Международная система мер и весов: история и организация

Введение

Международный метрологический орган

Генеральная конференция по мерам и весам (сокращенно CGPM)

CGPM собирается в Париже, как правило, раз в четыре года. 25-я сессия CGPM состоялась с 18 по 20 ноября 2014 года, 26-я сессия CGPM состоялась в Версале с 13 по 16 ноября 2018 года, а 27-я сессия CGPM – с 15 по 18 ноября 2022 года.

Критерии членства

CGPM признает два класса членства: полное членство для государств, желающих участвовать в деятельности BIPM, и ассоциированное членство для стран или экономик, желающих участвовать только в программе CIPM MRA. Ассоциированные члены имеют статус наблюдателя на CGPM. Поскольку все формальные контакты между организациями, заключившими конвенцию, и национальными правительствами осуществляются через посла государства-члена во Франции, подразумевается, что государства-члены должны поддерживать дипломатические отношения с Францией, хотя во время обеих мировых войн страны, находившиеся в состоянии войны с Францией, сохранили свое членство в CGPM. Заседание CGPM возглавляет Президент Академии наук Парижа. Из двадцати стран, участвовавших в Метрической конференции 1875 года, представители семнадцати подписали конвенцию 20 мая 1875 года. В апреле 1884 года Х. Дж. Чейни, хранитель эталонов в Лондоне, неофициально обратился в BIPM с запросом о калибровке некоторых эталонов метра, изготовленных в Соединенном Королевстве. Брок, директор BIPM, ответил, что не имеет полномочий проводить такие калибровки для государств, не являющихся членами. 17 сентября 1884 года правительство Великобритании подписало конвенцию от имени Соединенного Королевства. Это число возросло до 21 в 1900 году, 32 в 1950 году и 49 в 2001 году. По состоянию на 2022 год в Генеральной конференции состоят 64 государства-члена и 36 ассоциированных государств и экономик (с годом вступления в скобках):

Заседания CGPM

1-й (1889) Международный прототип килограмма (IPK), цилиндр из платино-иридия, и международный прототип метра, стержень с X-образным поперечным сечением, также изготовленный из платино-иридия, были отобраны из партий, произведенных британской фирмой Johnson Matthey. Рабочие экземпляры обоих артефактов также были выбраны случайным образом, а другие экземпляры были распределены между странами-участницами, также случайным образом. Прототипы и рабочие экземпляры были депонированы в Международном бюро мер и весов (Bureau international des poids et mesures), Сен-Клу, Франция. 2-й (1895) На 2-й CGPM не было принято никаких резолюций. 3-й (1901) Литр был переопределен как объем 1 кг воды. Уточнено, что килограммы являются единицами массы, определен «стандартный вес», определено стандартное ускорение свободного падения, подтверждено использование граммов силы и дано их четкое определение. 4-й (1907) Карат был определен как 200 мг. 5-й (1913) Была предложена Международная температурная шкала. Генеральная конференция рекомендовала Международному комитету уполномочить Бюро организовать между учреждениями, располагающими калибровочной базой, циркуляцию групп четко определенных инварных нитей с целью достижения согласия относительно метода определения этих баз, а также метода использования нитей. Цельсий был выбран из трех используемых названий единицы измерения температуры. Символ l (строчная L) был принят в качестве символа литра. И запятая, и точка на линии принимаются в качестве десятичных разделителей. Символы для стере и секунды были изменены. Было предложено всеобщее возвращение к системе длинной шкалы счисления, но предложение не было принято. 6-й (1921) Конвенция о метрах пересмотрена. 7-й (1927) Создан Консультативный комитет по электричеству (CCE). 8-й (1933) Определена необходимость в абсолютной электрической единице. 9-й (1948) Определены ампер, бар, кулон, фарада, генри, джоуль, ньютон, ом, вольт, ватт, вебер. В качестве названия единицы измерения температуры из трех используемых названий был выбран градус Цельсия. Символ l (строчная L) был принят в качестве символа литра. И запятая, и точка на линии допускаются в качестве десятичных разделителей. Символы для стере и секунды были изменены. Было предложено всеобщее возвращение к системе длинной шкалы счисления, но предложение не было принято. 10-й (1954) Определены кельвин и стандартная атмосфера. Началась работа над Международной системой единиц (метр, килограмм, секунда, ампер, кельвин, кандела). 11-й (1960) Метр был переопределен в терминах длин волн света. Были приняты единицы герц, люмен, люкс, тесла. Новая метрическая система, основанная на МКСА, получила официальный символ SI (Système International d'Unités) и была запущена как «модернизированная метрическая система». Были подтверждены префиксы пико, нано, микро, мега, гига и тера. 12-й (1964) Восстановлено первоначальное определение литра = 1 дм³. Были приняты префиксы атто и фемто. 13-й (1967) Секунда была переопределена как продолжительность 9 192 631 770 периодов излучения, соответствующая переходу между двумя гиперфинными уровнями основного состояния атома цезия 133 при температуре 0 К. Степень Кельвина была переименована в кельвин, а кандела была переопределена. 14-й (1971) Была определена новая базовая единица СИ – моль. Были утверждены названия паскаль и сименс как единицы давления и электрической проводимости. 15-й (1975) Приняты префиксы пета и экса. Единицы грей и беккерель были приняты в качестве радиологических единиц в рамках СИ. 16-й (1979) Определены кандела и зиверт. И l, и L временно разрешены в качестве символов литра. 17-й (1983) Метр был переопределен в терминах скорости света, то есть метр – это длина пути, пройденного светом в вакууме за временной интервал 1/299 792 458 секунды. 18-й (1987) Приняты условные значения для постоянной Джозефсона, KJ, и постоянной фон Клицинга, RK, что подготовило почву для альтернативных определений ампера и килограмма. 19-й (1991) Приняты новые префиксы йокто, зепто, зетта и йотта. 20-й (1995) Дополнительные единицы СИ (радиан и стерадиан) стали производными единицами. 21-й (1999) Новая производная единица СИ – катал = моль в секунду – была принята в качестве единицы каталитической активности. 22-й (2003) Подтверждено использование запятой или точки на линии в качестве десятичных разделителей, а не разделителей групп цифр для облегчения чтения; «числа могут быть разделены на группы по три цифры для облегчения чтения; точки или запятые никогда не вставляются между группами». 23-й (2007) Уточнено определение кельвина и обсуждены возможности пересмотра некоторых базовых единиц. 24-й (2011) Принято в принципе предложение о пересмотре определений единиц СИ, включая переопределение килограмма в связи с постоянной Планка, при условии выполнения определенных технических критериев. 25-й (2014) Обсуждалось переопределение килограмма в связи с постоянной Планка, но решение не было принято. Отмечен прогресс в реализации переопределения. Однако было заключено, что данные пока недостаточно надежны. Продолжение работы по улучшению данных было поощрено, чтобы на 26-м заседании можно было принять резолюцию, заменяющую текущее определение пересмотренным определением. 26-й (2018) На этом заседании были переопределены килограмм, ампер, кельвин и моль в терминах новых постоянно фиксированных значений постоянной Планка, элементарного заряда, постоянной Больцмана и постоянной Авогадро соответственно. 27-й (2022) Приняты новые префиксы кекто, ронто, рона и кветта. Началось планирование по устранению високосной секунды и стабилизации DUT1 к 2035 году.

