Введение

Практическая температурная шкала

Международная температурная шкала 1990 года (ITS 90) — это стандарт калибровки оборудования, установленный Международным комитетом по весам и мерам (CIPM) для проведения измерений по шкалам температур Кельвина и Цельсия. Она является приближением к термодинамической температуре, которое обеспечивает сопоставимость и совместимость измерений температуры на международном уровне. Шкала определяет четырнадцать точек калибровки в диапазоне от 0,65 до 1357,77 (от 272,50 до 1084,62) и подразделяется на несколько температурных диапазонов, которые в некоторых случаях перекрываются. ITS 90 является последней из серии международных температурных шкал, принятых CIPM с 1927 года. Принятая на Генеральной конференции по весам и мерам в 1989 году, она заменяет Международную практическую температурную шкалу 1968 года (с поправками 1975 года) и "Провизорную температурную шкалу от 0,5 К до 30 К" 1976 года. Консультативный комитет по термометрии (CCT) также опубликовал несколько онлайн-руководств для облегчения реализации ITS 90. Самая низкая температура, охватываемая ITS 90, составляет 0,65 К. В 2000 году температурный диапазон был расширен до 0,9 мК путем принятия дополнительной шкалы, известной как Временная шкала низких температур 2000 года (PLTS 2000). В 2019 году было дано новое определение кельвину. Однако это изменение было незначительным по сравнению с неопределенностями ITS 90, поэтому ITS 90 остается рекомендуемой практической температурной шкалой без существенных изменений. Ожидается, что переопределение, в сочетании с совершенствованием методов первичной термометрии, в будущем приведет к отказу от использования ITS 90 и PLTS 2000.

Подробности

ITS 90 разработан для максимально точного представления термодинамической (абсолютной) температурной шкалы (с привязкой к абсолютному нулю) во всем ее диапазоне. Для охвата всего диапазона требуется множество различных конструкций термометров, включая термометры давления паров гелия, газовые термометры гелия, стандартные платиновые термометры сопротивления (известные как SPRT) и монохроматические термометры излучения. Хотя температурные шкалы Кельвина и Цельсия (до 2019 года) определялись с использованием тройной точки воды (273,16 или 0,01), использование этого определения при температурах, значительно отличающихся от тройной точки воды, непрактично. Соответственно, ITS 90 использует многочисленные определяющие точки, все из которых основаны на различных термодинамических состояниях равновесия четырнадцати чистых химических элементов и одного соединения (воды). Большинство определяющих точек основаны на фазовом переходе, в частности, на точке плавления/замерзания чистого химического элемента. Однако самые низкие криогенные точки основаны исключительно на зависимости давления пара от температуры гелия и его изотопов, в то время как остальные холодные точки (ниже комнатной температуры) основаны на тройных точках. Примерами других определяющих точек являются тройная точка равновесного водорода (13,8033 или 259,3467) и точка замерзания алюминия (933,473 или 660,323). Определяющие фиксированные точки ITS 90 относятся к чистым химическим образцам с определенным изотопным составом. В связи с этим ITS 90 содержит несколько уравнений для коррекции температурных отклонений, вызванных примесями и изотопным составом. Термометры, откалиброванные по ITS 90, используют сложные математические формулы для интерполяции между его определяющими точками. ITS 90 предусматривает строгий контроль переменных для обеспечения воспроизводимости результатов от лаборатории к лаборатории. Например, компенсируется небольшое влияние атмосферного давления на различные точки плавления (эффект, который обычно не превышает половины милликельвина при различных высотах и барометрических давлениях). Стандарт также компенсирует влияние давления, обусловленное глубиной погружения термодатчика в образец. ITS 90 также проводит различие между точками "замерзания" и "плавления". Это различие зависит от того, поступает ли тепло в образец (при плавлении) или выделяется из него (при замерзании) во время измерения. Только галлий измеряется в точке плавления; все остальные металлы с определяющими фиксированными точками в ITS 90 измеряются в точке замерзания. Практическим следствием ITS 90 является то, что тройные точки и точки замерзания/плавления его тринадцати химических элементов точно известны для всех измерений температуры, калиброванных в соответствии с ITS 90, поскольку эти тринадцать значений фиксированы по определению.

Стандартные интерполирующие термометры и их диапазоны

Нижний (K) Верхний (K) Вариации Термометр Калибровка и стратегия интерполяции 0,65 3,2 1 Гелий-3 Термометр на основе давления пара Зависимость давления пара от температуры фиксируется заданной функцией. 1,25 2,1768 1 Гелий-4 Термометр на основе давления пара Зависимость давления пара от температуры фиксируется заданной функцией. 13,8033 1234,93 11 Платиновый термометр сопротивления Сопротивление калибруется в различных фиксированных точках и интерполируется заданным способом. Определены одиннадцать различных процедур калибровки.

Определяющие точки

В таблице ниже перечислены определяющие фиксированные точки ITS 90. Вещество и его состояние Температура по ITS 90 Фактическая температура K °C °R °F K Тройная точка водорода Тройная точка неона Тройная точка кислорода Тройная точка аргона Тройная точка ртути Тройная точка воды 273.1600 Точка плавления галлия Точка замерзания индия Точка замерзания олова Точка замерзания цинка Точка замерзания алюминия Точка замерзания серебра Точка замерзания золота Точка замерзания меди