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

В Международная температурная шкала 1990 г. (ИТС-90) опубликовано Консультативным комитетом по термометрии (CCT) Международный комитет мер и весов (CIPM) - это стандарт калибровки оборудования для проведения измерений на Кельвин и Цельсия температурные шкалы. ITS-90 - это аппроксимация термодинамической температурной шкалы, которая обеспечивает сопоставимость и совместимость измерений температуры на международном уровне. Он определяет четырнадцать точек калибровки в диапазоне от 0.65±0 К к 1357.77±0 К (−272.50±0 ° C к 1084.62±0 ° C) и подразделяется на несколько температурных диапазонов, которые в некоторых случаях перекрываются. 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 года) и «Предварительную температурную шкалу от 0,5 К до 30 К 1976 года». CCT также принял Mise en Pratique (практические инструкции) в 2011 г.^[2]Самая низкая температура, охватываемая ITS-90, составляет 0,65 К. В 2000 г. температурная шкала была расширена до 0,9 мК за счет принятия дополнительной шкалы, известной как Предварительная низкотемпературная шкала 2000 г. (ПЛТС-2000).^[3]

В 2019 году кельвин получил новое определение 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 позволит в будущем постепенно отказаться от использования ITS-90 (и PLTS-2000).^[4]

Подробности

ИТС-90 представляет собой термодинамическая (абсолютная) шкала температур (ссылаясь абсолютный ноль ) как можно точнее во всем диапазоне. Требуется много различных конструкций термометров, чтобы охватить весь диапазон. К ним относятся термометры давления паров гелия, термометры газообразного гелия, стандартные платиновые термометры сопротивления (известные как SPRT, PRT или Platinum RTD) и термометры монохроматического излучения.

Хотя шкалы Кельвина и Цельсия (до 2019 г.) определялись с использованием абсолютного нуля (0 K) и тройная точка воды (273,16 K и 0,01 ° C), нецелесообразно использовать это определение при температурах, которые сильно отличаются от тройной точки воды. Соответственно, ITS-90 использует множество определенных точек, каждая из которых основана на различных термодинамический равновесные состояния четырнадцати чистых химические элементы и один сложный (воды). Большинство определенных точек основаны на фаза перехода; в частности таяние /замораживание точка чистого химического элемента. Однако самые глубокие криогенный баллы основаны исключительно на давление газа / температурные отношения гелия и его изотопов, тогда как остальные его холодные точки (ниже комнатной температуры) основаны на тройные очки. Примерами других определяющих точек являются тройная точка водорода (-259,3467 ° C) и точка замерзания алюминия (660,323 ° C).

Термометры, откалиброванные в соответствии с 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 милликельвин на разных высотах и возможных атмосферных давлениях). 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, идет ли тепло. в (плавление) или снаружи (замораживание) образца при проведении измерения. При плавлении измеряется только галлий; все остальные металлы измеряются во время замораживания образцов.

Практический эффект ITS-90 состоит в том, что тройные точки и точки замерзания / плавления его тринадцати химических элементов точно известны для всех температурных измерений, калиброванных по ITS-90, поскольку эти тринадцать значений фиксированы по его определению.

Ограничения

Часто есть небольшие различия между измерениями, откалиброванными по ITS-90 и термодинамическая температура. 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 соблюдении строго к 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. Достоинством ITS-90 является то, 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, для измерения температуры в диапазоне нанокельвина (миллиардных долей кельвина) ученые использовали оптическая решетка лазерное оборудование для адиабатически охладите атомы, выключите улавливающие лазеры и просто измерьте, как далеко дрейфуют атомы 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 г.).

Оценки различий между термодинамической температурой и ITS-90 (Т − Т₉₀) были опубликованы в 2010 году. Стало очевидно, что ITS-90 значительно отличается от PLTS-2000 в перекрывающемся диапазоне от 0,65 K до 2 K. Для решения этой проблемы был разработан новый ³Была принята шкала давления паров, известная как PTB-2006. Для более высоких температур ожидаемые значения для Т − Т₉₀ ниже 0,1 мК для температур 4,2 К - 8 К, до 8 мкК при температурах близких к 130 К, до 0,1 мК^[4] в тройной точке воды (273,1600 К), но снова повышается 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

Нижний (K)	Верхний (K)	Вариации	Термометр	Стратегия калибровки и интерполяции
0000.65	0003.2	01	Гелий-3 термометр давления пара	Давление газа –Температурная зависимость, фиксируемая указанной функцией.
0001.25	0002.1768	01	Гелий-4 термометр давления пара	Давление газа –Температурная зависимость, фиксируемая указанной функцией.
0002.1768	0005.0	01	Гелий-4 термометр давления пара	Давление газа –Температурная зависимость, фиксируемая заданной функцией.
0003.0	0024.5561	01	Гелий газовый термометр	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	Оптический пирометр	Откалиброван в одной фиксированной точке и экстраполирован в соответствии с Закон 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)
Вещество и его состояние	K	° C	° R	° F
Тройная точка из водород	13.8033	−259.3467	24.8459	−434.8241
Тройная точка неон	24.5561	−248.5939	44.2010	−415.4690
Тройная точка кислород	54.3584	−218.7916	97.8451	−361.8249
Тройная точка аргон	83.8058	−189.3442	150.8504	−308.8196
Тройная точка Меркурий	234.3156	−38.8344	421.7681	−37.9019
Тройная точка воды^{[примечание 1]}	273.16	0.01	491.69	32.02
Температура плавления^{[заметка 2]} из галлий	302.9146	29.7646	545.2463	85.5763
Точка замерзания^{[заметка 2]} из индий	429.7485	156.5985	773.5473	313.8773
Точка замерзания^{[заметка 2]} из банка	505.078	231.928	909.140	449.470
Точка замерзания^{[заметка 2]} из цинк	692.677	419.527	1,246.819	787.149
Точка замерзания^{[заметка 2]} из алюминий	933.473	660.323	1,680.251	1,220.581
Точка замерзания^{[заметка 2]} из серебро	1,234.93	961.78	2,222.87	1,763.20
Точка замерзания^{[заметка 2]} из золото	1,337.33	1,064.18	2,407.19	1,947.52
Точка замерзания^{[заметка 2]} из медь	1,357.77	1,084.62	2,443.99	1,984.32

^ Тройную точку воды часто аппроксимируют, используя температуру плавления воды при стандартные условия по температуре и давлению.
^ ^а ^б ^c ^d ^е ^ж ^грамм ^час Точки плавления и замерзания различаются по тому, входит ли тепло в образец или выходит из него при измерении его температуры. Видеть температура плавления для дополнительной информации.

Смотрите также

Термодинамическая (абсолютная) температура - «истинная температура», которую пытается приблизить ITS-90.
Предварительная низкотемпературная шкала 2000 г. (PLTS-2000) - Новая шкала температур для диапазона от 0,0009 K до 1 K, основанная на давление плавления из гелий-3.
Кельвин
Тройная точка
Венская стандартная средняя океанская вода (VSMOW)
Термометр сопротивления
Платиновый термометр сопротивления

внешняя ссылка

[6] Тройную точку воды часто аппроксимируют, используя температуру плавления воды при стандартные условия по температуре и давлению.

[mpvsfp-7] а ^б ^c ^d ^е ^ж ^грамм ^час Точки плавления и замерзания различаются по тому, входит ли тепло в образец или выходит из него при измерении его температуры. Видеть температура плавления для дополнительной информации.

[1] "Начиная с 1927 года CIPM, действуя под руководством Генеральной конференции по весам и измерениям (CGPM), а с 1937 года по рекомендации своего Консультативного комитета по термометрии (CCT), принял серию международных температурных шкал. в масштабе 1927 года новые шкалы были приняты в 1948, 1968 и 1990 годах с небольшими изменениями в периоды между ними ».

[2] «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 для определения кельвина », 2011.

[3] «Значительные исследования были проведены по установлению температурной шкалы, простирающейся до температур ниже 0,65 К; результатом является PLTS-2000, определяющий 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 продиктовано удобством или достижимой неопределенностью реализации. В тех редких случаях, когда удобно использовать любую шкалу, Т₂₀₀₀ является лучшим приближением термодинамической температуры, чем T₉₀ в области перекрытия. «Консультативный комитет по термометрии»,Mise en pratique для определения кельвина », 2011.

[mepk2019-4] а ^б "Mise en pratique для определения кельвина в СИ » BIPM, май 2019.

[5] Оценки разницы между термодинамической температурой и ITS-90 (2010)

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[примечание 1]

[заметка 2]