Государственный первичный эталон единицы температуры в диапазоне 0–3200 °C ГЭТ 34-2020: практическая реализация нового определения кельвина

Рассмотрены необходимость и пути модернизации Государственного первичного эталона единицы температуры в диапазоне 0–3000 °С ГЭТ 34-2007. Освещена проблема перехода на новое определение кельвина. Показано, что новое определение кельвина не влияет непосредственно на статус действующих международных температурных шкал МТШ-90 и ВНТШ-2000, однако предоставляет значительные преимущества для измерения термодинамической температуры ниже 20 К и выше примерно 1300 К. В связи с этим основное направление модернизации ГЭТ 34-2007 в диапазоне 273,15–1235 К связано с совершенствованием методов и средств реализации МТШ-90. В рамках работ по модернизации эталона в диапазоне выше 1235 К создан комплекс аппаратуры, позволяющий воспроизводить кельвин в соответствии с его новым определением двумя методами: абсолютной первичной радиометрической термометрии и относительной первичной радиометрической термометрии. Методы рекомендованы Консультативным комитетом по термометрии Международного бюро мер и весов. Изложены основные принципы реализации этих методов, а также состав и метрологические характеристики утверждённого в 2020 г. ГЭТ 34-2020. Приведены результаты ключевых сличений ГЭТ 34-2020 в диапазоне 273,16–692,477 К, а также результаты измерений температуры ряда высокотемпературных реперных точек и их сопоставление с опубликованными результатами аналогичных измерений ведущих национальных метрологических институтов.

1. The International System of Units (SI), 9th ed., Paris, Bureau Internationaldes Poids et Mesures, 2019.

2. Fischer J., Gerasimov S., Hill K. D., Machin G., Moldover M. R., Pitre L., Steur P., Stock M., Tamura O., Ugur H., White D. R., Yang I., Zhang J., Preparative steps towards the new defi nition of the Kelvin in terms of the Boltzmann constant, Int. J. Thermophys., 2007, vol. 28, no. 6, pp. 1753–1765.

3. Preston-Thomas H., The International Temperature Scale of 1990 (ITS-90), Metrologia, 1990, vol. 27, no. 1, pp. 3–10.

4. Guide to the Realization of the ITS-90. Metal Fixed Points for Contact Thermometry, Consultative Committee for Thermometry under the auspices of the International Committee for Weights and Measures, Paris, Bureau Internationaldes Poids et Mesures, Last updated 1 January 2018.

5. Fellmuth B., Hill K. D., Pearce J. V., Peruzzi A., Steur P. P. M., Zhang J, Guide to the realization of the ITS-90. Fixed points: influence of impurities, Paris, BIPM, Consultative Committee for Thermometry, 2018, available at: https://www.bipm.org/utils/common/pdf/ITS-90/Guide_ITS-90_2_1_Impurities_2018.pdf(accessed:20/05/2021).

6. Ivanova A. G., Fuksov V. M., Gerasimov S. F., Pokhоdun A. I., International Journal of Thermophysics, 2017, vol. 38, no. 31. https://doi.org/10.1007/s10765-016-2168-4

7. Hartmann J., Anhalt K., Taubert D. R., Hollandt J., Absolute radiometry for the MeP: the irradiance measurement method, Joint International Symposium on Temperature, Humidity, Moisture and Thermal Measurements in Industry and Science. TEMPMEKO & ISHM 2010, Book of Abstracts, 2010, vol. B, p. 357.

8. Woolliams E., Dury M., Burnitt T., Alexander P. E. R., Winkler R., Hartree W., Salim S., Machin G., Primary radiometry for the mise-en-pratique for the defi nition of the kelvin: the hybrid method, Joint International Symposium on Temperature, Humidity, Moisture and Thermal Measurements in Industry and Science. TEMPMEKO & ISHM 2010, Book of Abstracts, 2010, vol. B, p. 354.

9. Yoon H. W., Gibson C. E., Eppeldauer G. P., Smith A. W., Brown S. W., Lykke K. R., Thermodynamic Radiation Thermometry Using Radiometers Calibrated for Radiance Responsivity, Int. J. Thermophys., 2011, vol. 32, no. 11–12, pp. 2217–2229.

10. Yamada Y., Sakate H., Sakuma F., Ono A., Radiometric observation of melting and freezing plateaus for a series of metal-carbon eutectic points in the range 1330 °C to 1950 °C, Metrologia, 1999, vol. 36, no. 3, pp. 207–209.

11. Yamada Y., Sakate H., Sakuma F., Ono A., High-temperature fi xed points in the range 1150 °C to 2500 °C using metalcarbon eutectics, Metrologia, 2001, vol. 38, pp. 213–219.

12. Pokhodun A. I., Rudtsch S., Ivanova A. G., Beketov N. A., Metrologia, 2020, vol. 57, Tech. Suppl.03005. https://doi.org/10.1088/0026-1394/57/1A/03005

13. Woolliams E.R. et al., Phil. Trans. R., 2016, vol. 374, iss. 2064. https://doi.org/10.1098/rsta.2015.0044.

14. Sadli M., Khlevnoy B., et al., Comparison and determination of the melting temperature of WC-C cells developed at VNIIOFI and LNE-CNAM, Tempmeko 16, 2016. 26 June – 1 July 2016, Belvedere Congress Centre, Zakopane, Poland.