izmertechИзмерительная техникаIzmeritel`naya Tekhnika0368-10252949-5237ФГУП "ВНИИФТРИ"10.32446/0368-1025it.2022-9-3-7izmertech-1623Research ArticleГОСУДАРСТВЕННЫЕ ЭТАЛОНЫSTATE STANDARDSГосударственный первичный специальный эталон единицы теплопроводности твёрдых тел в диапазоне температур от 2 до 300 К ГЭТ 141-2020State primary special standard of the unit of thermal conductivity of solids in the temperature range from 2 to 300 K GET 141-2020ПетуховА. А.PetukhovA. A.

Алексей Анатольевич Петухов

г. п. Менделеево, Московская обл.

Aleksey A. Petukhov

Mendeleevo, Moscow region

petukhov@vniiftri.ruПотаповБ. Г.PotapovB. G.

 Борис Геннадьевич Потапов

г. п. Менделеево, Московская обл.

 Boris G. Potapov

 Mendeleevo, Moscow region

potapov@vniiftri.ruhttps://orcid.org/0000-0003-4049-823XКытинВ. Г.KytinV. G.

Владимир Геннадьевич Кытин

Москва

 Vladimir G. Kytin

 Moscow

vkytin@vniiftri.ruЮровЛ. В.YurovL. V.

Лев Васильевич Юров

г. п. Менделеево, Московская обл.

 Lev V. Yurov

Mendeleevo, Moscow region

lev@vniiftri.ruАсланянЭ. Г.AslanyanE. G.

Эдуард Георгиевич Асланян

г. п. Менделеево, Московская обл.

Edward G. Aslanyan

Mendeleevo, Moscow region

aslanyan@vniiftri.ruЩипуновА. Н.ShchipunovA. N.

Андрей Николаевич Щипунов

г. п. Менделеево, Московская обл.

Andrey N. Shchipunov

Mendeleevo, Moscow region

schipunov@vniiftri.ruВсероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измеренийРоссияRussian Metrological Institute of Technical Physics and Radio EngineeringRussian FederationВсероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений; Московский государственный университет им. М. В. ЛомоносоваРоссияRussian Metrological Institute of Technical Physics and Radio Engineering; M. V. Lomonosov Moscow State UniversityRussian Federation2022180520230937Copyright © ФГУП "ВНИИФТРИ", 20232023ФГУП "ВНИИФТРИ"ФГУП "ВНИИФТРИ"https://www.izmt.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.izmt.ru/jour/article/view/1623

Показана актуальность прецизионных измерений теплопроводности твёрдых материалов, применяемых при создании теплообменных и теплоизолирующих устройств при низких температурах. Рассмотрена зависимость теплопроводности твёрдых тел при низких температурах от химического состава, способов механической и термической обработки материала. Представлены устройство, принцип работы и результаты метрологических исследований Государственного первичного специального эталона единицы теплопроводности твёрдых тел в диапазоне температур от 2 до 300 К ГЭТ 141-2020. По сравнению с ГЭТ 141-84, действовавшим до 2020 года, в состав ГЭТ 141-2020 включены разработанные криостат и ячейка для измерения теплопроводности. Диапазон воспроизведения единицы теплопроводности твёрдых тел в ГЭТ 141-2020 расширен по сравнению с ГЭТ 141-84 с 0,1–10 Вт/(м·К) до 0,05–15 Вт/(м·К), а также увеличен диапазон изменений температур с 4,2–90 К до 2–300 К. Описан метод измерений теплопроводности с применением разработанного криостата. Представлены способы обеспечения надёжного теплового контакта между исследуемым образцом и теплоизмерительными пластинами нагревателя и корпуса ячейки. Исследованы метрологические характеристики ГЭТ 141-2020, рассчитан бюджет неопределённости измерений при воспроизведении единицы теплопроводности твёрдых тел. ГЭТ 141-2020 применяется для калибровки мер теплопроводности при поверке и калибровке аппаратуры, предназначенной для измерений теплопроводности.

Need and relevance of precise thermal conductivity measurements of solid materials used in heat insulating and heat exchange systems is shown originating from significant dependence of heat conductivity of solid on its composition and synthesis method. Construction, operation principle and the results of metrological investigation of the State primary special Standard of the unit of thermal conductivity of solids GET 141-2020 are presented. GET 141-2020 is equipped with new cryostat and cell for thermal conductivity measurements compared to GET 141-84 used till 2020. The range of reproduction of the unit of thermal conductivity of solids has been expanded from 0,1–10 W/(m·K) to 0,05–15 W/(m·K), the temperature range in which measurements are carried out has been increased from 4,2–90 K up to 2–300 K compared to GET 141-84. Method of thermal conductivity measurements is described with application of developed cryostat. An approaches of creation of stable heat contacts between measured sample and heat plates of measurement cell are presented. Metrological characteristics of GET 141-2020 are investigated, a budget of measurement uncertainty is calculated for reproduction of the unit of thermal conductivity of solids. GET 141-2020 is used for calibration of thermal conductivity standards utilized for verification and calibration of thermal conductivity measurement equipment.

