В СССР с 1/I 1976 г. установлены практические температурные шкалы, предназначенные для обеспечения единства измерений температуры от 0,01 до 100000K, и методы их осуществления. Эти температурные шкалы установлены с учетом рекомендации Международного комитета мер и весов и его Консультативного комитета по термометрии.
Рассматриваемые ниже практические температурные шкалы образуют единую систему температурных шкал, непрерывную от 0,01 до 1×105 K, реализуемых различными методами. При этом они установлены таким образом, что температуры, измеренные по ним, близки к термодинамическим температурам.
Единицей температуры по практическим температурным шкалам, установленным ГОСТ 8.157-75, так же как и единицей термодинамической температуры, является кельвин (К), вместо прежнего наименования градус Кельвина. Допускается применение единицы температуры — градус Цельсия (°С). Между температурой T, выраженной в кельвинах, и температурой t, выраженной в градусах Цельсия, установлено соотношение
t = T – T0,
где Т0 = 273,15 К.
Единица кельвин определена как 1/273,16 часть термодинамической температуры тройкой точки воды. Градус Цельсия равен Кельвину. Температурные разности (интервалы) выражаются в кельвинах, но могут быть выражены также в градусах Цельсия вместо ранее применявшегося обозначения град (deg).
Методы воспроизведения практических температурных шкал, рассматриваемых ниже, определяют требования к средствам измерений, входящим в состав государственных эталонов для соответствующих диапазонов температуры.
Температурная шкала термометра магнитной восприимчивости ТШТМВ. Эта температурная шкала, основанная на зависимости магнитной восприимчивости χ термометра из церий-магниевого нитрата от температуры Т, устанавливается для диапазона температур от 0,01 до 0,8 К. Зависимость χ = f (T) выражается законом Кюри:
χ = С/Т,
где С — константа, определяемая градуировкой магнитного термометра.
Температурная шкала 3Не 1962г. Эта шкала, основанная на зависимости давления p насыщенных паров изотопа гелия-3 от температуры T, устанавливается для диапазона температур от 0,8 до 1,5K. Эта зависимость выражается уравнением
1n p = 2,24846 – 2,49174/T + 4,80386 – 0,286001T + 0,198608T2 – 0,0502237T3 + +0,00505486T4,
где p — давление в мм рт. ст. при 0°С и ускорении свободного падения, равном 9,80665 м/с2.
Температурная шкала 4Не 1958 г., основанная на зависимости давления p насыщенных паров изотопа гелия-4 от температуры Т, устанавливается для диапазона температур от 1,5 до 4,2К. Эта зависимость представлена в табличной форме (ГОСТ 8.157-75).
Температурная шкала германиевого термометра сопротивления ТШГТС. Шкала ТШГТС, основанная на зависимости электрического сопротивления R германиевого термометра от температуры T, устанавливается для диапазона температур от 4,2 до 13,81 К. Зависимость R = f (T) выражается соотношением
где Ai — константы, определяемые градуировкой германиевого термометра сопротивления по газовому термометру.
Международная практическая температурная шкала 1968 г. (МПТШ-68) устанавливается для температур от 13,81 до 6300 К. Температурная шкала МПТШ-68 основана на ряде воспроизводимых равновесных состояний, которым присвоены точные значения температур — основных реперных (постоянных) точек, и на эталонных приборах, градуированных при этих температурах. В интервалах между температурами постоянных точек интерполяцию осуществляют по формулам, устанавливающим связь между показателями эталонных приборов и значениями температуры. Основные реперные точки реализуются как определенные состояния фазовых равновесий некоторых чистых веществ.
Для температур от 13,81 до 903,89 К (от –259,34 до 630,74°С) в качестве эталонного прибора применяют платиновый термометр сопротивления. Для области температур ниже 0°C соотношение между сопротивлением термометра и температурой определяют стандартной функцией и специальными уравнениями для вычисления поправок к этой функции согласно ГОСТ 8.157-75. Для области от 0 до 630,74°C соотношение между сопротивлением термометра и температурой выражается двумя уравнениями в форме полиномов.
Для температур от 630,74 до 1064,43°C в качестве эталонного прибора применяют термоэлектрический термометр с электродами из платинородия (10% родия) и платины. Соотношение между термо-э. д. с. и температурой выражается уравнением второй степени.
Для температур от 1337,58 К до 6300 К (от 1064,43 до 6026,85°С) температуру определяют в соответствии с законом излучения Планка.
Температурная шкала пирометра микроволнового излучения (ТШПМИ). ТШПМИ, основанная на зависимости спектральной плотности энергии излучения L(Т) черного тела от температуры Т в микроволновом диапазоне излучения, устанавливается для диапазона температур от 6300 до 100000 К. Эта зависимость выражается Уравнением
L (T)/L [T (Au)] = Т/Т (Аu),
где L (T) и L [T (Au)] — спектральная плотность энергии излучения черного тела в диапазоне микроволнового радиоизлучения при температуре T и в точке затвердевания золота Т (Au).
Для построения температурной шкалы по микроволновому излучению используют тепловое излучение с длинами волн более 1 мм.
Передача размера единицы температуры, а вместе с тем и практических температурных шкал от эталонов образцовым средствам измерений и от них рабочим средствам измерений с указанием погрешностей, производится в соответствии с поверочными схемами (ГОСТ 8.082-73, ГОСТ 8.083-73 и др.). В поверочных схемах указаны также основные методы поверки средств измерений температуры.
Литература
1. Преображенский В. П. Теплотехнические измерения и приборы: Учебник для вузов по специальности «Автоматизация теплоэнергетических процессов». — 3-е изд., перераб. — М.: «Энергия», 1978.
2. Геращенко О. А., Федоров В. Г., «Тепловые и температурные измерения»: Справочное руководство. Киев: «Наукова думка», 1965.
3. Бриндли К. Измерительные преобразователи: Справочное пособие: Пер. с англ. – М.: Энергоатомиздат. 1991.