Анализ нестабильности характеристик эталонного платинового термометра в интервале между поверками и способ уменьшения погрешности термометра

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.

1. Медведев 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).

2. Berry R. J. Thermal Strain Effects in Standard Platinum Resistance Thermometers. Metrologia, 19(1), 117–126 (1983). https://doi.org/10.1088/0026-1394/19/1/007

3. Моисеева Н. П. Исследование теплового гистерезиса эталонного платинового термометра сопротивления. Измерительная техника, (4), 42–45 (2015). https://www.elibrary.ru/tzwamb

4. Marcarino 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/10.1088/0026-1394/26/3/003

5. 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).

6. Моисеева Н. П. Исследование эффекта закалки вакансий в высокотемпературных платиновых термометрах сопротивления. Измерительная техника, (4), 46–48 (1996).

7. Berry R. J. Effect of Pt oxidation on Pt resistance thermometry. Metrologia, 16(3), 117–126 (1980). https://doi.org/10.1088/0026-1394/16/3/003

8. Ancsin J. Oxidation of platinum resistance thermometers. AIP Conferences Proceedings, 684, 345–349 (2003). https://doi.org/10.1063/1.1627149

9. Sakurai 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.50.036601

10. Tobias 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