izmertechИзмерительная техникаIzmeritel`naya Tekhnika0368-10252949-5237ФГУП "ВНИИФТРИ"10.32446/0368-1025it.2023-1-31-35izmertech-1487Research ArticleМЕХАНИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯMECHANICAL MEASUREMENTSИсследование макета ватт-весов на основе монолитного весоизмерительного преобразователяResearch on a watt balance experimental model based on a monolithic weighing converterКаменскихЮ. И.KamenskihYu. I.

Юрий Игоревич Каменских

Санкт-Петербург

Yuriy I. Kamenskih

St. Petersburg

y.i.kamenskih@vniim.ruhttps://orcid.org/0000-0003-3084-1612МедведевскихС. В.MedvedevskihS. V.

Сергей Викторович Медведевских

Санкт-Петербург

Sergej V. Medvedevskih

St. Petersburg

s.v.medvedevskih@vniim.ruШмигельскийИ. Ю.ShmigelskiyI. Y.

Илья Юрьевич Шмигельский

Санкт-Петербург

Ilya Y. Shmigelskiy

St. Petersburg

i.y.shmigelskiy@vniim.ruВсероссийский научно-исследовательский институт метрологии им. Д. И. МенделееваРоссияD. I. Mendeleyev Institute for MetrologyRussian Federation202320032023013135Copyright © ФГУП "ВНИИФТРИ", 20232023ФГУП "ВНИИФТРИ"ФГУП "ВНИИФТРИ"https://www.izmt.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.izmt.ru/jour/article/view/1487

Приведены сведения о совместных усилиях, предпринимаемых национальными метрологическими институтами для поэтапного распространения единицы массы, прослеживаемой к фундаментальной физической константе – постоянной Планка. Решение о фиксации численного значения постоянной Планка принято на 26 Генеральной конференции по мерам и весам в Париже 20 мая 2019 года. Отражена необходимость работ по поддержанию эквивалентности отечественного эталона единицы массы национальным эталонам других стран, поскольку это является обязательным условием для международного признания измерительных возможностей метрологических институтов Российской Федерации. Представлен макет ватт-весов, созданный во Всероссийском научно-исследовательском институте метрологии им. Д. И. Менделеева. Описан состав и принцип действия весоизмерительного блока макета ватт-весов, работающих по принципу электромагнитной силовой компенсации с монолитным весоизмерительным преобразователем и нижним подвесом. Приведены результаты исследований метрологических характеристик макета ватт-весов. Исследования проведены с применением эталонов, прослеживаемых к Государственному первичному эталону единицы массы – килограмма ГЭТ 3-2020. Полученные результаты показали потенциальную возможность применения конструкторских решений, использованных в разработанном и исследованном макете ватт-весов, для создания в Российской Федерации эталонной установки, реализующей  новое определение килограмма.

This research describes the main systems and nodes of the watt balance experimental model created at the D. I. Mendeleev Institute for Metrology. It presents the results of studies of metrological characteristics of the watt balance model arrangement component part that operate on the principle of electromagnetic force compensation with a monolithic weight converter and a lower suspension. The studies were conducted with the use of standards traceable to the state primary standard of the unit of mass – kilogram. The research provides the information on the joint efforts of national metrological institutes aimed at the gradual spread of the unit of mass traceable to the fundamental physical constant – Planck's constant, the fixation of the numerical value of which was adopted at the 26th General Conference on Weights and Measures in Paris on May 20, 2019. Here the necessity of carrying out work to maintain the equivalence of the national standard of the unit of mass to the best national standards of other countries is reflected, because it is also the required factor for international recognition of the measuring capabilities of the metrological institutes of Russian Federation. The findings of the metrological characteristics of the watt balance experimental model studies showed potential possibility of using the design solutions applied in this experimental model for creating the measurement standard in the Russian Federation to implement a new definition of the kilogram.

