SI-mittayksiköt Suomessa

SI-järjestelmä koki suurimman muutoksensa sen käyttöönoton jälkeen, kun SI-järjestelmän perusyksiköt sidottiin luonnonvakioihin, joiden tarkat lukuarvot kiinnitetään. Tämän uudistuksen myötä järjestelmästä tuli yksinkertaisempi ja perustavanlaatuisempi sekä lopultakin päästiin eroon viimeisestä fyysiseen kappaleeseen – kilogramman prototyyppiin – perustuvasta määritelmästä. Muodollinen päätös uudistuksesta tehtiin Yleisen paino- ja mittakonferenssin (CGPM) kokouksessa Versaillesissa 16.11.2018 ja uusi SI otettiin käyttöön Maailman metrologiapäivänä 20.5.2019. Tämä artikkelisarja tarjoaa tietoa eri mittayksiköistä ja niiden toteutuksesta Suomessa.

SI-järjestelmän perussuureet ja perusyksiköt

Kansainvälisen suurejärjestelmän lähtökohdaksi on sovittu seitsemän perussuuretta, joiden katsotaan olevan toisistaan riippumattomia muut suureet ovat johdannaissuureita. SI-mittayksikköjärjestelmässä on seitsemän perusyksikköä, jotka ovat perussuureiden yksiköt. Kaikki muut yksiköt, eli johdannaisyksiköt, voidaan muodostaa perusyksiköiden avulla. Perusyksiköille on vahvistettu joukko SI-etuliitteitä, jotka lisätään mittayksikön nimen eteen, kun siitä muodostetaan jokin sen monikertaa tai murto-osaa tarkoittava kerrannaisyksikkö.

  SI perusyksikkö
Perussuure Nimi Tunnus
pituus metri m
massa kilogramma kg
aika sekunti s
sähkövirta ampeeri A
termodynaaminen lämpötila kelvin K
ainemäärä mooli mol
valovoima kandela cd

Perusyksiköiden määritelmät

FINLEX: Valtioneuvoston asetus mittayksiköistä annetun valtioneuvoston asetuksen muuttamisesta 431/2020

Yksikkö Määritelmä
Sekunti

Ajan SI-yksikkö on sekunti. Sekunnin tunnus on s ja sen määritelmän perustana on cesium 133 -atomin häiritsemättömän perustilan ylihienorakennesiirtymää vastaavan taajuuden ∆νCs kiinteä lukuarvo 9 192 631 770, kun yksikkönä on Hz eli s−1.
Metri

Pituuden SI-yksikkö on metri. Metrin tunnus on m ja sen määritelmän perustana on tyhjiössä etenevän valon nopeuden c kiinteä lukuarvo 299 792 458, kun yksikkönä on m/s ja kun sekunnin määritelmän perustana on ΔvCs.​
Kilogramma

Massan SI-yksikkö on kilogramma. Kilogramman tunnus on kg ja sen määritelmän perustana on Planckin vakion h kiinteä lukuarvo 6,626 070 15 × 10−34, kun yksikkönä on J∙s eli kg∙m2∙−1 ja kun metrin ja sekunnin määritelmien perustana ovat c ja ΔvCs.
Ampeeri

Sähkövirran SI-yksikkö on ampeeri. Ampeerin tunnus on A ja sen määritelmän perustana on alkeisvarauksen e kiinteä lukuarvo 1,602 176 634 × 10−19, kun yksikkönä on C eli A∙s ja kun sekunnin määritelmän perustana on ΔvCs.​
Kelvin

Termodynaamisen lämpötilan SI-yksikkö on kelvin. Kelvinin tunnus on K ja sen määritelmän perustana on Boltzmannin vakion k kiinteä lukuarvo 1,380 649 × 10−23, kun yksikkönä on J∙K−1 eli kg∙m2∙s−2∙K−1 ja kun kilogramman, metrin ja sekunnin määritelmien perustana ovat h, c ja ΔvCs.
Mooli

Ainemäärän SI-yksikkö on mooli. Moolin tunnus on mol. Yksi mooli sisältää täsmälleen 6,022 140 76 × 1023 perusosasta. Tämä luku on Avogadron vakion NA kiinteä lukuarvo, jonka yksikkönä on mol−1, ja sitä kutsutaan nimityksellä Avogadron luku. Systeemin ainemäärä, jonka tunnus on n, esittää systeemin määriteltyjen perusosasten lukumäärää. Perusosanen voi olla atomi, molekyyli, ioni, elektroni, muu hiukkanen tai hiukkasten määritelty ryhmä.
Kandela

Valovoiman SI-yksikkö on kandela. Kandelan tunnus on cd ja sen määritelmän perustana on 540 × 1012 Hz:n taajuisen yksivärisen säteilyn valotehokkuuden Kcd kiinteä lukuarvo 683, kun yksikkönä on lm∙W−1 eli cd∙sr∙W−1 eli cd∙sr∙kg−1∙m−2∙s3 ja kun kilogramman, metrin ja sekunnin määritelmien perustana ovat h, c ja ΔvCs.​

SI-järjestelmän johdannaisyksiköt muodostetaan perusyksiköiden algebrallisina lausekkeina, jotka vastaavat perussuureiden avulla ilmaistuja johdannaissuureiden lausekkeita. Esimerkiksi tiheyden (massatiheys) johdannaisyksikkö on kg/m3. Joukolle johdannaisyksiköitä on annettu erityisnimet ja niitä vastaavat tunnukset; esim. voiman yksikön nimi on newton, N (kg·m·s–2).

