МПТШ

В книге английского ученого Т. Куинна, заместителя директора Л еждународного бюро мер н весов, обобщены результаты развития термометрии за последние 25 лет в интервале температур от 0,5 до 3000 К и обсуждается ее современное состояние. Подробно рассмотрены принципы построения термодинамической и практических температурных шкал, возможности различных методов точного измерения термодинамической температуры, термометры сопротивления н термопары, реперные точки температурных шкал, перспективы совершенствования действующей сегодня МПТШ-б8, а также некоторые наиболее важные случаи измерения температуры в промышленных условиях. [c.4]

В книге обобщены опыт работы ведущих термометрических лабораторий на протяжении последних двух десятилетий, позволивший создать Международную практическую температурную шкалу 1968 г., являвшуюся в момент ее установления наилучшим приближением к термодинамической температурной шкале, а также результаты последних исследований, выявивших недостатки и неточности МПТШ-68 и подготовивших основы для ее замены в недалеком будущем. [c.5]

МПТШ-68 на величину, в несколько раз большую, чем считалось в момент установления последней. Недавно измерения с оптическим пирометром подтвердили найденное Гильднером новое значение точки кипения воды в пределах 2 мК (Т. Куинн, частное сообщение). [c.6]

План работы Консультативного комитета по термометрии (ККТ) предусматривает замену в 1987 г. МПТШ-68 новой шкалой, создаваемой на уровне современных экспериментальных возможностей с учетом новых данных о термодинамических температурах реперных точек и с устранением недостатков МПТШ-68. Часть этих недостатков, выявленных в течение прошедшего десятилетия, может быть устранена сравнительно легко. [c.6]

Повышению точности и достоверности будущей МПТШ способствует ряд достижений в измерительной технике. Характерная особенность термометрии состоит, как известно, в том, что температура может быть измерена только посредством некоторой шкалы, или, иначе говоря, только через измерения других аддитивных физических величин. Поэтому прогресс термометрии особенно сильно зависит от успехов в других областях измерительной техники. Отметим два достижения, оказавшие большое влияние на точную термометрию, развитие которой прослежено в книге Куинна. Это создание очень точных поршневых манометров для измерения давления порядка 0,1 МПа в газовых термометрах, и особенно совершенствование электроизмерительных приборов на основе трансформаторов отношений, позволивших поднять на качественно новый уровень магнитную термометрию и термометрию по сопротивлению. [c.6]

Существенный прогресс последних лет в эталонной термометрии связан с созданием герметичных ячеек с чистыми газами для воспроизведения температур их тройных точек. Осуществленное по разработанной ККТ программе международное сличение транспортируемых герметичных ячеек разных лабораторий, в том числе ВНИИФТРИ, показало, что их воспроизводимость по крайней мере в несколько раз лучше, чем на традиционной стационарной аппаратуре. Поэтому естественна современная тенденция положить в основу будущей МПТШ в качестве реперных температур только тройные точки в ее низкотемпературной части и точки затвердевания металлов при температурах выше 0° С. Отметим в этой связи превосходные метрологические характеристики точки галлия. В низкотемпературной части МПТШ эта программа, обеспечивающая повышение воспроизводимости будущей шкалы в несколько раз, может быть, без сомнения, реализована вплоть до 24 К, особенно при добавлении к традиционным тройным точкам МПТШ-68 тройной точки вблизи 150 К и точки плавления галлия. [c.7]

Отмеченные выше результаты работ с магнитными термометрами и газовым термометром НФЛ позволили найти, а затем устранить термодинамическое несоответствие известных температурных шкал по давлению паров Не и Не с температурной шкалой, лежащей выше 13,81 К- Недавно в КОЛ разработаны новые таблицы зависимости давлений насыщенных паров гелия от температуры, соответствующие температурам по ПТШ-76. Представляется весьма вероятным, что новая МПТШ будет иметь своей основой для воспроизведения температур ниже 4,2 К температурную зав-исимость давления паров гелия вплоть до температур порядка 0,5 К. В качестве реперных температур для этого интервала возможно также применение переходов сверхпроводник-нормальный металл в чистых веществах. Однако исследования последних лет показали, что эти устройства требуют чрезвычайно осторожного обращения и приписанные температуры переходов могут оказаться сдвинутыми на величину, превышающую 1 мК- Кроме того, материалы из разных источников обнаруживают различающиеся величины Тс, что затрудняет применение этого способа в МПТШ. [c.7]

