Международная температурная шкала 1990 ( СТС-90 ) , опубликованный Консультативный комитет по термометрии (ССТ) от Международного комитета мер и весов (МК) является стандартным оборудованием калибровки для проведения измерений на Кельвине и Цельсий температурных шкалах . ITS-90 - это аппроксимация термодинамической температурной шкалы, которая обеспечивает сопоставимость и совместимость измерений температуры на международном уровне. Он определяет четырнадцать точек калибровки в диапазоне отОт 0,65 ± 0 К до1 357 0,77 ± 0 К (От −272,50 ± 0 ° C до1 084 0,62 ± 0 ° С ) и подразделяется на множество температурных диапазонов , которые перекрываются в некоторых случаях. ITS-90 - последняя (по состоянию на 2014 год) из серии Международных температурных шкал, принятых CIPM с 1927 года. [1] Принятая на Генеральной конференции по мерам и весам 1989 года, она заменяет Международную практическую температурную шкалу 1968 года (исправленное издание) 1975 г.) и «Предварительная температурная шкала от 0,5 К до 30 К. 1976 г.». CCT также приняла mise en pratique (практические инструкции) в 2011 году. [2] Самая низкая температура, охватываемая ITS-90, составляет 0,65 К. В 2000 году температурная шкала была расширена до 0,9 мК за счет принятия дополнительных шкала, известная какПредварительная низкотемпературная шкала 2000 г. (PLTS-2000). [3]
В 2019 году кельвин был пересмотрен , однако изменение было очень незначительным по сравнению с неопределенностями ITS-90, поэтому ITS-90 остается рекомендуемой практической температурной шкалой без каких-либо значительных изменений. Ожидается, что новое определение в сочетании с улучшением методов первичной термометрии позволит в будущем постепенно отказаться от использования ITS-90 (и PLTS-2000). [4]
Подробности [ править ]
ITS-90 разработан для максимально точного отображения термодинамической (абсолютной) шкалы температур (относящейся к абсолютному нулю ) во всем ее диапазоне. Для охвата всего диапазона требуется множество различных конструкций термометров. К ним относятся термометры давления паров гелия, термометры газообразного гелия, стандартные платиновые термометры сопротивления (известные как SPRT, PRT или платиновые RTD) и термометры монохроматического излучения .
Хотя шкалы Кельвина и Цельсия (до 2019 г.) определялись с использованием абсолютного нуля (0 K) и тройной точки воды (273,16 K и 0,01 ° C), нецелесообразно использовать это определение при температурах, которые сильно отличаются от тройной точки. точка воды. Соответственно, ITS-90 использует множество определенных точек, каждая из которых основана на различных состояниях термодинамического равновесия четырнадцати чистых химических элементов и одного соединения (воды). Большинство определенных точек основано на фазовом переходе ; в частности, точка плавления / замерзания чистого химического элемента. Однако наиболее глубокие криогенные точки основаны исключительно наОтношение давления пара к температуре гелия и его изотопов, тогда как остальные его холодные точки (ниже комнатной температуры) основаны на тройных точках . Примерами других определяющих точек являются тройная точка водорода (-259,3467 ° C) и точка замерзания алюминия (660,323 ° C).
Термометры, откалиброванные по ITS-90, используют сложные математические формулы для интерполяции между определенными точками. ITS-90 устанавливает строгий контроль над переменными, чтобы гарантировать воспроизводимость от лаборатории к лаборатории. Например, компенсируется небольшое влияние атмосферного давления на различные точки плавления (эффект, который обычно составляет не более половины милликельвина на разных высотах и различных барометрических давлениях, которые могут возникнуть). Стандарт даже компенсирует влияние давления из-за того, насколько глубоко датчик температуры погружен в образец. ITS-90 также проводит различие между точками «замерзания» и «плавления». Различие зависит от того тепла происходит в (плавки) или из(замораживание) образца при проведении измерения. При плавлении измеряется только галлий; все остальные металлы измеряются при замораживании образцов.
Практический эффект ITS-90 заключается в том, что тройные точки и точки замерзания / плавления его тринадцати химических элементов точно известны для всех измерений температуры, калиброванных по ITS-90, поскольку эти тринадцать значений фиксированы по его определению.
Ограничения [ править ]
Часто есть небольшие различия между измерениями, откалиброванными по ITS-90, и термодинамической температуре . Например, точные измерения показывают, что точка кипения воды VSMOW при давлении в одну стандартную атмосферу на самом деле составляет 373,1339 К (99,9839 ° C) при строгом соблюдениик двухточечному определению термодинамической температуры. При калибровке по ITS-90, где необходимо выполнить интерполяцию между определяющими точками галлия и индия, температура кипения воды VSMOW примерно на 10 мК меньше, примерно 99,974 ° C. Преимущество ITS-90 заключается в том, что другая лаборатория в другой части мира с легкостью будет измерять ту же самую температуру благодаря преимуществам всеобъемлющего международного калибровочного стандарта, включающего множество удобно расположенных, воспроизводимых, определяющих точек, охватывающих широкий диапазон температур.
