izmertechИзмерительная техникаIzmeritel`naya Tekhnika0368-10252949-5237ФГУП "ВНИИФТРИ"10.32446/0368-1025it.2024-3-26-30izmertech-2119Research ArticleТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯTHERMOPHYSIC MEASUREMENTSТройная точка диоксида углерода: применение в качестве новой градуировочной точки Международной температурной шкалы МТШ-90Triple point of carbon dioxide: using a new calibration point of the International Temperature Scale ITS-90https://orcid.org/0009-0006-2983-5142БекетовН. А.BeketovN. A.

Николай Александрович Бекетов 

Санкт-Петербург 

Nikolai A. Beketov 

St. Petersburg 

cjacksparrow@mail.ruВсероссийский научно-исследовательский институт метрологии им. Д. И. МенделееваРоссияD. I. Mendeleev Institute for MetrologyRussian Federation202417042024032630Copyright © Бекетов Н.А., 20242024Бекетов Н.А.Beketov N.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.izmt.ru/jour/article/view/2119

Рассмотрена одна из важных задач совершенствования Международной температурной шкалы МТШ-90 – замена реперной точки ртути в связи с ратификацией Минаматской конвенции и ограничениями на добычу, применение и транспортировку ртути. Приведены результаты экспериментальной градуировки эталонных термометров сопротивления с применением новой градуировочной точки из списка вторичных реперных точек Международной температурной шкалы МТШ-90. Разработан метод реализации тройной точки диоксида углерода CO2 с использованием жидкого азота. Предложенный метод позволяет уменьшить время подготовки ампулы тройной точки CO2 с 60 до 30 мин при увеличении протяжённости плато плавления CO 2 с 10 до 40 ч. Представлены результаты градуировок термометров с применением тройных точек Hg и CO2. Описаны методы оценки градуировочных характеристик термометров на основе рассчитанных коэффициентов влияния. Проанализированы коэффициенты влияния для двух поддиапазонов градуировки термометров и показано, что неопределённость градуировки с использованием тройной точки CO2 уменьшается в два раза в диапазоне –189,3442…+0,0100 °С и в 1,5 раза в диапазоне –60…+60 °С. Результаты подтверждают возможность и перспективность применения тройной точки CO2 в качестве новой градуировочной точки взамен реперной точки Hg. Полученные данные актуальны для производителей эталонных платиновых термометров сопротивления и организаций, занимающихся поверками и калибровками таких термометров.

One of the important tasks of improving the International Temperature Scale ITS-90 is considered – the substitution of the fixed point of mercury (Hg) in connection with the ratification of the Minamata Convention and restrictions on the extraction, use and transportation of mercury. Reported results of experimental calibration of long-stem standard platinum resistance thermometers using a new calibration point from the list of secondary fixed points of the International Temperature Scale ITS-90. A method has been developed to realize the triple point of carbon dioxide (CO2) using liquid nitrogen. The method reduced the preparation time of the cell from 60 to 30 minutes and increased the duration of melting plateau from 10 to 40 hours. Presented results of two calibrations cases: using the fixed-point of Hg; using the triple point of CO2 instead of fixed-point Hg. Described methods to evaluate propagation of calibration uncertainty based on the fixed-point sensitivity coefficients. The fixed-points sensitivity coefficients for two subranges of standard platinum resistance thermometers calibration are analyzed and it is shown that the calibration uncertainty using the triple point of CO2 is reduced by half in the range of –189.3442...+ 0.01 °C and by 1.5 times in the range of –60...+ 60 °C. The results confirm the possibility and prospects of using the CO2 triple point as a new calibration point to substitute the fixed-point Hg.

температурареперные точки МТШ-90тройная точка ртутитройная точка диоксида углеродаградуировка эталонных платиновых термометровtemperaturefixed-points of ITS-90triple point of mercurytriple point of carbon dioxidestandard platinum resistance thermometers calibrationReferencesThe International System of Units (SI). 9th edition. BIPМ, р. 133 (2019), available at: https://www.bipm.org/documents/20126/41483022/SI-Brochure-9-EN.pdf/2d2b50bf-f2b4-9661-f402-5f9d66e4b507 (accessed: 14.03.2024).The International System of Units (SI). 9th edition. BIPМ, р. 133 (2019), available at: https://www.bipm.org/documents/20126/41483022/SI-Brochure-9-EN.pdf/2d2b50bf-f2b4-9661-f402-5f9d66e4b507 (accessed: 14.03.2024).Duan Yuning. Report by the President of the CCT. Proceedings of the 25th meeting of the General Conference on Weights and Measures, р. 353 (November 2014), available at: https://www.bipm.org/documents/20126/17314988/CGPM25.pdf/64861bb0-b7ea-531d-3f24-b108002471c4 (accessed: 14.03.2024).Duan Yuning. Report by the President of the CCT. Proceedings of the 25th meeting of the General Conference on Weights and Measures, р. 353 (November 2014), available at: https://www.bipm.org/documents/20126/17314988/CGPM25.pdf/64861bb0-b7ea-531d-3f24-b108002471c4 (accessed: 14.03.2024).White D. R., Rourke P. M. C. Standard platinum resistance thermometer interpolations in a revised temperature scale. Metrologia, 57, 035003 (2020). https://doi.org/10.1088/1681-7575/ab6b3cWhite D. R., Rourke P. M. C. Standard platinum resistance thermometer interpolations in a revised temperature scale. Metrologia, 57, 035003 (2020). https://doi.org/10.1088/1681-7575/ab6b3cБандман А. Л., Гудзовский Г. А. Вредные химические вещества. Неорганические соединения элементов I–IV групп. Химия, Ленинградское отделение, Ленинград (1988).Bandman A. L., Gudzovsky G. A. Vrednye himicheskie veshchestva. Neorganicheskie soedineniya elementov I–IV grupp. Himiya Publ., Leningradskoe otdelenie, Leningrad (1988). (In Russ.)Bedford R. E., Bonnier G., Maas H., Pavese F. Recommended values of temperature on the International Temperature Scale of 1990 for a selected set of secondary reference points. Metrologia, 33, 133 (1996). http://doi.org/10.1088/0026-1394/33/2/3Bedford R. E., Bonnier G., Maas H., Pavese F. Recommended values of temperature on the International Temperature Scale of 1990 for a selected set of secondary reference points. Metrologia, 33, 133 (1996). http://doi.org/10.1088/0026-1394/33/2/3Michels A., Blaisse B., Koens G. The melting point of mercury and the triple point of carbon dioxide as auxiliary fixed points for the temperature scale. Physica, 9(3), 356–362 (1942).Michels A., Blaisse B., Koens G. The melting point of mercury and the triple point of carbon dioxide as auxiliary fixed points for the temperature scale. Physica, 9(3), 356–362 (1942).Hiza M. J. Solid-vapour equilibria research on systems of interest in cryogenics. Cryogenics, (10), 106–115 (1970).Hiza M. J. Solid-vapour equilibria research on systems of interest in cryogenics. Cryogenics, (10), 106–115 (1970).Ancsin J. Development of cryogenic sealed cells as temperature standards: their filling system and the purification of CO 2. Metrologia. 29, 71–78 (1992). https://doi.org/10.1088/0026-1394/29/1/009Ancsin J. Development of cryogenic sealed cells as temperature standards: their filling system and the purification of CO 2. Metrologia. 29, 71–78 (1992). https://doi.org/10.1088/0026-1394/29/1/009Ahmed M. G., Ali K., Hermier Y. Realisation and study of a CO2 triple point thermometric cell. Revue Française De Métrologie, 2(10), 31–35 (2007).Ahmed M. G., Ali K., Hermier Y. Realisation and study of a CO2 triple point thermometric cell. Revue Française De Métrologie, 2(10), 31–35 (2007).Yasuki Kawamura, Nobuhiro Matsumoto, Tohru Nakan. Realization of the triple point of carbon dioxide evaluated by the ITS-90. Metrologia, 57(1), 015004 (2020). https://doi.org/10.1088/1681-7575/ab451eYasuki Kawamura, Nobuhiro Matsumoto, Tohru Nakan. Realization of the triple point of carbon dioxide evaluated by the ITS-90. Metrologia, 57(1), 015004 (2020). https://doi.org/10.1088/1681-7575/ab451eОкладников В. М., Полунин С. П., Бекетов Н. А., Походун А. И. Модернизация Международной температурной шкалы МТШ-90: тройная точка диоксида углерода вместо тройной точки ртути. Измерительная техника, (7), 54–57 (2022). https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2022-7-54-57Okladnikov V. M., Polunin S. P., Beketov N. A. et al. Modernization of the International Temperature Scale ITS-90: triple point of carbon dioxide instead of triple point of mercury. Measurement Techniques, 65(7), 520–523 (2022). https://doi.org/10.1007/s11018-023-02113-zYu Liang, J. T. Zhang, X. J. Feng, P. Qiu. Realization of the triple point of carbon dioxide in a transportable cell using longstem SPRTs. Metrologia, 60, 015006 (2023). https://doi.org/10.1088/1681-7575/aca417Yu Liang, J. T. Zhang, X. J. Feng, P. Qiu. Realization of the triple point of carbon dioxide in a transportable cell using longstem SPRTs. Metrologia, 60, 015006 (2023). https://doi.org/10.1088/1681-7575/aca417Polhodun A. I., Fellmuth B., Pearceet J. V. al. Guide to the Realization of the ITS-90. Platinum Resistance Thermometry. BIPМ, р. 133 (2021), available at: https://www.bipm.org/documents/20126/41773843/Guide_ITS-90_5_SPRT_2021.pdf (accessed: 14.03.2024).Polhodun A. I., Fellmuth B., Pearceet J. V. al. Guide to the Realization of the ITS-90. Platinum Resistance Thermometry. BIPМ, р. 133 (2021), available at: https://www.bipm.org/documents/20126/41773843/Guide_ITS-90_5_SPRT_2021.pdf (accessed: 14.03.2024).White D. R., Strouse G. F. Observations on sub-range inconsistency in the SPRT interpolations of ITS-90. Metrologia, 46, 101–108 (2009). http://doi.org/10.1088/0026-1394/46/1/013White D. R., Strouse G. F. Observations on sub-range inconsistency in the SPRT interpolations of ITS-90. Metrologia, 46, 101–108 (2009). http://doi.org/10.1088/0026-1394/46/1/013White D. R., Saunders P. The propagation of uncertainty with calibration equations. Measurement Science and Technology, 18(7), 2157–2169 (2007). http://doi.org/10.1088/0957-0233/18/7/047White D. R., Saunders P. The propagation of uncertainty with calibration equations. Measurement Science and Technology, 18(7), 2157–2169 (2007). http://doi.org/10.1088/0957-0233/18/7/047Алтунин В. В. Теплофизические свойства двуокиси углерода. Издательство стандартов, Москва, с. 93 (1975).Altunin V. V. Teplofizicheskie svojstva dvuokisi ugleroda. Izdatel’stvo standartov Publ., Moscow, р. 93 (1975). (In Russ.)

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