Johdannaisyksiköt, joilla on oma nimi​.

Suure Nimi Tunnus Perusyksiköiden avulla lausuttuna
tasokulma radiaani rad 1 rad = 1 m/m
avaruuskulma steradiaani sr 1 sr = 1 m2/m2
taajuus hertsi Hz 1 Hz = 1 s-1
voima newton N 1 N = 1 kg∙m/s2
paine, jännitys pascal Pa 1 Pa = 1 N/m2
energia, työ, lämpömäärä joule J 1 J = 1 Nm
teho, säteilyvirta watti W 1 W = 1 J/s
sähkövaraus coulombi C 1 C = 1 As
jännite, sähkömotorinen voima sähköpotentiaali, potentiaaliero voltti V 1 V = 1 W/A
kapasitanssi faradi F 1 F = 1 C/V
resistanssi ohmi Ω 1 Ω = 1 V/A
konduktanssi / (sähkönjohtavuus) siemens S 1 S = 1 A/V
magneettivuo weber Wb 1 Wb = 1 Vs
magneettivuon tiheys tesla T 1 T = 1 Wb/m
induktanssi henry H 1 H = 1 Vs/A
celsiuslämpötila celsiusaste °C 1 °C = 1 K
valovirta luumen lm 1 lm = 1 cd∙sr
valaistusvoimakkuus luksi lx 1 lx = 1 lm/m2
(radio)aktiivisuus becquerel Bq 1 Bq = 1 s-1
absorboitunut annos gray Gy 1 Gy = 1 J/kg
annosekvivalentti sievert Sv 1 Sv = 1 J/kg
katalyyttinen aktiivisuus katal kat 1 kat = 1 mol/s

SI-etuliite merkitsee yksikön kertomista tietyllä kymmenen potenssilla. Etuliitteellisiä yksiköitä kutsutaan kerrannais- tai alikerrannaisyksiköiksi sen mukaan, onko potenssin eksponentti positiivinen vai negatiivinen. Yksi newton on esimerkiksi solujen tasolla hyvin suuri voima. Tällöin on mielekkäämpää puhua esimerkiksi pikonewtoneista pN (1 pN = 10–12 N).

SI-etuliitteet

Kerroin Nimi Tunnus Kerroin Nimi Tunnus
101 deka da 10–1 desi d
102 hehto h 10–2 sentti c
103 kilo k 10–3 milli m
106 mega M 10–6 mikro µ
109 giga G 10–9 nano n
1012 tera T 10–12 piko p
1015 peta P 10–15 femto f
1018 eksa E 10–18 atto a
1021 zetta Z 10–21 zepto z
1024 jotta Y 10–24 jokto y

Lisätietoja

Kansainvälisestä mittayksikköjärjestelmästä (SI): https://www.bipm.org/en/measurement-units/

SI-mittayksiköt artikkelisarja

Jäljitettävyys

Millaista elämämme olisi jos mittaustuloksiin ei voisi luottaa, jos esimerkiksi metrin mitta ei aina olisi samanpituinen, jos kilogramma vaihtelisi, jos mitattu lämpötila olisi vähän mitä sattuu, jos kukaan ei tietäisi oikeaa aikaa?

Tieto on päätösten ja johtopäätösten perusta, ja ilman tarkkoja mittauksia ei objektiivista, havaintoihin ja kokeisiin perustuvaa tietoa voi saada.

Jos mitattava kohde ei muutu, on eri aikana eri laitteilla tehtyjen mittaustulosten oltava yhtäpitäviä mittalaitteiden mittaustarkkuuksien rajoissa. Mittauksen toistettavuus on metrologian kulmakivi, joka toteutetaan jäljitettävyyden avulla. Jäljitettävyyden perustana ovat mittalaitteiden kalibroinnit, joissa verrataan mittalaitteen antamaa lukemaa mittanormaalin ilmoittamaan arvoon. Mittanormaalilla ymmärretään mittalaitetta jota käytetään referenssinä ja jolla on ilmoitettu suuren arvo ja siihen liittyvä mittausepävarmuus. Kalibroinnissa saadaan siis tietoa siitä kuinka paljon tietty mittalaite näyttää väärin. Jäljitettävyydellä ymmärretään sellaista SI-yksikköön ulottuvaa katkeamatonta kalibrointiketjua, jossa