Хотя в названии «Международной температурной шкалы 1990 года» есть слово «шкала», это неправильное название может ввести в заблуждение. ИТС-90 - это не весы; это эталон калибровки оборудования . Температуры, измеренные с помощью оборудования, откалиброванного в соответствии с ITS-90, могут быть выражены с использованием любой температурной шкалы, такой как Цельсия, Кельвина, Фаренгейта или Ранкина. Например, температуру можно измерить с помощью оборудования, откалиброванного по стандарту ITS-90 на основе кельвина, и затем это значение может быть преобразовано в значение по шкале Фаренгейта (например, 211,953 ° F) и выражено в виде.
ITS-90 не касается узкоспециализированного оборудования и процедур, используемых для измерения температур, чрезвычайно близких к абсолютному нулю. Например, чтобы измерить температуру в диапазоне нанокельвина (миллиардные доли кельвина), ученые используют лазерное оборудование на оптической решетке для адиабатического охлаждения атомов, выключения улавливающих лазеров и просто измерения того, насколько далеко атомы дрейфуют во времени, чтобы измерить их температуру. Атом цезия со скоростью 7 мм / с эквивалентен температуре около 700 нК (что было рекордно низкой температурой, достигнутой NIST в 1994 году).
Оценки разницы между термодинамической температурой и ITS-90 ( T - T 90 ) были опубликованы в 2010 году. Стало очевидно, что ITS-90 значительно отклоняется от PLTS-2000 в перекрывающемся диапазоне от 0,65 K до 2 K. при этом была принята новая шкала давления паров 3 He, известная как PTB-2006. Для более высоких температур ожидаемые значения T - T 90 ниже 0,1 мК для температур 4,2–8 К, до 8 мК при температурах, близких к 130 К, до 0,1 мК [4] в тройной точке воды (273,1600 К). , но снова возрастает до 10 мК при температурах, близких к 430 К, и достигая 46 мК при температурах, близких к 1150 К. [5]
Стандартные интерполирующие термометры и их диапазоны [ править ]
 | В этом разделе не процитировать любые источники . ( Октябрь 2017 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения ) |
| Нижний (K) | Верхний (K) | Вариации | Термометр | Стратегия калибровки и интерполяции |
|---|---|---|---|---|
| 0,65 | 3,2 | 1 | Термометр давления паров гелия-3 | Отношение давления пара к температуре фиксируется заданной функцией. |
| 1,25 | 2,1768 | 1 | Термометр давления паров гелия-4 | Отношение давления пара к температуре фиксируется заданной функцией. |
| 2,1768 | 5,0 | 1 | Термометр давления паров гелия-4 | Отношение давления пара к температуре фиксируется заданной функцией. |
| 3,0 | 24.5561 | 1 | Термометр газообразный гелий | Откалиброван в трех фиксированных точках в этом диапазоне и определенным образом интерполирован. |
| 13,8033 | 1234,93 | 11 | Платиновый термометр сопротивления | Сопротивление откалибровано в различных фиксированных точках и определенным образом интерполировано. Указаны одиннадцать различных процедур калибровки. |
| 1234,93 | 3 | Оптический пирометр | Откалибровано в одной фиксированной точке и экстраполировано в соответствии с законом Планка . Может быть откалиброван по температуре замерзания Ag, Au или Cu. |
Определение точек [ править ]
В таблице ниже перечислены определяющие фиксированные точки ITS-90.
