izmertechИзмерительная техникаIzmeritel`naya Tekhnika0368-10252949-5237ФГУП "ВНИИФТРИ"10.32446/0368-1025it.2024-3-31-37izmertech-2121Research ArticleТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯTHERMOPHYSIC MEASUREMENTSАнализ нестабильности характеристик эталонного платинового термометра в интервале между поверками и способ уменьшения погрешности термометраAnalysis of the instability of the characteristics of a standard platinum resistance thermometer in the interval between verifications and a method for reducing the measurement errorМоисееваН. П.MoiseevaN. P.

Наталия Павловна Моисеева, старший научный сотрудник

Санкт-Петербург

Natalia P. Moiseeva 

St. Petersburg 

mnp@vniim.ruВсероссийский научно-исследовательский институт метрологии им. Д. И. Менделеева, Санкт-ПетербургРоссияD. I. Mendeleyev Institute for МetrologyRussian Federation202417042024033137Copyright © Моисеева Н.П., 20242024Моисеева Н.П.Moiseeva N.P.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/2121

Описаны эталонные платиновые термометры сопротивления – в настоящее время самые точные контактные датчики для измерения температуры. Рассмотрена одна из важнейших характеристик погрешности эталонного платинового термометра – нестабильность сопротивления в интервале между поверками. Проанализирована нестабильность 27 эталонных платиновых термометров, поступивших на поверку во Всероссийский научно-исследовательский институт метрологии им. Д. И. Менделеева в течение нескольких лет. Установлено, что нестабильность сопротивления в эквиваленте температуры большинства термометров в тройной точке воды превышает ±0,002 °С, а иногда достигает нескольких сотых градуса. Проанализированы причины нестабильности сопротивления, а также нестабильности относительного сопротивления термометров. Погрешность, обусловленную нестабильностью термометра, можно уменьшить с сотых до тысячных долей градуса, если использовать в качестве измеряемого параметра относительное сопротивление термометра. Такой вывод сделан на основе анализа изменения интерполяционной функции термометра в интервале между поверками и расчёта погрешности термометра в диапазоне температур между точками градуировки. Предложено в нормативных документах на методику поверки предусмотреть дополнительную периодическую поверку эталонных термометров в тройной точке воды. Дополнительная поверка позволит повысить точность измерений температуры. Полученные результаты будут полезны пользователям эталонных платиновых термометров и специалистам центров поверки.

The standard platinum resistance thermometer is currently the most accurate contact temperature sensor. One of the most important characteristics of its error is the instability of resistance during the interval between calibrations. In this work, the task was set to analyze the data from periodic calibration of 27 thermometers performed at the D. I. Mendeleev Institute for metrology for several years. Based on the analysis, it was concluded that the instability of the resistance of thermometers at the triple point of water for most thermometers exceeds ±0.002 °C, sometimes reaching several hundredths of a degree. The work analyzes the reasons for the instability of resistance, as well as the instability of the relative resistance of thermometers. Based on data analysis of the thermometer error at the temperatures between calibration points and graphs of changes in the interpolation function during the interval between the calibrations in the entire measurement range, it was shown that the error associated with the instability of the thermometer can be reduced from hundredths to thousandths of a degree when used as a measured parameter relative resistance of the thermometer. It is proposed to include in the regulatory documents on the verification methods of Standard platinum resistance thermometers an additional periodic calibration of the thermometers at the triple point of water.