теплопроводность твёрдых телгосударственный первичный эталонбюджет неопределённости измеренийthermal conductivity of solidsnational primary standardbudget of measurement uncertaintyReferencesРоссийская метрологическая энциклопедия. В 2-x т. Т. 1. Под ред. академика РАН В. В. Окрепилова. СПб.: Лики России, 2015. С. 437–439.Russian metrological encyclopedia, Ed. by Okrepilov V. V., St. Petersburg, Liki Rossii Publ., 2015, vol. 1, pp. 437–439. (In Russ.).Брандт Н. Б., Кульбачинский В. А. Квазичастицы в физике конденсированного состояния. М.: Физматлит, 2016. 632 с.Brandt N. B., Kulbachinskii V. A., Kvazichastitsy v fi zike kondensirovannogo sostoyaniya, Moscow, Fizmatlit Publ., 2016, 632 p. (In Russ.).Ivanov Y., Levin A. A., Novikov S., Pshenay-Severin D., Volkov M., Zyuzin A., Burkov A., Nakama T., Schnatmann L., Reith H., Nielsch K., Materials Today Energy, 2021, vol. 20, pp. 100666(1–9). https://doi.org/10.1016/J.MTENER.2021.100666Ivanov Y., Levin A. A., Novikov S., Pshenay-Severin D., Volkov M., Zyuzin A., Burkov A., Nakama T., Schnatmann L., Reith H., Nielsch K., Materials Today Energy, 2021, vol. 20, pp. 100666(1–9). https://doi.org/10.1016/J.MTENER.2021.100666Singh R., Sadeghi S., Shabani B., Energies, 2019, vol. 12(1), 12010075(1–20). https://doi.org/10.3390/en12010075Singh R., Sadeghi S., Shabani B., Energies, 2019, vol. 12(1), 12010075(1–20). https://doi.org/10.3390/en12010075Witting I. T., Ricci F., Chasapis Th. C., Hautier G., Snyder G. J. Research, 2020, vol. 2020, 4361703(1–15). https://doi.org/10.34133/2020/4361703Witting I. T., Ricci F., Chasapis Th. C., Hautier G., Snyder G. J. Research, 2020, vol. 2020, 4361703(1–15). https://doi.org/10.34133/2020/4361703Calatroni S., Materials & Properties: Thermal & Electrical Characteristics, Proceedings of the 2017 CERN–Accelerator–School course on Vacuum for Particle Accelerators, Glumslöv, (Sweden), available at: https://arxiv.org/pdf/2006.02842. pdf (accessed: 29.08.2022).Calatroni S., Materials & Properties: Thermal & Electrical Characteristics, Proceedings of the 2017 CERN–Accelerator–School course on Vacuum for Particle Accelerators, Glumslöv, (Sweden), available at: https://arxiv.org/pdf/2006.02842. pdf (accessed: 29.08.2022).Zhao D., Qian X., Gu X., Jajja S. A., Yang R., Journal of Electronic Packaging, 2016, vol. 138(4), 040802(1–19). https://doi.org/10.1115/1.4034605Zhao D., Qian X., Gu X., Jajja S. A., Yang R., Journal of Electronic Packaging, 2016, vol. 138(4), 040802(1–19). https://doi.org/10.1115/1.4034605Elkholy A., Kempers R., Case Studies in Thermal Engineering, 2022, vol. 31, 101829(1–13). https://doi.org/10.1016/j.csite.2022.10182Elkholy A., Kempers R., Case Studies in Thermal Engineering, 2022, vol. 31, 101829(1–13). https://doi.org/10.1016/j.csite.2022.10182Feng B., Tu J., Zhang Yu.-H., Fan Li-Wu, Yu Zi-T., Applied Thermal Engineering, 2020, vol. 171, 114931(1–16). https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2020.114931Feng B., Tu J., Zhang Yu.-H., Fan Li-Wu, Yu Zi-T., Applied Thermal Engineering, 2020, vol. 171, 114931(1–16). https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2020.114931Свириденко В. И. Исследование теплофизических характеристик оргстекла на установке ТАУ-5 // Тез. докл. Российской конференции (с международным участием) по теплофизическим свойствам веществ (РКТС-15), Москва, Россия, 15–19 октября 2018 г., ОИВТ РАН, С. 136–137.Sviridenko V. I., Investigation of thermal properties of the plexiglass on the apparatus TAU-5, Proc. Russian conference (with international participants) on thermophysical properties of substances, Moscow, Russia, October 15–19, 2018, pp. 136–137. (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.