Международная температурная шкала 1990 г. - International Temperature Scale of 1990

Международная температурная шкала 1990 ( СТС-90 ) является стандартом калибровки оборудования , указанный Международным комитетом мер и весов (МК) путем для проведения измерений на Кельвине и Цельсий температурных шкалах . Это приближение к термодинамической температуре, которое облегчает сопоставимость и совместимость измерений температуры на международном уровне. Он определяет четырнадцать точек калибровки в диапазоне отОт 0,65 К до1 357 0,77 К (От −272,50 ° C до1 084 0,62 ° С ) и подразделяется на множество температурных диапазонов , которые перекрываются в некоторых случаях. ITS-90 - это последняя из серии международных температурных шкал, принятых CIPM с 1927 года. Принятая на Генеральной конференции по мерам и весам 1989 года, она заменяет Международную практическую температурную шкалу 1968 года (исправленное издание 1975 года) и 1976 года. «Предварительная температурная шкала от 0,5 K до 30 K». CCT также опубликовал несколько онлайн-справочников в помощь реализации ITS-90. Самая низкая температура, охватываемая ITS-90, составляет 0,65 К. В 2000 году шкала температур была расширена до 0,9 мК за счет принятия дополнительной шкалы, известной как Предварительная шкала низких температур 2000 года (PLTS-2000).

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 усовершенствованием методов первичной термометрии приведет к постепенному отказу от использования ITS-90 и PLTS-2000 в будущем.

Подробности

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) и термометры монохроматического излучения .

Хотя температурные шкалы Кельвина и Цельсия (до 2019 г.) определялись с использованием тройной точки воды (273,16 К или0,01 ° C ), нецелесообразно использовать это определение при температурах, сильно отличающихся от тройной точки 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 самые глубокие криогенные точки основаны исключительно на соотношении давления пара и температуры гелия и его изотопов, тогда как остальные его холодные точки (ниже комнатной температуры) основаны на тройных точках . Примеры других определяющих точек - тройная точка равновесия водорода (13.8033 К или−259,3467 ° C ) и точки замерзания алюминия (933,473 К или660,323 ° С ).

Определяющие фиксированные точки ITS-90 относятся к чистым химическим образцам с определенным изотопным составом. Как следствие этого, ITS-90 содержит несколько уравнений для корректировки колебаний температуры из-за примесей и изотопного состава.

Термометры, откалиброванные с помощью 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 также 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, идет ли тепло в (плавки) или из (замораживания) образца , когда измерение производится. Только галлий измеряется в точках его плавления; все другие металлы с определяющими фиксированными точками на ITS-90 измеряются в их точках замерзания.

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 определению.

Ограничения

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 соблюдении двухточечного определения 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. ITS-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 (миллиардных долей кельвина), ученые используют лазерное оборудование на оптической решетке для адиабатического охлаждения атомов, выключения улавливающих лазеров и просто измерения того, насколько далеко атомы дрейфуют с течением 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 в тройной точке воды (273,1600 К), но возрастают. снова до 10 мК при температурах, близких к 430 К, и до 46 мК при температурах, близких к 1150 К.

Стандартные интерполирующие термометры и их диапазоны

Нижний (K) Верхний (K) Вариации Термометр Стратегия калибровки и интерполяции
0000,65 0003,2 01 Термометр давления паров гелия-3 Отношение давления пара к температуре фиксируется заданной функцией.
0001,25 0002,1768 01 Термометр давления паров гелия-4 Отношение давления пара к температуре фиксируется заданной функцией.
0002,1768 0005.0 01 Термометр давления паров гелия-4 Отношение давления пара к температуре фиксируется заданной функцией.
0003 0024,5561 01 Термометр газообразный гелий Откалиброван в трех фиксированных точках в этом диапазоне и определенным образом интерполирован.
0013,8033 1234,93 11 Платиновый термометр сопротивления Сопротивление откалибровано в различных фиксированных точках и определенным образом интерполировано.
Указаны одиннадцать различных процедур калибровки.
1234,93 03 Радиационный термометр Откалибровано в одной фиксированной точке и экстраполировано в соответствии с законом Планка .
Может быть откалиброван по температуре замерзания Ag, Au или Cu.

Определение точек

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 273,16 0,01 491,69 32,02
Температура плавления из галлия 302,9146 29,7646 545,2463 85,5763
Точка замерзания из индии 429,7485 156,5985 773,5473 313,8773
Температура замерзания олова 505,078 231,928 909,140 449 470
Температура замерзания цинка 692,677 419 527 1 246 819 787,149
Температура замерзания алюминия 933,473 660,323 1 680 251 1 220 581
Температура замерзания серебра 1 234,93 961,78 2 222,87 1,763,20
Точка замерзания золота 1337,33 1 064,18 2,407,19 1 947,52
Температура замерзания меди 1 357,77 1 084,62 2443,99 1 984,32

Смотрите также

Рекомендации

Внешние ссылки