长度计量基准

长度计量基准是指以现代科学技术所能达到的最高准确度,保存和复现“米”的整套装备。长度计量基准是各国之间和一个国家内部统一长度单位的基准,也是保证量值准确和实现互换性的基础。
“米”是长度计量的基本单位。
18世纪以前,世界各国各自规定长度单位,很不统一。18世纪末,法国科学院受法国国民议会委托,提出“米制”概念。它将通过巴黎天文台的地球子午线长度的四千万分之一定义为“米”。
1792~1798年,在西班牙的巴塞罗那和法国的敦刻尔克间进行三角测量,得出通过巴黎天文台的地球子午线从赤道到地极点的距离,并以它的千万分之一(相当于地球子午线的四千万分之一)作为一米的长度,于1799年用铂金制成横截面积为25.3×4.05毫米的矩形端面基准米尺,米尺两端面间的距离即为一米。它保存在法兰西共和国档案局,所以称为“档案米尺”,又称,“阿希夫米尺”。
由于阿希夫米尺的本身和复现精确度都不高,1875年有20个国家参加的国际米制会议上决定,成立国际计量局并制造基准米尺。1888年,国际计量局从30根用铂铱合金制成的尺子中选出与阿希夫米尺长度最接近的第六号米尺作为国际基准,此即“国际基准米尺”。其复现精确度可以达到千万分之一。
1889年,第一届国际计量大会正式承认并重新把“米”定义为:“在零摄氏度时,保存在国际计量局中的铂铱米尺的两中间刻线间的距离。”从此,“米”的定义由端面距离转为刻线间距离。
但用刻线间距离来定义米也有缺点,如刻线质量和材质稳定性等都会影响其尺寸稳定性和复现精确度的提高,而且一旦毁坏,就再也无法复现。
1893年,美国物理学家迈克耳逊等用镉红线光波波长与铂铱基准米尺对比,从而提供了用光波波长作为长度基准的可能性。1895年,第二届国际计量大会确认镉红线光波波长为“米”定义的旁证。在1927年第七届国际计量大会上,决定将镉红线在温度为15℃,大气压力为101325帕和二氧化碳含量为O.03%的干燥空气中的波长O.64384696微米,作为米的旁证基准,即1米=1553164.13个旁证基准,而以国际基准米尺复现“米”的定义仍继续保持不变。
1950年以后,由于同位素光谱光源的发展,出现了一些复现精确度高、单色性好的光源。这导致1960年的第十一届国际计量大会通过以“氪-86的辐射光波长定义“米”的决定。这个“米”的定义是:“长度米等于氪-86原子在2P10和5D5能级之间跃迁时,其辐射光在真空中的波长的1650763.73倍。”同时宣布废除1889年确定的米定义和国际基准米尺。这样“米”在规定的物理条件下在任何地点都可以复现,所以也有称之为自然基准的,其复现精确度可达二亿五千万分之一。
1960年出现了激光,由于它具有良好的单色性和复现精确度,导致1983年通过新的米定义,和宣布废除以氪-86辐射光波长定义“米”的决定。
在1983年10月召开的第十七届国际计量大会上,通过了现行“米”的定义:米是“光在真空中1/299792458秒的时间间隔内所行进路程的长度”。
现行“米”定义的特点是,定义本身与复现方法分开,长度基准不再是某一种规定的长度或辐射波长,但它可以通过一些辐射波长或频率来复现。因此“米”的复现精确度不再受米定义的限制,它将随着科学技术的发展而相应地提高。
在机械制造中,应用得较多的基准辐射是碘、甲烷分子饱和吸收稳频的氦氖激光。它们的复现精确度,可高达一百亿分之一,但这类辐射光源的频稳系统很复杂,在实际应用中是把它们的波长通过光波波长干涉仪等,传递给以兰姆下陷法稳频的氦氖激光,再利用以此为基础构成的激光量块干涉仪和激光干涉比长仪,分别检定一等量块和基准线纹尺。

在中国,由上述基准辐射光源、光波波长干涉仪、激光量块干涉仪和一等量块等,组成的长度计量基准称为端面长度国家基准;由基准辐射光源、激光干涉比长仪和基准线纹尺等组成的长度计量基准称为线纹长度国家基准。国家基准复现的“米”的准确长度,按照国家规定的检定系统通过检定逐级或直接传递给工作中使用的、不同精度等级的长度测量工具。
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