погрешность измерения температурыэталонный платиновый термометрнестабильность сопротивленияповерка эталонного термометраtemperature measurement errorstandard platinum resistance thermometerinstability of resistancecalibration of the standard reference thermometerReferencesМедведев В. А., Ненашев С. Н., Олевская О. Е., Полунин С. П. Вопросы хранения и передачи единицы температуры эталонными платиновыми термометрами сопротивления. Тезисы докладов 4-й Всероссийской и стран-участниц КООМЕТ конференции по проблемам термометрии «ТЕМПЕРАТУРА-2011», Санкт-Петербург, Россия, 19–21 апреля 2011, ВНИИМ им. Д. И. Менделеева, Санкт-Петербург, c. 20–21 (2011).Medvedev V. A., Nenashev S. N., Olevskaya O. E., Polunin S. P. Voprosy hraneniya i peredachi edinicy temperatury etalonnymi platinovymi termometrami soprotivleniya. Abstract of the All-Russian and COOMET member countries Conference on thermometry problems “TEMPERATURE-2011”, St. Petersburg, Russia, April 19–21, 2011, VNIIM Publ., St. Petersburg, рр. 20–21 (2011). (In Russ.)Berry R. J. Thermal Strain Effects in Standard Platinum Resistance Thermometers. Metrologia, 19(1), 117–126 (1983). https://doi.org/10.1088/0026-1394/19/1/007Berry R. J. Thermal Strain Effects in Standard Platinum Resistance Thermometers. Metrologia, 19(1), 117–126 (1983). https://doi.org/10.1088/0026-1394/19/1/007Моисеева Н. П. Исследование теплового гистерезиса эталонного платинового термометра сопротивления. Измерительная техника, (4), 42–45 (2015). https://www.elibrary.ru/tzwambMoiseeva N. P. The thermal hysteresis of a standard platinum resistance thermometer. Measurement Techniques, 58(4), 426–430 (2015). https://doi.org/10.1007/s11018-015-0729-8Marcarino P., Dematteis R., Gallorini M., Rizzio E. Contamination of platinum resistance thermometers at high temperature through their silica sheaths. Metrologia, 26(3), 175–181 (1989). http://dx.doi.org/10.1088/0026-1394/26/3/003Marcarino P., Dematteis R., Gallorini M., Rizzio E. Contamination of platinum resistance thermometers at high temperature through their silica sheaths. Metrologia, 26(3), 175–181 (1989). http://dx.doi.org/10.1088/0026-1394/26/3/003Moiseeva N. P. Effect of purity of the platinum wire of HTPRTs on their characteristics. Proceedings of TEMPMEKO 2001: The 8th International Symposium on Temperature and Thermal Measurements in Industry and Science, B. Fellmuth, J. Seidel (eds), Berlin, Germany, рр. 250–255 (2001).Moiseeva N. P. Effect of purity of the platinum wire of HTPRTs on their characteristics. Proceedings of TEMPMEKO 2001: The 8th International Symposium on Temperature and Thermal Measurements in Industry and Science, B. Fellmuth, J. Seidel (eds), Berlin, Germany, рр. 250–255 (2001).Моисеева Н. П. Исследование эффекта закалки вакансий в высокотемпературных платиновых термометрах сопротивления. Измерительная техника, (4), 46–48 (1996).Moiseeva N. P. Investigation of the effect of the hardening of vacancies in high-temperature platinum resistance thermometers. Measurement Techniques, 39(4), 419–422 (1996). https://doi.org/10.1007/BF02374544Berry R. J. Effect of Pt oxidation on Pt resistance thermometry. Metrologia, 16(3), 117–126 (1980). https://doi.org/10.1088/0026-1394/16/3/003Berry R. J. Effect of Pt oxidation on Pt resistance thermometry. Metrologia, 16(3), 117–126 (1980). https://doi.org/10.1088/0026-1394/16/3/003Ancsin J. Oxidation of platinum resistance thermometers. AIP Conferences Proceedings, 684, 345–349 (2003). https://doi.org/10.1063/1.1627149Ancsin J. Oxidation of platinum resistance thermometers. AIP Conferences Proceedings, 684, 345–349 (2003). https://doi.org/10.1063/1.1627149Sakurai H., Tamura O. Oxidation characteristics of standard platinum resistance thermometers. Japanese Journal of Applied Physics, 50(3R), 036601 (2011). https://doi.org/10.1143/JJAP.50.036601Sakurai H., Tamura O. Oxidation characteristics of standard platinum resistance thermometers. Japanese Journal of Applied Physics, 50(3R), 036601 (2011). https://doi.org/10.1143/JJAP.50.036601Tobias Herman et al. ITS-90 SPRT calibration from the Ar TP to the Zn FP. Metrologia, 60(1A), 03001 (2023). https://doi.org/10.1088/0026-1394/60/1A/03001Tobias Herman et al. ITS-90 SPRT calibration from the Ar TP to the Zn FP. Metrologia, 60(1A), 03001 (2023). https://doi.org/10.1088/0026-1394/60/1A/03001

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