لازم است استانداردهای اندازه گیری (واحدهای استاندارد معینی برای طول، وزن، زمان، دما و کمیت های الکتریکی) بنا شود تا محققین نقاط مختلف کشور و دنیا امکان یابند نتایج آزمایشاتشان را برمبنای استواری مقایسه کنند. اداره بین المللی استانداردها اولین مسئولیت را برای برقراری این استانداردها در ایالات متحده دارد.

واحدهای بنیادی اندازه گیری

متر و کیلوگرم را واحدهای بنیادی در نظر می گیرند که براساس آن ها با عوامل تبدیل مناسب، سیستم انگلیسی طول و جرم شکل می گیرد. متر استاندارد با طول میله پلاتین – ایریدیبوم تعریف می شود که تحت شرایط بسیار دقیقی در اداره بین المللی اوزان و اندازه ها در سور فرانسه نگهداری می شود. مشابه آن، کیلوگرم با جرم پلاتین – ایریدیوم تعریف می شود که در همان اداره نگهداری می شود. در آمریکا، عوامل تبدیل برای سیستم های انگلیسی و متریک به صورت قانونی زیر ثابت شده است:

1 متر = 37/39 اینچ

1 پوند – جرم = 59237/453 گرم

دومین استاندارد طول و جرم در اداره بین المللی استاندارد برای موارد درجه بندی نگهداری می شود.

متر استاندارد

در سال 1960، کنفرانس عمومی اوزان و اندازه ها، متر استاندارد را برحسب طول موج نور نارنجی – قرمز لامپ کریپتون – 86 تعریف کرد. به این ترتیب متر استاندارد چنین است:

1 متر = 73/1650763 طول موج

در آینده نزدیک انتظار می رود که تعریف متر به فاصله ای که نور در ثانیه طی می کند تغییر یابد.

اینچ دقیقاً به صورت زیر تعریف می شود:

1 اینچ = 54/2 سانتیمتر

واحد استاندارد زمان

واحدهای استاندارد زمان برحسب فرکانس های معلوم نوسان وسیله معینی برقرار می شود. یکی از ساده ترین وسایل، آونگ است. سیستم ارتعاشی پیچشی نیز ممکن است برای استاندارد فرکانش استفاده شود. سیستم پیچشی به طور وسیعی در ساعت های دیواری و مچی استفاده می شود. به طور عادی ولتاژ خط 60 – هرتزی (Hz) ممکن است به عنوان استاندارد فرکانس تحت شرایط معینی استفاده شود. یک ساعت الکتریکی از این فرکانس به عنوان استاندارد استفاده می کند چون با یک موتور الکتریکی سنکرون کار می کند که سرعتش بستگی به فرکانس خطی دارد. دیاپازون منبع مناسب فرکانس است، همانطوری که بلورهای پیزوالکتریکی هستند. نوسانگرهای الکترونیکی نیز ممکن است به شکلی طراحی شوند که به عنوان منابع فرکانسی بسیار دقیق کار کنند.

واحد بنیادی زمان، ثانیه، در گذشته به صورت روز متوسط خورشیدی تعریف می شد. روز خورشیدی تعریف می شد. روز خورشیدی با فاصله زمانی بین دو عبور متوالی خورشید از نصف النهار زمین اندازه گیری می شود. فاصله زمانی، با موقعیت روی زمین و همچنین زمان سال، تغییر می کند، به هر حال، روز متوسط خورشیدی برای یکسال ثابت است. سال خورشیدی، زمان لازمی است تا زمین یک دور به دور خورشید بچرخد. سال متوسط خورشیدی 365 روز و 5 ساعت و 48 دقیقه و 48 ثانیه است.

تعریفی که از ثانیه شد، کاملاً دقیق است اما بستگی به مشاهدات نجومی برای برقراری استاندارد دارد. در اکتبر 1967، سیزدهمین کنفرانس عمومی وزن ها و اندازه ها، تعریف ثانیه را به صورت 770 631 192 9 دوره تناوب تشعشع مربوط به انتقال میان دو سطح فوق ظریف حالت بنیادی اتم سیزیم 133 پذیرفت. این استاندارد می تواند در تمام آزمایشگاه های استاندارد دنیا تهیه شود. دقت تخمینی این استاندارد، 2 قسمت در 109 است. فرکانس های بسیار دقیق و استانداردهای زمان توسط ایستگاه رادیویی اداره بین المللی استانداردها پخش می شود، wwv، این ایستگاه، فواصل زمانی استاندار، سیگنال های زمانی، گام موسیقی استاندارد، فرکانس های رادیویی استاندارد و پیش بینی های تبلیغاتی رادیویی را تهیه می کند. دقت فرکانس های رادیویی و تقویت کننده صدا به هنگام انتقال بهتر از 1 قسمت در (µs) میکرو ثانیه 1 ± 100000000 است.

واحدهای استاندارد کمیتهای الکتریکی

واحدهای استاندارد کمیت های الکتریکی از واحدهای مکانیکی نیرو، جرم، طول و زمان به دست می آیند. این واحدها، واحدهای الکتریکی مطلق را پدید می آورند و تا حدودی با سیستم بین المللی واحد های الکتریکی که در سال 1948 بنا شده است تفاوت می کند. مزیت اصلی سیستم SI، تهیه کردن یک یاخته استاندارد است که خروجی از آن، مستقیماً به واحدهای الکتریکی مطلق ربط دارد. تبدیل از سیستم بین المللی با روابط زیر برقرار می گردد:

1 اهم بین المللی = 00049/1 اهم مطلق

1 ولت بین المللی = 000330/1 ولت مطلق

1 آمپر بین المللی = 99835/0 آمپر مطلق

درجه بندی آزمایشگاهی معمولاً به کمک استانداردهای ثانویه مانند یاخته های استاندارد برای منابع ولتاژ و مقاومت های استاندارد به عنوان استاندارهای مقایسه ای برای اندازه گیری مقاومت الکتریکی انجام می پذیرد.

واحد استاندارد دما

مقیاس دمای مطلق توسط لردکلوین در سال 1854 تهیه شد. این مقیاس، اساس محاسبات ترمودینامیکی را تشکیل می دهد. این مقیاس مطلق به قسمی تعریف می شود که وقتی از آن استفاده شود، معنای ویژه ای به قانون دوم ترمودینامیک می بخشد. مقیاس درجه حرارت عملی بین المللی سال 1968 یک پایه تجربی برای مقیاس درجه حرارت تهیه می کند که آن را تا حد امکان به مقیاس درجه حرارت ترمودینامیکی مطلق نزدیک می کند. در مقیاس بین المللی، 11 نقطه اولیه بنا نهاده می شوند. سپس نقاط ثابت ثانویه نیز بنیانگذاری می شوند. علاوه بر نقاط ثابت، روش های دقیقی برای میان یابی بین این نقاط ارائه شده است. این روش های میان یابی در جدول 2-3 داده شده اند.

مقیاس های فارنهایت (°F) و سلسیوس (°C) هر دو به طور وسیعی استفاده می شوند و آزمایشگر باید قادر به کارکردن با هر دو باشد. مقیاس مطلق فارنهایت را مقیاس رانکین (°R) می نامند، در حالی که سلسیوس مطلق با مقیاس کلوین (K) مشخص می شود. رابطه بین این مقیاس ها به صورت زیر است:

15/273 + °C = K

67/459 + °F = °R

0/32 + °C = F°

مقیاس درجه حرارت ترمودینامیکی مطلق توسط هولمن بحث شده است.