В интервале температур от 4,2 до 13,81 К воспроизведение новой МПТШ будет, по всей вероятности, основано на термодинамическом интерполяционном термометре, таком, как газовый или магнитный, поскольку сходимость результатов измерений в этом случае оказывается очень высокой. [c.7]

Наибольшие трудности встречает сегодня выбор метода воспроизведения будущей МПТШ в интервале 13,8—24 К. Традиционная схема с платиновым термометром, градуированным в реперных точках, неизбежно потребует применения точек по температурам кипения водорода со всеми их недостатками, поскольку здесь просто не существует тройных точек в числе, достаточном для точного вычисления поправочной функции. Отметим, что пока не удалось получить удовлетворительных результатов для тройной точки дейтерия вблизи 18 К. Это связано, по-видимому, с недостаточной изученностью процессов орто-пара конверсии. К этому добавляются характерные для измерений с платиновым термометром в этом интервале температур проблемы их стабильности. Преимущество традиционного метода состоит в возможности перекрыть большой интервал температур единственным и очень широко применяемым прибором, каким является платиновый термометр сопротивления. [c.7]

Второй возможный способ воспроизведения новой МПТШ от 13,8 до 24 К состоит в расширении интервала применения интерполяционного газового [c.7]

До недавнего времени было принято считать, что для МПТШ обязательно, чтобы температуры в данном интервале воспроизводились только одним методом. Выполнение этого требования автоматически обеспечивает единство измерений температуры. Однако редакция МПТШ-68 1975 г. допускает при градуировке платиновых термометров сопротивления использовать с равным правом тройную точку аргона пли точку кипения кислорода. В настоящее время нет никаких указаний на то, что такая двойственность привела к заметным расхождениям результатов измерений. Опыт успешной эксплуатации ПТШ-76, где с равным правом допускается воспроизводить шкалу несколькими весьма различными, но хорошо исследованными методами, также позволяет считать указанные выше формальные требования неоправданно жесткими. Можно полагать поэтому, что разумное отступление от метрологического пуризма и применение на равных основаниях обоих указанных выше методов воспроизведения МПТШ от 13,81 до 24 К не сможет привести к экспериментально ощутимым потерям в единстве измерений температуры. [c.8]

В последние два десятилетия 19 в. было выполнено много измерений с газовым термометром, в том числе при температурах выше 600 °С. Были найдены значения ряда точек кипения и затвердевания в основном по показаниям азотного газового термометра постоянного давления. Подробный обзор этих достижений дал в 1899 г. Каллендар на сессии БАРН, где он выступил с предложениями о практической температурной шкале [12]. Каллендар предложил принять платиновый термометр сопротивления, калиброванный в точке замерзания воды и точках кипения воды и серы в качестве основы шкалы. Он предложил также отобрать конкретную партию платиновой проволоки для изготовления термометров, несущих шкалу. Он предложил приблизить эту шкалу к шкале идеального газа, приняв для точки кипения серы результаты измерений с газовым термометром, и назвать ее температурной шкалой Британской ассоциации. Свои предложения Каллендар обосновал проверкой квадратичной формулы разностей между так называемой платиновой температурой и температурами, определяемыми по газовому термометру, которые были ранее найдены в МБМВ Шаппюи и Харкером [15, 35]. Каллендар представил также перечень значений вторичных реперных точек, основанный на его анализе измерений с газовым термометром. Эти числа приведены в табл. 2.1 вместе с принятыми в МПТШ-68. [c.41]

Некоторые различия значений, предложенных Каллендаром и принятых в МПТШ-68, связаны в основном с различием в чистоте веществ, а не с погрешностями газовой термометрии. Значение для алюминия — явная ошибка. [c.41]

С. НФЛ первоначально возражала против этого и поддерживала исходные предложения Каллендара о применении платинового термометра вплоть до точки золота. Позиция НФЛ была изменена в связи с трудностью в 20-х годах изготовления достаточно чистого сплава платины с родием. Достойно сожаления, особенно в наши дни, что три лаборатории в то время приняли предложение БЭ. Ниже в этой главе будет видно, какие большие усилия предпринимали и продолжают предпринимать национальные лаборатории, и особенно НБЭ, чтобы исключить термопары в качестве инструмента, определяющего МПТШ [c.43]

За исключением области самых низких температур (скажем, ниже 1 К), первичные термометры остаются гораздо более трудоемкими при использовании и менее воспроизводимыми, чем лучшие вторичные термометры. Для большинства целей удобство и воспроизводимость показаний термометра важнее, чем точность по термодинамической шкале. Кроме того, существует очень много физических величин, для измерения которых требуется находить разности температур. К их числу относятся теплоемкость, теплопроводность и другие теплофизические величины. Если отклонения применяемой практической шкалы от термодинамической описываются медленно меняющейся плавной функцией температуры, то серьезных проблем не возникает. Если же, напротив, практическая шкала содержит небольшие, но заметные скачки отклонений от.термодинамической шкалы, то и измерения соответствующих физических величин в зависимости от температуры дадут неожиданные ложные скачки, которые отражают только несовершенство термометрии. Для исключения подобных затруднений необходимо, чтобы практическая шкала была гладкой функцией от термодинамической температуры. Это эквивалентно требованию непрерывности первой и второй производных температурной зависимости разности практической и термодинамической температурных шкал. Если для конк >етного вторичного термометра (такого, например, как платиновый термометр сопротивления) нетрудно рассчитать гладкую практическую шкалу, то получить гладкое соединение шкал для двух разных вторичных термометров гораздо сложнее. Основной источник трудностей заключается в том, что два различных участка шкалы часто основаны на разных физических закономерностях, отклонения которых от термодинамической шкалы не совпадают. Соединение шкалы по платиновому термометру сопротивления и по платинородие-вой термопаре в МТШ-27, так же как и в МПТШ-48 и МПТШ-68, служит хорошим примером типичных трудностей. В МПТШ-68 в этой точке имеется скачок первой производной от разности / — 68, достигающий 0,2%. Такие разрывы можно [c.44]

Шкала 1927 г. подверглась позже значительному усовершенствованию в деталях, однако принципы ее не изменились. Шкала по-прежнему основывается на наборе определяющих реперных точек, интерполяционном инструменте, отвечающем ряду требований, и конкретном уравнении для интерполяции. Набор узаконенных реперных точек сам по себе недостаточен для установления щкалы. Однако часть шкалы МТШ-27 выше О С° полностью определена по платиновому термометру сопротивления при использовании точек льда, кипения воды и серы совместно с квадратичным интерполяционным уравнением. Дополнительные реперные точки внутри интервала, в котором шкала определена, могут использоваться для разных целей, но никакого влияния на узаконенную шкалу не оказывают. Это замечание, разумеется, полностью относится и к МПТШ-68. [c.45]

Описывая определение температуры по практической шкале, часто говорят, что температура найдена по показаниям группы термометров, изготовленных из одной партии материала, чтобы уменьшить отклонения шкалы от единственности. Это часть того, что предлагал Каллендар на сессии БАРН в 1899 г. Было выдвинуто много аргументов в пользу шкалы, основанной на этом принципе и называемой нередко проволочной шкалой. В национальных лабораториях нередко МПТШ поддерживается в течении многих лет набором термометров, для которых известны индивидуальные отклонения от подобных термометров, находящихся в других лабораториях. Основное возражение против проволочной шкалы состоит в отсутствии универсальности. Если по какой-либо причине все конкретные термометры, хранящие шкалу в данной лаборатории, утрачены или повреждены и то же самое случилось с термометрами в других лабораториях, то нет никаких возможностей восстановить шкалу. В то же время существование шкалы, основанной на реперных точках и утвержденном методе интерполяции, не зависит ни от каких конкретных термометров или их группы. За эту безопасность приходится платить отклонениями от единственности и дополнительными трудностями, связанными с уменьшением этих отклонений до приемлемого уровня. [c.46]

Первый пересмотр МТШ был произведен в 1948 г. [33]. При температурах ниже 0 °С была отменена экстраполяция ниже точки кипения кислорода, т. е. до —190 °С, поскольку эти результаты оказались недостаточно надежными. Нижней точкой МПТШ-48 стала температура —182,97 °С. Точка 660 °С, где шкала температуры, определявшаяся по платиновому тер- [c.47]

Другое изменение, внесенное в 1948 г., состояло в небольшом уточнении температуры, приписанщ)й точке затвердевания серебра, с 960,5 до 960,8 °С. Это позволило уменьшить разрыв производной по МТШ-27 в точке соединения термометра сопротивления и термопары. В интервале, определенном оптическим пирометром, было принято новое значение постоянной С2= 1,438 см К в соответствии с уточнениями значений атомных констант. Кроме того, формула Вина была заменена формулой Планка. Численные расхождения температур по МТШ-27 и МПТШ-48 показаны на рис. 2.2. В 1948 г. было решено также не пользоваться выражением стоградусная шкала и ввести термин градус Цельсия . Это изменение было частично вызвано стремлением устранить возможные недоразумения в тексте на французском языке, где [c.48]

Градуированным в О °С и 100 °С. Обе единицы градуса Кельвина— МПТШ-48 и °К термодинамический — могли совпадать в том и только том случае, если эти измерения с газовым термометром были абсолютно точны в определении значения —273,15 °С для абсолютного нуля температуры. [c.50]

Уже в период утверждения МПТШ-48 начали выдвигаться новые предложения, которые привели позже к появлению МПТШ-68. В 1948 г. НБЭ внесло предложение в ККТ [17] продолжить Международную практическую шкалу вниз до точки кипения водорода ( 20 К), использовав эту точку в качестве новой реперной и применив для интерполяции так называемую 7-функцию [c.50]

Результаты международного сличения [45],показанные на рис. 2.3, послужили основой низкотемпературной части МПТШ-68. Усредненная таблица W T) как функции от Т была рассчитана после пересчета каждой из четырех шкал к значению точки кипения кислорода 90,170 К и точки кипения водорода 20,267 К. Усредненные значения 117(7 ) были обработаны полиномом вида [c.51]

Здесь нет возможности рассматривать детали дискуссии, происходившей с 1966 г. до момента утверждения МПТШ-68. Читатель может найти подробности в работе Престона-Томаса [48]. Отметим, что ККТ, имевший первоначально лишь намерение увеличить интервал действия МПТШ-48, пришел к предложению о совершенно новой шкале, существенно отли- [c.52]

Рис. 2.3. Расхождения шкал различных газовых термометров, послуживших основой низкотемпературной части МПТШ-68. ДГ — отклонение от среднего по четырем шкалам [45]. / —ВНИИФТРИ 2 —НБЭ 3 —НФЛ 4—ПУ.

МПТШ-68 условно разделяется на 4 интервала а) от 13,81 до 273,15 К б) от 0 °С до 630,74 °С в) от 630,74 до 1064,43 °С и г) выше 1064,43 °С. В интервале а шкала определена шестью низкотемпературными реперными точками (табл. 2.3) и стандартной зависимостью tt7J кт-68 (Т ев), которая представляет собой усовершенствованную таблицу ККТ-64. Термометры градуируются в этих шести точках и дополнительно в тройной точке воды и точке кипения воды. Затем для них по результатам градуировки вычисляются поправки зависимости ДИ7(Т б8) в четырех диапазонах, как схематически показано на рис. 2.4. В каждом из этих диапазонов значение (Т в) для данного термометра равно сумме стандартного значения и поправки ДИ7(7 б8). Требова- [c.53]

Рис. 2.4. Иллюстрация метода воспроизведения МПТШ-68 между 13,81 и 273 К. т. к. — точка кипения т. т. — тройная точка. Пояснения даны в тексте.

В интервале б от О °С до 630,75 °С шкала определяется все тем же квадратичным уравнением Каллендара, исправленным с учетом новых значений температур реперных точек по результатам измерений с газовым термометром [54]. При использовании видоизмененного уравнения Каллендара вычисляется температура которая затем позволяет найти температуры по МПТШ-68 согласно формуле (10) [48], приведен- [c.54]

В интервале в МПТШ-68 определяется термопарой из платины и сплава 10 % родия с платиной, градуированной при 630,74 °С, а также в точках затвердевания серебра и золота с использованием квадратичной интерполяционной формулы. Разработаны требования к величинам термо-э. д. с. термопары в реперных точках, которым этот прибор должен удовлетворять при воспроизведении шкалы. В гл. 6 будет показано, однако, что эти требования часто неоправданно строги. Было найдено, что если один из электродов термопары изготовлен из чистой платины, а другой содержит родий в пределах от 10 до 13%, то шкала воспроизводится удовлетворительно. Главная проблема при использовании термопар состоит в их недостаточной воспроизводимости. Причины этого рассматриваются в гл. 6 и хотя они понятны, их воспроизводимость очень трудно улучшить. Проблема в том, что измеряемая термо-э. д. с. возникшая вследствие разности температур спаев термопары, зависит не только от этой разности температур, но и от однородности проволоки электродов термопары. Если электроды не вполне однородны, то измеренная термо-э. д. с. начинает зависеть от конкретного распределения температуры вдоль проволок от горячего до холодного спаев. Найдено, что по этой причине для термопар из Р1 —10% НМ/Р в интервале 630—1064 °С достижимая точность не превышает 0,2 °С. Современные требования к точности измере- [c.55]

Теперь, когда МПТШ-68 описана, следует остановиться на вопросе о ее единственности, особенно в диапазоне низких температур. Не так давно этот вопрос исследовали в НФЛ [c.57]

Сравнение рис. 2.6 и 2.7 показывает, что основная часть найденных отклонений между термометрами вызвана расхождениями их градуировок в реперных точках. Если, как показано на рис. 2.7, эту часть отклонений устранить, остаточные расхождения становятся гораздо меньшими. Тогда кривая среднеквадратичных отклонений на рис. 2.7 становится хорошей оценкой единственности МПТШ-68 при использовании современных термометров. На рис. 2.8 показаны расхождения в наклонах шкал по показаниям пар термометров в соответствии с их исходными градуировками. Эти расхождения невелики выше 27 К, но при более низких температурах становятся существенными для измерений теплоемкости. Поэтому следует проявлять осторожность при интерпретации точных измерений теплоемкости и других величин, связанных с разностью температур при низких температурах, особенно если они выполнены [c.58]

Общее заключение, которое может быть сделано по результатам работы Уорда и Комптона, состоит в том, что отклонения от единственности внутри МПТШ-68 имеют гораздо меньшую значимость, чем расхождения из-за неточности гра- [c.60]

Выше были рассмотрены определение МПТШ-68, ее воспроизводимость, гладкость и единственность. Остается еще важный вопрос о том, насколько близко МПТШ-68 соответствует термодинамической температурной шкале. В разд. 2.4 было отмечено, что практическая шкала не обязана воспроиз- [c.60]

Термодинамические температуры всех реперных точек МПТШ-68 были получены только на основе газовой термометрии. Единственное исключение составляло значение точки кипения равновесного водорода е-Нг, выбранное с учетом измерений в НБЭ с акустическим термометром. Последние данные о численных значениях термодинамических температур выше 13,81 К также в основном опираются на измерения с газовым термометром, хотя и существуют довольно точные акустические данные вплоть до 20 К, а также сведения об отношениях температур, найденных оптическим и шумовым методами выше 630 °С, и результаты измерения полного излучения между 327 и 365 К- Различные уточнения были получены методом магнитной термометрии вплоть до 90 К, однако, как будет показано в гл. 3, магнитная термометрия не является первичной и не может существовать независимо. [c.61]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...