國際實用溫標(biāo)簡介
國際實用溫標(biāo)
國際間的協(xié)議性溫標(biāo),是世界上溫度數(shù)值的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。一切溫度計的示值和溫度測量的結(jié)果(極少數(shù)理論研究和熱力學(xué)溫度測量除外)都應(yīng)該表示成國際實用溫標(biāo)溫度,它的溫度數(shù)值可以表示成開爾文溫度或攝氏溫度的數(shù)值。
國際實用溫標(biāo)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)
國際實用溫標(biāo)
為了更好地統(tǒng)一國際間的溫度量值,國際計量大會于1927年決定采用國際溫標(biāo)。從國際溫標(biāo)的定義方法來看,它仍然是一種經(jīng)驗溫標(biāo)。但它是以熱力學(xué)溫度為標(biāo)準(zhǔn)而制定的,是熱力學(xué)溫度的一種近似,這是它與歷各種經(jīng)驗溫標(biāo)的根本區(qū)別。
國際實用溫標(biāo)發(fā)展過程
國際實用溫標(biāo)
國際實用溫標(biāo)
1887年國際計量委員會曾決定采用氫溫標(biāo)作為國際上的標(biāo)準(zhǔn)溫標(biāo),它以定容氫氣體溫度計作為基礎(chǔ),以精密玻璃水銀溫度計作為傳遞氫溫標(biāo)的二級標(biāo)準(zhǔn)。1927年第七屆國際計量大會決定采用1927年國際溫標(biāo),規(guī)定了6個固定點,并以鉑電阻溫度計、鉑銠/鉑熱電偶和光學(xué)高溫計(見高溫計)作為溫標(biāo)的內(nèi)插儀器(見溫度測量)。1948年對國際溫標(biāo)作了若干重要的修改,并更名為1948年國際溫標(biāo)。復(fù)現(xiàn)溫標(biāo)的實驗程序?qū)嵸|(zhì)上保持不變,但是對銀凝固點的溫度值和光學(xué)高溫計使用的第二輻射常數(shù)с2的數(shù)值作了修改,使得高溫部分的溫度數(shù)值發(fā)生了一定的變化。在接近800℃處新舊溫標(biāo)的數(shù)值變化為0.4K。1960年第十一屆國際計量大會采用了1948年國際溫標(biāo)的修訂版,并定新名為“1948年國際實用溫標(biāo)(1960年修訂版)”,這一次僅在文字上和方法細(xì)節(jié)上作了某些修改,而全部溫度數(shù)值保持不變。1969年開始實行的1968年國際實用溫標(biāo),對舊溫標(biāo)作了一系列重要的修改:①溫標(biāo)的下限由氧沸點(約90K)延伸到氫三相點(13.81K);②修改了定義固定點的溫度值和內(nèi)插公式,以使國際實用溫標(biāo)溫度更接近于相應(yīng)的熱力學(xué)溫度;③采用了第二輻射常數(shù)
c2的新的更加準(zhǔn)確的數(shù)值(0.014388m·K)。 這些都使溫度數(shù)值發(fā)生變化。1975年又對溫標(biāo)的文本作了一次修訂,但全部溫度數(shù)值保持不變。目前國際計量學(xué)界又在醞釀修改國際實用溫標(biāo)。總之,隨著科學(xué)技術(shù)的進步,國際實用溫標(biāo)要不斷修改。但是,作為一種使用很廣泛的國際標(biāo)準(zhǔn),又應(yīng)當(dāng)保持相對的穩(wěn)定性,修改不宜過于頻繁。
國際實用溫標(biāo)定義與內(nèi)容
國際實用溫標(biāo)
國際實用溫標(biāo)是以一些可復(fù)現(xiàn)的平衡態(tài)(定義固定點)的溫度值,以及在這些固定點上分度的標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)插儀器作為基礎(chǔ)的。固定點之間的溫度,由內(nèi)插公式確定。定義固定點是一些純物質(zhì)的相平衡態(tài)。1968年國際實用溫標(biāo)(1975年修訂版)所采用的定義固定點及其溫度值列在附表中。除了氫的三相點和17.042K平衡氫沸點(壓強
E0=33360.6Pa)以外,其他定義固定點都是在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓(壓強
p0=101325Pa)下的平衡態(tài)。表中氬三相點可以用來代替氧冷凝點,錫凝固點可以用來代替水沸點。
