Эталоны температуры представляют собой высокоточные средства измерения, используемые для воспроизведения и передачи единицы температуры — кельвина — с минимальной погрешностью. Они служат основой метрологического обеспечения термометрии в научных исследованиях и промышленности, обеспечивая сопоставимость измерений температуры на национальном и международном уровнях.
Ключевой задачей эталонов является:
Эталоны температуры делятся на несколько типов в зависимости от принципа действия и области применения:
Постоянные (фиксированные) точки Используются для определения конкретных температурных значений, соответствующих фазовым переходам. Примеры: точка таяния льда (0 °C), точка кипения воды при нормальном давлении (100 °C), тройная точка воды (0,01 °C). Эти точки характеризуются высокой воспроизводимостью и стабильностью.
Термометры вторичного класса Изготавливаются на основе первичных эталонов и служат для калибровки промышленного оборудования. Примеры: сопротивленческие термометры, платиновые термометры сопротивления, термопары.
Промышленные эталоны Применяются для контроля и регулирования температуры технологических процессов. Они менее точны, чем первичные эталоны, но обеспечивают надежность и воспроизводимость измерений на производстве.
1. Фиксированные точки фазовых переходов Физический принцип основан на том, что чистые вещества имеют строго определённые температуры фазового перехода при стандартных условиях. Основные точки для эталонов:
Для реализации фиксированной точки создаются герметичные сосуды с чистым веществом и минимизацией загрязнений, обеспечивающие воспроизводимость температуры с погрешностью до тысячных долей градуса.
2. Платиновые термометры сопротивления (ПТС) Эталонные ПТС применяются для измерения температуры в диапазоне от −200 °C до +962 °C. Их работа основана на закономерном изменении электрического сопротивления чистой платиновой проволоки при изменении температуры. Ключевые характеристики:
3. Термопары Состоят из двух различных металлов, соединённых в точке измерения. Электрическое напряжение, возникающее на соединении при нагреве, пропорционально температуре. Эталоны на базе термопар применяются для высокотемпературных измерений (до 2000 °C). Методы повышения точности включают калибровку по фиксированным точкам и компенсацию нелинейности.
4. Радиометрические методы и инфракрасные эталоны Используются для бесконтактного измерения температуры, особенно в условиях экстремально низких или высоких температур. Принцип действия основан на излучении тела и законе Стефана–Больцмана. Современные эталоны позволяют достигать точности до ±0,1 К в диапазоне от 0,01 К до 3000 К.
Эталоны температуры оцениваются по следующим показателям:
На международном уровне эталоны температуры стандартизируются Международным бюро мер и весов (BIPM) и Международной температурной шкалой (ITS‑90). ITS‑90 определяет систему фиксированных точек и методов их реализации, обеспечивая единообразие измерений в мире. Основные аспекты:
Эталоны температуры обеспечивают:
В криофизике особенно важны эталоны для экстремально низких температур (ниже 1 К), где используются методы температурного воспроизведения на основе смесей гелия и погружных термометров сопротивления, обеспечивающих точность до ±0,001 К.
Такой комплексный подход к реализации эталонов температуры позволяет строить точные, воспроизводимые и устойчивые системы измерений для самых различных областей науки и техники.