rmjournalЭталоны. Стандартные образцыMeasurement Standards. Reference Materials2687-0886D. I. Mendeleyev Institute for Metrology10.20915/2077-1177-2025-21-2-23-30rmjournal-551Research ArticleЭталоныStandardsПерспективы развития системы обеспечения единства измерений массы на основе постоянной Планка в диапазоне малых масс (менее 1 г)Prospects for the Development of a System for Ensuring the Uniformity of Mass Measurements Based on the Planck Constant in the Low Mass Range (Less than 1 g)https://orcid.org/0000-0003-3462-1027ЧекирдаК. В.ChekirdaK. V.

Константин Владимирович Чекирда, канд. техн. наук, заместитель генерального директора

190005; пр. Московский, 19; Санкт-Петербург

Konstantin V. Chekirda, Cand. Sci. (Eng.), Deputy General Director

190005; 19 Moskovsky ave.; St. Petersburg

K.V.Chekirda@vniim.ruФГУП «Всероссийский научно-исследовательский институт метрологии им. Д. И. Менделеева»РоссияD. I. Mendeleyev Institute for MetrologyRussian Federation2025060720252122330Copyright © Чекирда К.В., 20252025Чекирда К.В.Chekirda K.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.rmjournal.ru/jour/article/view/551

   Статья рассматривает перспективы развития систем измерения массы в диапазоне малых масс (менее 1 г) на основе постоянной Планка. Основное внимание уделено новым методам измерений, включая ватт-весы с электромагнитной и электростатической компенсацией силы тяжести. Эти системы основаны на фундаментальных физических принципах и предоставляют возможность избежать накопления погрешностей, характерных для традиционных методов передачи единицы массы через гири. Автор подробно описывает принципы работы ватт-весов, в том числе особенности их конструкции, такие как использование лазерных интерферометров для измерения перемещений и систем управления напряжением. Статья подчеркивает актуальность разработки отечественных измерительных систем малых масс в Российской Федерации, что обусловлено необходимостью повышения точности измерений в таких областях, как аналитическая химия, биотехнологии и нанотехнологии. Отмечается, что переход на методы, основанные на фундаментальных физических константах, позволит существенно улучшить метрологическое обеспечение, минимизировать погрешности и создать новое поколение весового оборудования. Работы, проводимые во ФГУП «ВНИИМ им. Д. И. Менделеева», направлены на разработку и исследование систем измерения малых масс на новых принципах, которые не уступают по характеристикам лучшим зарубежным аналогам. Автор выделяет важность калибровки таких систем через эталоны электрических величин, что обеспечивает их надежность и достоверность. Предлагаемые решения представляют собой значимый вклад в развитие метрологии.

   The article examines the prospects for the development of mass measurement systems in the low mass range (less than 1 g) based on the Planck constant. The focus is on new measurement methods, including watt balance with electromagnetic and electrostatic gravity compensation. These systems are based on fundamental physical principles and provide an opportunity to avoid the accumulation of errors specific to traditional methods of transferring a unit of mass through weights. The author describes in detail the principles of operation of watt balance, including design features such as the use of laser interferometers to measure displacements and voltage control systems. The article emphasizes the relevance of developing domestic low mass measuring systems in Russia, which is due to the need to improve the accuracy of measurements in such areas as analytical chemistry, biotechnology and nanotechnology. It is noted that the transition to methods based on fundamental physical constants will significantly improve metrological support, minimize errors and create a new generation of weighing equipment. The work carried out at VNIIM is aimed at developing and researching small mass measurement systems based on new principles that are not inferior in characteristics to the best foreign analogues. The author highlights the importance of calibrating such systems through standards of electrical quantities, which ensures their reliability and validity. The proposed solutions represent a significant contribution to the development of metrology.

килограммпостоянная Планкаватт-весы (Киббл-весы)компараторэлектростатическая силаизмерительная системаkilogramPlanck’s constantwatt balance (Kibble balance)comparatorelectrostatic forcemeasuring systemАвтор не получал финансовую поддержку для проведения исследования, авторства и публикации этой статьиThe author received no financial support for the research, authorship, and publication of this articleReferencesRealization of the kilogram by the XRCD method / K. Fujii [et al.] // Metrologia. 2016. Vol. 53, № 5. P. A19–A45. doi: 10.1088/0026–1394/53/5/A19Fujii K., Bettin H., Becker P., Massa E., Rienitz O., Pramann A. et al. Realization of the kilogram by the XRCD method. Metrologia. 2016;53(5):A19–A45. doi: 10.1088/0026–1394/53/5/A19Mise en pratique for the definition of the kilogram in the SI // BIPM [website]. URL: https://www.bipm.org/utils/en/pdf/si-mep/SI-App2-kilogram.pdf (accessed: 01. 01. 2025).Mise en pratique for the definition of the kilogram in the SI. Available at: https://www.bipm.org/utils/en/pdf/si-mep/SI-App2-kilogram.pdf (accessed: 01. 01. 2025).Медведевских С. В., Чекирда К. В. Исследование макета ватт-весов с верхним пределом измерений 10 грамм // Измерительная техника. 2022. № 2. С. 28–33. doi: 10.32446/0368–1025it.2022-2-28-33Medvedevskih S. V., Chekirda K. V. Research on a watt-weights layout with an upper measurement limit of 10 grams. Izmeritel’naya Tekhnika. 2022;(2):28–33. (In Russ.). doi: 10.32446/0368–1025it.2022-2-28-33Чекирда К. В., Янковский А. А. Перспективы создания первичного эталона килограмма на основе ватт-весов // Законодательная и прикладная метрология. 2021. № 5 (173). С. 13–17.Chekirda K. V., Yankovsky A. A. Prospects for creating a primary kilogram standard based on watt-weights. Legal and applied metrology. 2021;5(173):13–17. (In Russ.).Кривцов Е. П., Чекирда К. В., Янковский А. А. Современное состояние первичных эталонов в областях измерений геометрических, механических и связанных с ними величин // Измерительная техника. 2017. № 12. С. 23–27.Krivtsov E. P., Chekirda K. V., Yankovsky A. A. The modern state of primary measurement standards in the areas of measurement of geometric, mechanical and related quantities. Measurement Techniques. 2017;12:23–27. (In Russ.).Milligram mass metrology using an electrostatic force balance / G. A. Shaw [et al.] // Metrologia. 2016. Vol. 53, № 5. P. A86–A94. doi: 10.1088/0026–1394/53/5/A86Shaw G. A, Stirling J., Kramar J. A., Moses A., Abbott P., Steiner R. et al. Milligram mass metrology using an electrostatic force balance. Metrologia. 2016;53(5):A86–A94. doi: 10.1088/0026–1394/53/5/A86Maintaining and disseminating the kilogram following its redefinition / M. Stock [et al.] // Metrologia. 2017. Vol. 54, № 6. P. S99-SS107, 2017. doi: 10.1088/1681–7575/aa8d2dStock M., Davidson S., Fang H., Milton M., de Mirandés E., Richard P. et al. Maintaining and disseminating the kilogram following its redefinition. Metrologia. 2017;54(6):S99–SS107. doi: 10.1088/1681–7575/aa8d2dRobinson I., Schlamminger S. The watt or Kibble balance: a technique for implementing the new SI definition of the unit of mass. Metrologia. 2016. Vol. 53, № 5. P. A46–A74. doi: 10.1088/0026–1394/53/5/A46Robinson I. Schlamminger S. The watt or Kibble balance: a technique for implementing the new SI definition of the unit of mass. Metrologia. 2016;53(5):A46–A74. doi: 10.1088/0026–1394/53/5/A46Крылов А. И., Михеева А. Ю., Ткаченко И. Ю. Контроль органических компонентов. Обеспечение прослеживаемости результатов измерений // Контроль качества продукции. 2017. № 11. С. 12–17.Krylov A. I., Mikheeva A. Yu., Tkachenko I. Yu. Control of organic components. Ensuring traceability of measurement results. Kontrol’ kachestva produkcii. 2017;11:12–17. (In Russ.).Чекирда К. В., Янковский А. А., Лобашев А. А. Макет ватт-весов: математическое моделирование вертикальных направляющих на основе ирисовых пружин // Измерительная техника. 2022. № 11. С. 51–56. doi: 10.32446/0368–1025it.2022-11-51-56Chekirda K. V., Yankovsky A. A., Lobashev A. A. Watt balance layout: mathematical modeling of vertical guides based on iris springs. Izmeritel’naya Tekhnika. 2022;(11):51–56. (In Russ.). doi: 10.32446/0368–1025it.2022-11-51-56Витушкин Л. Ф. Абсолютные баллистические гравиметры // Гироскопия и навигация. 2015. № 3 (90). С. 3–12. doi: 10.17285/0869–7035.2015.23.3.003–012Vitushkin L. F. Absolute ballistic gravimeters. Gyroscopy and Navigation. 2015;3(90):3–12. (In Russ.). doi: 10.17285/0869–7035.2015.23.3.003–012

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