1968年國際實用溫標(biāo)分成三個溫區(qū),分別用標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計、標(biāo)準(zhǔn)鉑銠(10%)/鉑熱電偶和普朗克輻射定律來定義這些溫區(qū)內(nèi)的溫度數(shù)值。
國際實用溫標(biāo)
在-259.34℃(13.81K)~630.74℃溫區(qū)內(nèi),1968年國際實用溫標(biāo)是按照標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計的電阻比
W(
T)定義的。
W(
T)是溫度計在溫度
T時電阻
R(
T)與它在零攝氏度時電阻
R(0℃)之比。這個溫區(qū)又分成兩段,在0~630.74℃范圍內(nèi),溫度
t由下式定義 式中t┡由下式?jīng)Q定: (2) 國際實用溫標(biāo)
式中W(t┡)=R(t┡)/R(0℃)。常數(shù)R(0℃)、α和δ是根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計在水三相點、水沸點(或錫凝固點)和鋅凝固點上的分度結(jié)果來確定的。
在-259.34℃~0℃范圍內(nèi),溫度T由下式定義 , (3)
式(T)是由式(4)給出的參考函數(shù) 。 (4)
國際實用溫標(biāo)
參考函(
T)的詳細(xì)數(shù)值表(內(nèi)插準(zhǔn)確度優(yōu)于0.1mK)可查閱本條的參考書目。在此范圍內(nèi)又細(xì)分成四個小溫區(qū),其中每一個小溫區(qū)中的Δ
Wi(
T)由一個
T的多項式確定。多項式中的常數(shù),又由固定點上的Δ
Wi(
T)值和小溫區(qū)連接點上dΔ
Wi(
T)/d
T不應(yīng)有不連續(xù)這一條件確定。各小溫區(qū)中Δ
Wi(
T)的具體函數(shù)形式,以及公式(4)中的系數(shù)
αj,也可查閱本條的參考書目。
在630.74℃~1064.43℃溫區(qū)內(nèi),溫度t由下式?jīng)Q定
E(t)=α+bt+ct2, (5)
式中E(t)是標(biāo)準(zhǔn)鉑銠(10%)/鉑熱電偶在其自由端處于0℃,其工作端處于t℃時的電動勢。常數(shù)a、b、с是根據(jù)熱電偶在630.74℃±0.2℃(由標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計測定溫度的準(zhǔn)確值),銀凝固點和金凝固點測得的電動勢E(t)求出。
1064.43℃(1337.58K)以上,溫度t(t=T-273.15K)由下式定義 (6)
國際實用溫標(biāo)
式中
L(
λ,
T)和
L(
λ,
T)是在波長為
λ(真空中),溫度分別為
T和(金凝固點,=1337.58K)的黑體的光譜輻射度(即光譜輻射亮度)。
c2為第二輻射常數(shù)。
國際實用溫標(biāo)溫標(biāo)的實現(xiàn)與傳遞
國際實用溫標(biāo)
為了將國際實用溫標(biāo)從定義變成現(xiàn)實的溫度標(biāo)準(zhǔn),許多國家都由本國的國家計量機構(gòu)負(fù)責(zé)實現(xiàn)國際實用溫標(biāo),并通過經(jīng)常的國際對比,以保證國際間溫度量值的統(tǒng)一。中國計量科學(xué)研究院用一套實物(包括實現(xiàn)溫標(biāo)固定點的裝置和基準(zhǔn)溫度計組)來復(fù)現(xiàn)國際實用溫標(biāo),并以此作為中國溫度計量的標(biāo)準(zhǔn)(見彩圖)。為了統(tǒng)一全國的溫度量值,還建立了一套傳遞檢定系統(tǒng)。在基準(zhǔn)溫度計下面,設(shè)有一等和二等標(biāo)準(zhǔn)溫度計,通過逐級檢定,將中國計量科學(xué)研究院所建立和保存的國際實用溫標(biāo)傳遞到各部門和各地區(qū)去。一切新生產(chǎn)和使用中的溫度計(包括測溫儀表),都應(yīng)進行定期的檢定,以保證其示值符合國際實用溫標(biāo)。 國際實用溫標(biāo)
國際實用溫標(biāo)參考書目
凌善康、趙琪、李訐謨、李湜然編著:《溫度-溫標(biāo)及其復(fù)現(xiàn)方法》,計量出版社,北京,1984。