Международная система единицмакет ватт-весовкилограммвоспроизведение единицымонолитный весоизмерительный преобразовательмагнитное полепостоянная Планкаватт-весыInternational system of Unitswatt balance experimental modelkilogramunit reproductionmonolithic weighing convertermagnetic fieldPlanck constantwatt balanceReferencesЧернышенко А. А. «Эталон на столе» – новая реальность в условиях глобальной трансформации Международной системы единиц // Изв. СПбГЭТУ «ЛЭТИ». 2022. Т. 15. № 2. С. 5–22.Chernyshenko A. A. “Standard on the table” – a new reality in the context of global transformations of the International System of Units. LETI Transactions on Electrical Engineering & Computer Science. 2022, vol. 15, no. 2, pp. 5–22. (In Russ.)]Becker P., Bettin H., Danzebrink H-U., Glaeser M., Kuetgens U., Nicolaus A., Schiel D., de Bi`evre P., Valkiers S., Taylor P. Metrologia. 2003, vol. 40, no. 5, pp. 271–287. https://doi.org/10.1088/0026-1394/40/5/010Becker P., Bettin H., Danzebrink H-U., Glaeser M., Kuetgens U., Nicolaus A., Schiel D., de Bi`evre P., Valkiers S., Taylor P. Metrologia. 2003, vol. 40, no. 5, pp. 271–287. https://doi.org/10.1088/0026-1394/40/5/010Cladé P., Biraben F., Julien L., Nez F., Guelati-Khelifa S. Metrologia. 2016, vol. 53, no. 5, А75. https://doi.org/10.1088/0026-1394/53/5/A75Cladé P., Biraben F., Julien L., Nez F., Guelati-Khelifa S. Metrologia. 2016, vol. 53, no. 5, А75. https://doi.org/10.1088/0026-1394/53/5/A75Kibble B. P., Robinson I. A., Bellis J. H. Conference on Precision Electromagnetic Measurements. 1990, pp. 178–179. https://doi.org/10.1109/CPEM.1990.109978Kibble B. P., Robinson I. A., Bellis J. H. Conference on Precision Electromagnetic Measurements. 1990, pp. 178–179. https://doi.org/10.1109/CPEM.1990.109978Glaser M., Borys M. Reports on Progress in Physics. 2009, vol. 72, no. 12, 126101. https://doi.org/https://doi.org/10.1088/0034-4885/72/12/126101Glaser M., Borys M. Reports on Progress in Physics. 2009, vol. 72, no. 12, 126101. https://doi.org/https://doi.org/10.1088/0034-4885/72/12/126101Stock M., Conceição P., Fang H., et al. Metrologia. 2020, vol. 57, no. 1A, 07030. https://doi.org/10.1088/0026-1394/57/1A/07030Stock M., Conceição P., Fang H., et al. Metrologia. 2020, vol. 57, no. 1A, 07030. https://doi.org/10.1088/0026-1394/57/1A/07030Kibble B. P., Robinson I. A. Metrologia. 2014, vol. 51(2), S132. https://doi.org/10.1088/0026-1394/51/2/S132Kibble B. P., Robinson I. A. Metrologia. 2014, vol. 51(2), S132. https://doi.org/10.1088/0026-1394/51/2/S132Schlamminger S., Haddad D. Comptes Rendus Physique. 2019, vol. 20, no.1-2, pp. 55–63. https://doi.org/10.1016/j.crhy.2018.11.006Schlamminger S., Haddad D. Comptes Rendus Physique. 2019, vol. 20, no.1-2, pp. 55–63. https://doi.org/10.1016/j.crhy.2018.11.006Rothleitner C., et al. First Results Using the Planck-Balance. 2018 Conference on Precision Electromagnetic Measurements (CPEM 2018), 2018, pp. 1–2. https://doi.org/10.1109/CPEM.2018.8500904Rothleitner C., et al. First Results Using the Planck-Balance. 2018 Conference on Precision Electromagnetic Measurements (CPEM 2018), 2018, pp. 1–2. https://doi.org/10.1109/CPEM.2018.8500904Robinson I. A., Berry J., Bull C., Davidson S., Jarvis C., Lovelock P., Lucas C., Urquhart J., Webster E., Williams P. 2018 Conference on Precision Electromagnetic Measurements (CPEM 2018), 2018, pp. 1–2. https://doi.org/10.1109/CPEM.2018.8501149Robinson I. A., Berry J., Bull C., Davidson S., Jarvis C., Lovelock P., Lucas C., Urquhart J., Webster E., Williams P. 2018 Conference on Precision Electromagnetic Measurements (CPEM 2018), 2018, pp. 1–2. https://doi.org/10.1109/CPEM.2018.8501149Kim M., Kim D., Woo B. C., Ha D., Lee S. U., Park H. S., Kim J., Lee K. C. International Journal of Precision Engineering and Manufacturing, 2017, vol. 18, pp. 945–953. https://doi.org/10.1007/s12541-017-0112-6Kim M., Kim D., Woo B. C., Ha D., Lee S. U., Park H. S., Kim J., Lee K. C. International Journal of Precision Engineering and Manufacturing, 2017, vol. 18, pp. 945–953. https://doi.org/10.1007/s12541-017-0112-6Baumann H., Eichenberger A., Cosandier F., Jeckelmann B., Clavel R., Reber D., Tommasini D. Metrologia. 2013, vol. 50, no. 3, 235. https://doi.org/10.1088/0026-1394%2F50%2F3%2F235Baumann H., Eichenberger A., Cosandier F., Jeckelmann B., Clavel R., Reber D., Tommasini D. Metrologia. 2013, vol. 50, no. 3, 235. https://doi.org/10.1088/0026-1394%2F50%2F3%2F235Li Z., Zhang Z., Lu Y., Hu P., Liu Y., Xu J., Bai Y., Zeng T., Wang G., You Q., Wang D., Li S., He Q., Tan J. Metrologia. 2017, vol. 54, no. 5, 763. https://doi.org/10.1088/1681-7575%2Faa7a65Li Z., Zhang Z., Lu Y., Hu P., Liu Y., Xu J., Bai Y., Zeng T., Wang G., You Q., Wang D., Li S., He Q., Tan J. Metrologia. 2017, vol. 54, no. 5, 763. https://doi.org/10.1088/1681-7575%2Faa7a65Каменских Ю. И., Снегов В. С. Эталоны-копии единицы массы: калибровка 2020 года с применением вакуумного компаратора CCL 1007 // Эталоны. Стандартные образцы. 2021. № 2. С. 60–71. https://doi.org/10.20915/2077-1177-2021-17-2-59-71Kamenskikh Yu. I., Snegov V. S. Reference standards-copies of mass unit: calibration 2020 using vacuum comparator CCL 1007. Measurement Standards. Reference Materials. 2021, vol. 17, no. 2, pp. 59–71. (In Russ.)] https://doi.org/10.20915/2077-1177-2021-17-2-59-71

The authors declare that there are no conflicts of interest present.