  • kaikista ketjun osista on kalibrointitodistus
  • mittausmenetelmä on dokumentoitu
  • mittaustulokset on kirjattu ja säilytetty
  • kalibroinnit ovat ajan tasalla
  • laitteet ovat yksilöitävissä
  • mittausepävarmuus on tiedossa ja ilmoitettu
  • kalibroinnit tehneet laboratoriot ovat osoittaneet pätevyytensä

Suomen kansallinen mittanormaalijärjestelmä

Kansallisen mittanormaalijärjestelmän tehtävänä on toteuttaa kansainvälinen SI-mittayksikköjärjestelmä ylläpitämällä ja kehittämällä kansallisia mittanormaaleja ja tarjota niihin liittyviä kalibrointipalveluja. Kansallisia mittanormaaleja ylläpidetään SI-järjestelmän perus- ja johdannaisyksiköille järjestelmän hyödyntäjien tarvitsemassa laajuudessa. Ylläpidosta ja niihin liittyvistä palveluista vastaavat kansalliset mittanormaalilaboratoriot huolehtivat, että kansalliset mittanormaalit ovat metrologisesti jäljitettäviä mittayksikön määritelmään joko suoraan tai kansainvälisesti hyväksytyn mittanormaalin välityksellä.

VTT MIKES kansallisena metrologiainstituuttina vastaa kansallisen mittanormaalijärjestelmän yleisestä toteuttamisesta ja kehittämisestä. Se toimii itse myös kansallisena mittanormaalilaboratoriona vastaten suurimmasta osasta fysikaalisiin suureisiin liittyvistä mittanormaaleista (sähkösuureet, akustiikka, aika ja taajuus, lämpötila, kosteus, paine, pituus, geometriset suureet, virtaus, massa, voima ja vääntömomentti). Optisille suureille (foto- ja radiometria) VTT MIKES on nimennyt Aalto-yliopiston (MIKES Aalto Mittaustekniikka) kansalliseksi mittanormaalilaboratorioksi. Säteilyturvakeskus (STUK) toimii ionisoivan säteilyn kansallisena mittanormaalilaboratoriona säteilylain perusteella. Maanmittauslaitoksen Paikkatietokeskus (FGI) toimii putoamiskiihtyvyyden ja geodesiassa käytetyn pituuden osalta kansallisena mittanormaalilaboratoriona Maanmittauslaitoksesta annetun asetuksen perusteella. Kemiallisten suureiden osalta VTT MIKES on tehnyt sopimuksen Ilmatieteen laitoksen (MIKES-FMI) kanssa eräiden kaasumaisten yhdisteiden kalibrointipalvelun ylläpidosta liittyen ilmanlaadun metrologisesti jäljitettäviin mittauksiin sekä Suomen ympäristökeskuksen (MIKES-SYKE) kanssa sen toimimisesta tiettyjen vesiympäristön kemiallisten analyysien sopimuslaboratoriona. 

Kaavio MIKESin organisaatiosta

Osana mittanormaalitoimintaa kansallisen mittanormaalilaboratorion tulee tehdä mittaustieteellistä tutkimusta, osallistua kansainvälisiin vertailumittauksiin ja muuhun kansainväliseen yhteistyöhön sekä toimia asiantuntijana pätevyysalueellaan. Kansallisen mittanormaalijärjestelmän avulla varmistetaan tarkkuudeltaan riittävien ja luotettavien kalibrointien saatavuus niin akkreditoiduille kalibrointilaboratorioille kuin muille tarkkoja kalibrointeja vaativille toimijoille.

Kaikki kansalliset mittanormaali- ja sopimuslaboratoriot ovat liittyneet nimettyinä laitoksina (Designated Institute, DI) VTT MIKESin Suomen puolesta allekirjoittamaan kansainväliseen mittayksiköitä koskevaan sopimukseen. Tässä CIPM MRA -sopimuksessa kaikki osapuolet sitoutuvat tunnustamaan toistensa antamat kalibrointi- ja mittaustodistukset siinä laajuudessa kuin niiden pätevyysalueet on hyväksytty KCBD-tietokantaan. Tietokannassa on esitetty ne osapuolten pätevyysalueet eli mittaus- ja kalibrointikyvyt (CMC) jotka on vertaisarvioinneilla hyväksytty yhteisesti sovittujen kriteerien mukaisesti. Kaikki nimetyt laboratoriot ovat myös VTT MIKESin liitännäisjäseninä (Assosiate Member) Euroopan metrologialaitosten yhteistyöorganisaatiossa EURAMETissa. VTT MIKES kansallisena metrologialaitoksena valvoo ja ohjaa nimeämiään laboratorioita. Laboratorioiden tulee täyttää lainsäädännössä ja kansainvälisessä toiminnassa sille asetetut vaatimukset esim. pätevyyden ja laatujärjestelmän osalta.

Lisätietoja kansallisista mittanormaali- ja sopimuslaboratorioista ja niiden kalibrointipalveluista löytyy laboratorioiden omilta nettisivuilta:

Suomen kansallisen mittanormaalijärjestelmän toteuttaminen ja tehtävät perustuvat lainsäädäntöön. Lisätietoja löytyy mm. seuraavista laeista ja asetuksista: