科學，技術，工程和數學領域的師生

國際計量委員會的相關諮詢委員會擬備了《實踐指引》（法語︰mises en pratique），提供有關復現SI基本單位的資訊。有關資訊發布於國際計量局的網站.

根據有關諮詢委員會的定義，「復現單位」指就同類的量，確立量值和相關不確定度，使單位與其定義一致。

《實踐指引》載述的方法，通常是依據物理公式以最高水平復現單位的實驗方法。這些方法稱為原級方法，並不涉及相同量的參考標準。

 

時間的SI單位「秒」（s）可藉以下方法復現︰

1. 原級頻率標準
   原級頻率標準可藉包含頻率與銫133原子躍遷（「秒」的SI定義）相關連的振蕩電路的原子鐘復現。在2017年，最佳的原級標準可以幾乎接近10¹⁶的相對標準不確定度復現SI的「秒」。
2. 「秒」的次級表述
   「秒」的次級表述包括以銣的微波躍遷爲工作原理的原子鐘，以及其他以中性原子或單囚禁離子的光學頻譜躍遷爲工作原理的原子鐘。有關標準的不確定度介乎10¹⁴至10¹⁶。
3. 其他頻率標準
   商用銫鐘具備極佳的長期頻率穩定性，能持續數個月維持頻率穩定度在10¹⁴內。依賴於氫原子的1.4 GHz超精細能級間躍遷的氫原子鐘具有出色的短期頻率穩定性，頻率穩定性為平均一天之內約10¹⁵。

 

1. 直接測量光的傳播時間（飛行時間計量）

   長度的直接復現方法，是透過使用以下等式，直接測量光波包經不同長度的路徑傳播至探測器之間的時延︰

   ∫ = c·Δt

   其中光速(c)等於299 792 458米／秒，時延（Δt）則是光通過路徑∫所需的時間。在距離較長（如地球往月球的距離）的情況下，可使用這個方法直接復現，準確度相對較高；但對於一般距離而言，間接測量光的傳遞時間會較為準確。

2. 間接測量光的傳遞時間（光學干涉術）

   光學干涉術是以光的疊加（干涉）為基礎的測量方法。同波長光波經不同長度的路徑傳遞至探測器之間的時延（Δt）為︰

   Δt = 1/(2π) * Δφ/ƒ

   其中ƒ是光頻，Δφ則是兩組互相干預的光波之間的相位差。要應用此方法，必須已得知光頻（ƒ）的數值，以提供經測量的相位差與藉干涉術復現的長度之間的比例因數。由長度諮詢委員會，以及時間和頻率諮詢委員會聯合組成的頻率標準工作小組，負責製作並持續更新國際計量委員會的《建議頻率標準值列表》。該列表載列標準頻率的建議值，以供包括復現「米」等的應用。

 

1. 透過比較電功率和機械功率復現

   瓦特天平（最近改稱為基布爾秤）是能準確地把電功率和機械功率比較的儀器。

   I * U = m * g * v

   電功率等於電流（I）乘以電壓（U）︰電流（I）可根據歐姆定律，透過計量其通過穩定電阻（以馮·克里青常數為單位計量）時的電壓降來釐定；而電壓（U）則以約瑟夫森常數為單位計量。

   機械功率等於質量（m）乘以重力（g）乘以速度（v）；計量速度（v）和重力（g）的相應國際單位為ms^-1和ms^-2。

2. 藉X光晶體密度（XRCD）法復現

   純物質的質量可以由物質內基本單元的數目為單位表示。XRCD法便是用來計量這個數目，釐定單位晶胞和接近無雜質的晶體的體積。晶體的宏觀體積（V_s）等於單位晶胞內每個原子的平均微觀體積乘以晶體內的原子數目。就以下等式而言，假設晶體只含有矽²⁸同位素，則宏觀晶體內的原子數目（N）為

   N = 8V_s/a(²⁸Si)³

   矽晶體每個單位晶胞的原子數目為8，a(²⁸Si)³則為正立方體單位晶胞的體積，即晶體內單位晶胞的數目為V_s/a(²⁸Si)³，而每個單位晶胞由八個矽²⁸原子組成。為復現「千克」的定義，矽晶球的質量（m）以單原子的質量為單位表示︰

   m = N m(²⁸Si) = h N(m(²⁸Si)/h)

   XRCD實驗釐定N，m(²⁸Si)/h是自然常數，h是普朗克常數。

 

電流的SI單位「安培」(A)可藉以下方法復現︰

1. 使用歐姆定律，即「電流（A）＝電壓（V）／電阻（Ω）」的單位關係式，並以約瑟夫森效應和量子化霍爾效應分別復現SI的導出單位「伏特」（V）和「歐姆」（Ω）；
2. 使用單電子傳輸或類似的裝置，即「電流（A）＝電量（C）／時間（s）」的單位關係式，其中包括了「安培」定義的基本電荷（e）值，以及SI基本單位「秒」（s）的復現；或
3. 使用「電流（I）=電容（C）•電壓的瞬時變化率（dU/dt）」的關係，即「電流（A）=電容（F）•電壓（V）/時間（s）」的單位關係式，其中包括了SI導出單位「伏特」（V）和「法拉」（F）以及SI基本單位「秒」（s）的復現。

 

1. 透過應用已界定定義的温標復現「開爾文」

   國際計量委員會採納了一系列的國際温標︰針對0.65開爾文以上的《1990年國際温標》（ITS-90），以及針對0.9毫開爾文至1開爾文的《臨時低温温標》（PLTS-2000）。國際温標指定的温度固定點的温度是確定值（沒有指定不確定度）且不變（該值於有關温標的有效期內將維持不變）。因此，以玻茲曼常數表示「開爾文」的定義，對國際温標的温度值或復現不確定度均沒有影響。

2. 其他復現「開爾文」的原級測温法如下︰
   • 藉聲學氣體測温法（AGT）計量熱力學温度
   • 分光輻射測温法（1235開爾文或以上）
   • 藉極化氣體測温法計量熱力學温度
   • 藉約翰遜雜訊測温法計量熱力學温度

 

發光強度的SI單位「坎德拉」（cd）可藉以下方法復現︰

1. 使用參考光照度計

   參考光照度計是濾光輻射計，其相對光譜響應度的設計，與指定的國際照明委員會（CIE）光譜光視效率函數的光譜特徵非常匹配。濾光輻射計通常與精準孔徑光闌（面積A）一併使用，並透過參照絕對輻射計（或俗稱低温輻射計）進行校正，以提供已知的照度響應度。經校正的參考光照度計其後可借助光度實驗臺（可控制從光源至照計度的限制孔徑光闌（面積A）的距離（r）），對標準燈在指定方向的發光強度進行校正。

2. 使用白熾光源

   與CIE標準光源A的相對光譜功率分布相近的白熾光源，可用作發光強度的參考燈。燈具在特定方向的光譜輻射強度，通常是借助一系列經校正的參考濾光輻射計（具有限制孔徑光闌（面積A）及介乎360 nm至830 nm的已知輻照度響應度），在足夠的距離（r）下進行量度。光譜輻射強度的值其後可與指定的CIE光譜光視效率函數相乘並計算出光譜積分，從而得出相應的發光強度。