1st (1889)The international prototype of the kilogram (IPK), a cylinder made of platinum–iridium, and the international prototype of the metre, an X cross section bar also made from platinum–iridium, were selected from batches manufactured by the British firm Johnson Matthey. Working copies of both artifacts were also selected by lot and other copies distributed to member nations, again by lot. The prototypes and working copies were deposited at the International Bureau of Weights and Measures (Bureau international des poids et mesures), Saint Cloud, France.2nd (1895)No resolutions were passed by the 2nd CGPM.3rd (1901)The litre was redefined as volume of 1 kg of water. Clarified that kilograms are units of mass, "standard weight" defined, standard acceleration of gravity defined endorsing use of grams force and making them well defined.4th (1907)The carat was defined as 200 mg.5th (1913)The International Temperature Scale was proposed. The General Conference recommended that the International Committee authorize the Bureau to organise, between establishments possessing a calibration base, the circulation, in groups, of well defined invar threads, with a view to enabling agreement to be reached on the method of determining these bases, as well as the method of using the threads.6th (1921)The Metre Convention revised.7th (1927)The Consultative Committee for Electricity (CCE) created.8th (1933)The need for absolute electrical unit identified.9th (1948)The ampere, bar, coulomb, farad, henry, joule, newton, ohm, volt, watt, weber were defined. The degree Celsius was selected from three names in use as the name of the unit of temperature. The symbol l (lowercase L) was adopted as symbol for litre. Both the comma and dot on a line are accepted as decimal marker symbols. Symbols for the stere and second changed. The universal return to the Long Scale numbering system was proposed but not adopted.10th (1954)The kelvin, standard atmosphere defined. Work on the International System of Units (metre, kilogram, second, ampere, kelvin, candela) began.11th (1960)The metre was redefined in terms of wavelengths of light. The units hertz, lumen, lux, tesla were adopted. The new MKSA based metric system given the official symbol SI for Système International d'Unités and launched as the "modernized metric system". The prefixes pico , nano , micro , mega , giga and tera were confirmed.12th (1964)The original definition of litre = 1 dm3 restored. The prefixes atto and femto were adopted.13th (1967)The second was redefined as duration of 9 192 631 770 periods of the radiation corresponding to the transition between the two hyperfine levels of the ground state of the caesium 133 atom at a temperature of 0 K. The Degree Kelvin renamed kelvin and the candela redefined.14th (1971)A new SI base unit, the mole defined. The names pascal and siemens as units of pressure and electrical conductance were approved.15th (1975)The prefixes peta and exa were adopted. The units gray and becquerel were adopted as radiological units within SI.16th (1979)The candela and sievert were defined. Both l and L provisionally allowed as symbols for litre.17th (1983)The metre was redefined in terms of the speed of light, i. e The metre is the length of the path travelled by light in vacuum during a time interval of 1/299,792,458 of a second.18th (1987)Conventional values were adopted for Josephson constant, KJ, and von Klitzing constant, RK, preparing the way for alternative definitions of the ampere and kilogram.19th (1991)New prefixes yocto , zepto , zetta and yotta were adopted.20th (1995)The SI supplementary units (radian and steradian) become derived units.21st (1999)A new SI derived unit, the katal = mole per second, was adopted as the SI unit of catalytic activity.22nd (2003)A comma or a dot on a line are reaffirmed as decimal marker symbols, and not as grouping symbols in order to facilitate reading; "numbers may be divided in groups of three in order to facilitate reading; neither dots nor commas are ever inserted in the spaces between groups".23rd (2007)The definition of the kelvin was clarified and thoughts about possible revision of certain base units discussed.24th (2011)Proposal to revise the definitions of the SI units, including redefining the kilogram in relation to the Planck constant were accepted in principle, subject to certain technical criteria having been met.25th (2014)Redefining the kilogram in relation to the Planck constant was discussed but not decided on. Progress towards realising the redefinition has been noted. However, it was concluded that the data did not yet appear to be sufficiently robust. Continued effort on improving the data has been encouraged, such that a resolution that would replace the current definition with the revised definition can be adopted at the 26th meeting.26th (2018)The kilogram, ampere, kelvin, and mole were redefined at this meeting, in terms new permanently fixed values of the Planck constant, elementary charge, Boltzmann constant and Avogadro constant, respectively.27th (2022)New prefixes quecto , ronto , ronna , and quetta were adopted. Planning was begun to eliminate the leap second and stabilize DUT1 by 2035.

