Международная температурная шкала 1 990

Международная шкала температур 1990 г. (ITS-90 ), опубликованная Консультативным комитетом по термометрии ( CCT) Международного комитета мер и весов (CIPM) - это стандарт калибровки оборудования для выполнения измерений по шкалам температуры Кельвина и Цельсия . ITS-90 - это аппроксимация термодинамической температурной шкалы, которая обеспечивает сопоставимость и совместимость измерений температуры на международном уровне. Он определяет четырнадцать калибровочных точек в диапазоне от 0,65 ± 0 K до 1357,77 ± 0 K (от -272,50 ± 0 ° C до 1084,62 ± 0 ° C) и подразделяется на несколько диапазонов температур, которые в некоторых случаях перекрываются. ITS-90 - последняя (по состоянию на 2014 год) 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 «Предварительная температурная шкала от 0,5 К до 30 К 1976 года». В 2011 году CCT также приняла mise en pratique (практические инструкции). Самая низкая температура, охватываемая ITS-90, составляет 0,65 К. В 2000 году температурная шкала была расширена до 0,9 мК за счет принятия дополнительной шкалы, известной как как Предварительная шкала низких температур 2000 (PLTS-2000).

В 2019 году кельвин был переопределен, однако изменение было очень незначительным по сравнению с неопределенностями ITS-90, и поэтому ITS-90 остается рекомендованной практической температурной шкалой без каких-либо существенных изменений. Ожидается, что новое определение в сочетании с улучшением методов первичной термометрии позволит в будущем постепенно отказаться от использования ITS-90 (и PLTS-2000).

• 1 Подробности
• 2 Ограничения
• 3 Стандартные интерполирующие термометры и их диапазоны
• 4 Определение точек
• 5 См. Также
• 6 Ссылки
• 7 Внешние ссылки

ITS-90 разработан для представления термодинамическая (абсолютная) шкала температур (относящаяся к абсолютному нулю ) как можно точнее во всем ее 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 платиновые RTD) и монохроматические радиационные термометры.

Хотя шкалы Кельвина и Цельсия были (до 2019), определенный с использованием абсолютного нуля (0 K) и тройной точки воды (273,16 K и 0,01 ° C), непрактично использовать это определение при температурах, которые сильно отличаются от тройной точки воды.. Соответственно, ITS-90 использует множество определенных точек, все из которых основаны на различных термодинамических состояниях 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 давление пара / температура гелия и его изотопов, тогда как остальные его холодные точки (ниже комнатной температуры) основаны на тройная точка. 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 милликельвина на разных высотах и ​​возможных барометрических 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 (плавление) или выход (замораживание) образца во время измерения. При плавлении измеряется только галлий; все остальные металлы измеряются во время замораживания 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..

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. 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, чтобы измерить температуру в диапазоне нанокельвина (миллиардные доли кельвина), ученые использовали лазерное оборудование на оптической решетке для адиабатического охлаждения атомов, выключения улавливающих лазеров и просто измерения расстояния 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 перекрывающийся диапазон от 0,65 K до 2 K. Для решения этой проблемы была принята новая шкала давления паров 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 K), но снова возрастает до 10 мК при температурах, близких к 430 К, и достигая 46 мК при температурах, близких к 1150 К.

В таблице ниже перечислены определяющие фиксированные точки ITS-90.

• Термодинамическая (абсолютная) температура - «истинная температура», которую ITS-90 пытается приблизить.
• Предварительная низкотемпературная шкала of 2000 (PLTS-2000) - новая температурная шкала для диапазона от 0,0009 K до 1 K, основанная на гелий-3.
• Кельвин
• тройная точка
• Венское стандартное среднее Ocean Water (VSMOW)
• Термометр сопротивления
• Платиновый термометр сопротивления

1. ^«Начиная с 1927 года, CIPM, действующий под руководством Генеральной конференции по мерам и весам (CGPM) а с 1937 года по рекомендации 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, которые происходили в последующие годы ».
2. ^« На практике первичная термометрия сложна и требует много времени и не является практическим средством распространения кельвин. В качестве альтернативы Международная температурная шкала предоставляет международно признанный рецепт для определения температуры на практике ». Консультативный комитет по термометрии,« Практическая практика определения кельвина », 2011.
3. ^« Были проведены значительные исследования об установлении температурной шкалы 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, учитывая, 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 как на ITS-90, так и на PLTS-2000. Любой масштаб приемлем; выбор масштаба обычно продиктован удобством или достижимой неопределенностью реализации. В тех редких случаях, когда удобно использовать любую шкалу, T 2000 является лучшим приближением термодинамической температуры, чем T 90 в области перекрытия ». Консультативный комитет по термометрии, Mise en pratique для определения кельвина », 2011.
4. ^ « Mise en pratique для определения кельвина в СИ » BIPM, май 2019 г.
5. ^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 г.
• Консультативный комитет по термометрии (CCT) (1989). «Международная температурная шкала 1990 года (ITS-90)» (PDF). Procès-verbaux du Comité International des Poids et Mesures, 78-е заседание. Севр, Франция: I Международный комитет мер и весов (CIPM). Проверено 25 июня 2013 г.

• Интернет-ресурс ITS-90 (от ISOTech Ltd)
• ITS-90 (от Шведского национального института испытаний и исследований)
• 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.