| Вещество и его состояние | Определяющая точка (диапазон) | |||
|---|---|---|---|---|
| K | ° C | ° R | ° F | |
| Тройная точка из водорода | 13,8033 | -259,3467 | 24,8459 | -434,8241 |
| Тройная точка неона | 24,5561 | -248,5939 | 44.2010 | -415,4690 |
| Тройная точка кислорода | 54,3584 | −218,7916 | 97,8451 | -361,8249 |
| Тройная точка аргона | 83,8058 | -189,3442 | 150,8504 | -308,8196 |
| Тройная точка ртути | 234,3156 | -38,8344 | 421,7681 | -37,9019 |
| Тройная точка воды [примечание 1] | 273,16 | 0,01 | 491,69 | 32,02 |
| Точка плавления [примечание 2] из галлия | 302,9146 | 29,7646 | 545,2463 | 85,5763 |
| Точка замерзания [примечание 2] из индия | 429,7485 | 156,5985 | 773,5473 | 313,8773 |
| Точка замерзания [примечание 2] из олова | 505,078 | 231,928 | 909,140 | 449 470 |
| Точка замерзания [примечание 2] из цинка | 692,677 | 419 527 | 1 246 819 | 787,149 |
| Точка замерзания [примечание 2] из алюминия | 933,473 | 660,323 | 1 680 251 | 1 220 581 |
| Точка замерзания [примечание 2] из серебра | 1 234,93 | 961,78 | 2 222,87 | 1,763,20 |
| Точка замерзания [примечание 2] из золота | 1337,33 | 1 064,18 | 2,407,19 | 1 947,52 |
| Точка замерзания [примечание 2] из меди | 1 357,77 | 1 084,62 | 2443,99 | 1 984,32 |
- ^ Тройную точку воды часто аппроксимируют, используя температуру плавления воды при стандартных условиях для температуры и давления .
- ^ a b c d e f g h Точки плавления и замерзания различаются по тому, входит ли тепло в образец или выходит из него при измерении его температуры. См. Температуру плавления для получения дополнительной информации.
См. Также [ править ]
- Термодинамическая (абсолютная) температура - «истинная температура», которую ITS-90 пытается приблизить.
- Предварительная низкой температуры Шкала 2000 (PLTS-2000) - более новой температурной шкалы для диапазона 0,0009 K до 1 K, на основе давления плавления от гелия-3 .
- Кельвин
- Тройная точка
- Венский стандарт средней океанической воды (VSMOW)
- Термометр сопротивления
- Платиновый термометр сопротивления
- Планковский локус § Международная температурная шкала - как последовательные пересмотры температурной шкалы повлияли на соотношение между спектром и температурой черного тела
Ссылки [ править ]
- ^ «Начиная с 1927 года, CIPM, действуя под руководством Генеральной конференции по мерам и весам (CGPM), а с 1937 года по рекомендации своего Консультативного комитета по термометрии (CCT), принял серию международных температурных шкал. Вслед за шкалой 1927 года в 1948, 1968 и 1990 годах были приняты новые шкалы с небольшими изменениями в периоды между ними ».
- ^ «На практике первичная термометрия сложна и требует много времени и не является практическим средством измерения температуры в градусах Кельвина. В качестве альтернативы Международная температурная шкала предоставляет международно признанный рецепт для определения температуры на практике». Консультативный комитет по термометрии, " Mise en pratique for the definition of kelvin", 2011.
- ^ «Значительные исследования были проведены по установлению температурной шкалы, простирающейся до температур ниже 0,65 К; результатом является PLTS-2000, определяющая температуру от 1 К до 0,9 мК. PLTS-2000 явно является предварительной шкалой, признавая что наборы данных, составляющие основу шкалы, были несколько несовместимы ниже 10 мК. В диапазоне температур от 0,65 К до 1 К температура может быть определена либо на ITS-90, либо на PLTS-2000. Любая шкала приемлема; выбор шкалы обычно продиктованы удобством или достижимой неопределенностью реализации. В тех редких случаях, когда удобно использовать любую шкалу, T 2000 является лучшим приближением термодинамической температуры, чем T 90в области перекрытия. "Консультативный комитет по термометрии" Mise en pratique for the definition of kelvin ", 2011.
- ^ a b " Mise en pratique для определения кельвина в SI" BIPM, май 2019.
- ^ Оценки различий между термодинамической температурой и ITS-90 (2010)
- Престон-Томас Х., Metrologia, 1990, 27 (1), 3-10 (измененная версия).
- " Mise en pratique для определения кельвина" (PDF) . Севр , Франция: Консультативный комитет по термометрии (CCT), Международный комитет мер и весов (CIPM). 2011 . Проверено 25 июня 2013 года .
- Консультативный комитет по термометрии (ККТ) (1989). «Международная температурная шкала 1990 г. (ITS-90)» (PDF) . Procès-verbaux du Comité International des Poids et Mesures, 78-е заседание . Севр , Франция: Международный комитет мер и весов (CIPM) . Проверено 25 июня 2013 года .
Внешние ссылки [ править ]
- Интернет-ресурс ITS-90 (компания ISOTech Ltd)
- ITS-90 (Шведский национальный исследовательский и испытательный институт)
- О датчиках температуры (хранилище информации)
- База данных термопар NIST ITS-90 (Министерство торговли США, Национальный институт стандартов и технологий)
- Преобразование между различными международными шкалами температур; уравнения и алгоритмы.
- Официальная публикация CIPM ITS-90 на 78-м заседании в 1989 г.
