第一節(jié)長度的基準和標準

第一節(jié)長度的基準和標準第1頁，共18頁，2023年，2月20日，星期一一、長度的基本單位“米”的定義及其復現(xiàn)１、米定義的歷史演變

長度基本單位米定義的建立，經(jīng)歷了一個從自然基準到實物基準，又從實物基準到自然基準，最后發(fā)展為用物理常數(shù)來定義的演變過程。第2頁，共18頁，2023年，2月20日，星期一【米制的提出與復現(xiàn)】

1790年，法國科學院受法國國民議會委托，首次提出“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”。復現(xiàn)誤差0.2㎜第3頁，共18頁，2023年，2月20日，星期一【第一次國際米定義】

實物（線紋）基準，不確定度1.1×10-7國際基準米尺（米原器）：

1888年，國際計量局從31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Ⅳ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。定義：

1889年，第一屆國際計量大會正式承認并重新把“米”定義為：“在0℃時，尺的中性面上兩條刻線沿尺軸方向的長度為一米”。從此，“米”的定義由端面距離轉為刻線間距離。第4頁，共18頁，2023年，2月20日，星期一1889：表示國際米原器的截面第5頁，共18頁，2023年，2月20日，星期一【第二次國際米定義】

自然基準，不確定度2.5×10-8

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：“1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。【第三次國際米定義】

最新米定義，基準為基本物理常數(shù)。

第6頁，共18頁，2023年，2月20日，星期一２、最新米定義及其復現(xiàn)（1）定義：

1983年10月召開的第17屆國際計量大會,通過了現(xiàn)行的最新米定義是：“1m是光在真空中于（1/299792458）s的時間間隔內(nèi)所行進的路程長度”。第7頁，共18頁，2023年，2月20日，星期一（2）復現(xiàn)：定義的實現(xiàn)（實物化）,有三種復現(xiàn)方法。【飛行時間法】

根據(jù)式Ｌ=Ct，精確測出平面電磁波通過路程Ｌ的時間間隔t、光速值C給定，從而求得長度值Ｌ。用于天文、大地等測量工作的復現(xiàn)方法.【真空波長法】

用頻率為f的平面電磁波的真空波長來復現(xiàn)米。這個波長是通過測量平面電磁波的頻率f，然后應用關系式λ＝c/f得到的。用真空波長法復現(xiàn)米，在實際使用中仍可應用傳統(tǒng)的光波干涉法。用于實驗室計量測試工作的復現(xiàn)方法.【用于一般測量工作的復現(xiàn)方法】

直接應用國際米定義咨詢委會（CCDM）推薦的幾種穩(wěn)頻激光器的頻率值與波長值。要求：按推薦的波長值、使用條件、不確定度使用。

第8頁，共18頁，2023年，2月20日，星期一

1992年第8屆CCDM總結了穩(wěn)頻激光技術的進步，改善了5種（1982年第7屆CCDM推薦的）穩(wěn)頻激光輻射標準譜線的標準不確定度，并根據(jù)發(fā)展需要又增加了3種新型穩(wěn)頻激光輻射譜線作為復現(xiàn)米定義的標準輻射譜線。這8種穩(wěn)頻激光器是：①甲烷穩(wěn)頻3.39μm氦氖激光器②碘穩(wěn)頻576nm染料激光器③碘穩(wěn)頻633nm氦氖激光器④碘穩(wěn)頻612nm氦氖激光器⑤碘穩(wěn)頻515nm氬離子激光器⑥碘穩(wěn)頻543nm氦氖激光器⑦碘穩(wěn)頻640nm氦氖激光器⑧鈣束穩(wěn)頻657nm染料激光器1997年，12種2001年，13種第9頁，共18頁，2023年，2月20日，星期一中國計量科學研究院研制的波長標準~1983年，127I2飽和吸收穩(wěn)頻的633nm一種~1986年，CH4飽和吸收穩(wěn)頻的3.39m、127I2飽和吸收穩(wěn)頻的612nm、640nm共三種~1992年，127I2飽和吸收穩(wěn)頻的576nm一種~1999年，127I2飽和吸收穩(wěn)頻的543nm一種~2004年，13C2H2吸收穩(wěn)頻的1542nm一種~2005年，127I2飽和吸收穩(wěn)頻的532nm一種第10頁，共18頁，2023年，2月20日，星期一３、新米定義的特點（1）將米的定義與單位的復現(xiàn)方法這兩者分離。（2）新定義不僅廢除了長度計量的實物基準，而且還廢除了單一的長度計量基準。（3）新的米定義把真空中光速值C=299792458m/s作為一個固定不變的物理常數(shù)確定下來。光速值從此不再是一個物理學中可測量的量，而作為一個換算常數(shù)。（4）在目前條件下，米定義的改變不影響米作為基本單位的地位。這一特點使得目前通用的國際單位制不必作任何改變”。開放性：與復現(xiàn)無關廣泛性：各基準共存統(tǒng)一性：與時間單位第11頁，共18頁，2023年，2月20日，星期一二、長度基準【計量基準】有時亦稱最高標準，是在特定領域內(nèi)具有當代最高計量特性的標準，用以定義、實現(xiàn)、保持或復現(xiàn)量的計量單位，它是計量的最高依據(jù)。【長度基準】在長度計量領域具有當代最高計量特性的標準，用以定義、實現(xiàn)、保持或復現(xiàn)長度基本單位米的標準。第12頁，共18頁，2023年，2月20日，星期一【長度基準的分類】依基準實體分：端面基準和線紋基準（裝置的構成）依精度等級分：國家基準、國家副基準、工作基準國家基準：根據(jù)物理量基本單位的定義復現(xiàn)并保存單位量的基準器具。職能：用于統(tǒng)一全國長度單位量值。特點：具有高穩(wěn)定性、可復現(xiàn)性和可比較性、法制性及目前技術所能達到的最高準確度。國家副基準：是與國家基準器具比對來確定其量值的測量器具。職能：保證國家基準器具不因使用頻繁而降低精度。

工作基準：由國家基準或副基準校準或比對用于檢定標準的測量器具。

特點：一般是實物基準，包括線紋和端度（量塊）兩大類。第13頁，共18頁，2023年，2月20日，星期一三、長度標準【長度標準】是按國家規(guī)定的不同準確度等級，作為檢定和測量用的測量器具?！净鶞屎蜆藴实膮^(qū)別】準確度和測量中的作用不同，其它方面無本質(zhì)區(qū)別。【種類】：現(xiàn)有九大類線紋長度標準（線紋尺）；端面長度標準（量塊）；

24m基線標準；平面角標準；度盤檢定標準；平面度標準（平晶）；表面粗糙度標準（單、多刻線樣板）；齒輪漸開線標準；螺紋標準，絲杠標準及圓度標準。第14頁，共18頁，2023年，2月20日，星期一四、長度量值傳遞系統(tǒng)【概念】

將米定義基準器與機械產(chǎn)品零件的尺寸精度聯(lián)系起來的法制制度或法制聯(lián)系渠道稱為量值傳遞系統(tǒng)?！灸康摹勘ＷC長度量值的統(tǒng)一和準確?！疚覈L度現(xiàn)行的基本量值傳遞系統(tǒng)】（表2-1）。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