ИСО 6507 (части 1, 2, 3, 4) и на метод инструментального индентированияИСО14577 (части1 и2).

Начиная с 2000 г. лаборатория измерений твердости ВНИИФТРИ была участником ключевых сличений по линии ССМ/BIPM и КООМЕТ национальных эталонов твердости по шкалам Бринелля, Виккерса и Роквелла. Подтверждениемвысокихметрологическихитехнических характеристикгосударственныхэталоновтвердостиРоссии намеждународномуровнеявилосьопубликованиенасайте BIPM калибровочныхвозможностейФГУП«ВНИИФТРИ»

вобластиизмеренийтвердостиввидеСМСтаблиц(9 строк).

ПерспективыразвитиялабораторииизмеренийФГУП «ВНИИФТРИ»:

1.Создание нового Государственного первичного эталонатвердостипошкаламРоквеллаиСупер-Роквелла путем полной замены устаревшей установки ГЭТ 30-94 на современный эталонный твердомер непосредственного нагружения с измерением глубины отпечатка с помощью лазерного интерферометра.

2.Создание Государственного первичного эталона твердостипошкалеЛейбадляобеспеченияединстваизмеренийвобластидинамическойтвердостипометодуЛейба.

3.Создание Государственного первичного эталона твердостирезиныипластмассдляобеспеченияединства измерений.

4.Развитие направления наноиндентирования:

–исследование механических свойств материалов

вобъемах от 10 нм3 до 10 мкм3, исследование пленок и слоев толщиной от 50 нм до 1 мкм;

–исследованиепоприменениюнаноиндентирования дляизмерениямодуляупругостиидругихфизико-меха- нических характеристик твердых тел.

Литература

1. Современные метрологические проблемы физикотехническихизмерений/ Подред. В.К. Коробова. М.: Изд-во стандартов. 1988. С. 320.

2.БондареваВ.Ф., АсланянЭ.Г. Обупругомравновесии двухслойноговесомогополушара. Измерениямеханических свойствматериалов. Сборникнаучныхтрудов. М.: ВНИИФ-

ТРИ, 1983. С. 58–62.

3.Кочин О.М., Асланян Э.Г., Козлов В.И. и др. Совер-

шенствование государственного эталона единиц твердости по шкалам Роквелла и Супер-Роквелла. – Методы и средства определения твердости материалов и изделий // Материалы Всесоюзной науч.-техн. конференции. Иваново. 1990. С. 162–167.

4.Асланян Э.Г., Балаханов М. В., Гусятинская Н.С. и

др. Новый государственный первичный эталон твердости металлов по шкале твердости Шора D / Измерительная техника. М., 2002. № 3. С. 3–6.

5.АсланянЭ.Г, ДойниковА.С. Овыражениинеопределенностирезультатовизмеренийтвердости. Законодательнаяи прикладная метрология. М., 2002. № 4. С. 38–40.

6.АсланянЭ.Г. Метрологическоеобеспечениеизмерений твердости/ Измерительнаятехника. М., 2005. №1. С. 45–50.

7.Aslanyan E., Krasowski P. Necessity of Russian nanoindentation standard base development, IMEKO 2010 TC3, TC5 and TC22 Conferences Metrology in Modern Context, Pattaya, Thailand, 2010, p. 199–200.

8.Асланян Э.Г. , Пивоваров В.А., Асланян А.Э. и др. Го-

сударственный первичный специальный эталон твердости металлов по шкалам Виккерса // Измерительная техника.

М., 2012. № 5. С. 3–8.

9.Aslanyan E., Herrmann K. Final report on COOMET Vickers PTB/VNIIFTRI key comparison (COOMET.M.H-K1.b and COOMET.M.H-K1.c), Metrologia. 2013, 50, Tech. Suppl., 07008.

10.Асланян А.Э., Асланян Э.Г., Гаврилкин С.М., Щи-

пунов А.Н. Исследование неоднородности мер твердости для передачи шкал Мартенса при наноиндентировании // Измерительная техника. 2015. № 1. С. 32–34.

Э.Г. Асланян