Международный комитет по мерам и весам

Международный комитет по мерам и весам состоит из восемнадцати человек, представляющих разные страны, избираемых Генеральной конференцией по мерам и весам (CGPM), основной задачей которой является содействие единообразию единиц измерения во всем мире путем принятия прямых мер или внесения предложений в CGPM. CIPM проводит заседания ежегодно (с 2011 года – две сессии в год) в Павильоне де Бретей, где, в частности, рассматривает доклады, представленные ему Консультативными комитетами. Отчеты о заседаниях CGPM, CIPM и всех Консультативных комитетов публикуются BIPM.

Миссия

Секретариат расположен в Сен-Клу, О-де-Сен, Франция. В 1999 году CIPM учредила CIPM Arrangement de reconnaissance mutuelle (Соглашение о взаимном признании, MRA), которое служит основой для взаимного признания национальных эталонов измерений и признания действительности свидетельств о калибровке и измерениях, выданных национальными метрологическими институтами. В последнее время CIPM уделяет особое внимание пересмотру Международной системы единиц (СИ).

Доклад Блевина

В докладе Блевина, опубликованном в 1998 году, был проведен анализ состояния мировой метрологии. Доклад был подготовлен в соответствии с резолюцией, принятой на 20-й Генеральной конференции по мерам и весам (CGPM) в октябре 1995 года, которая возложила на Международный комитет мер и весов (CIPM) задачу изучить и представить отчет о долгосрочных национальных и международных потребностях в области метрологии, соответствующих формах международного сотрудничества и уникальной роли Международного бюро мер и весов (BIPM) в удовлетворении этих потребностей, а также об объемах финансовых и иных обязательств, которые потребуются от государств-членов в ближайшие десятилетия. В докладе, в частности, была выявлена необходимость более тесного сотрудничества между BIPM и другими организациями, такими как Международная организация законодательной метрологии (OIML) и Международное сотрудничество по аккредитации лабораторий (ILAC), с четко определенными границами ответственности и механизмами взаимодействия между ними. Другим важным выводом стала необходимость сотрудничества между органами по аккредитации и вовлечения развивающихся стран в систему мировой метрологии.

Доклад Каарлса

В докладе Карлса, опубликованном в 2003 году, был рассмотрен вклад БМРМ в удовлетворение меняющихся потребностей в метрологии в сфере торговли, промышленности и общества.

Брошюра СИ

CIPM несет ответственность за заказ брошюры СИ, которая является официальным определением Международной системы единиц. Брошюра издается CCU совместно с рядом других международных организаций. Первоначально брошюра была опубликована только на французском языке – официальном языке Метрической конвенции, но последние версии издаются одновременно на английском и французском языках, при этом французский текст является официальным. Шестое издание было опубликовано в 1991 году, седьмое – в 1998 году, а восьмое – в 2006 году. Самым последним изданием является девятое издание, первоначально опубликованное в 2019 году в качестве версии 1, чтобы включить переопределение основных единиц СИ в 2019 году (также известное как «новая СИ»); оно было обновлено до версии 2 в декабре 2022 года с включением новых префиксов СИ ронна, кветта, ронто и квекто, введенных в ноябре 2022 года.