國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)簡(jiǎn)介
國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)
國(guó)際間的協(xié)議性溫標(biāo),是世界上溫度數(shù)值的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。一切溫度計(jì)的示值和溫度測(cè)量的結(jié)果(極少數(shù)理論研究和熱力學(xué)溫度測(cè)量除外)都應(yīng)該表示成國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)溫度,它的溫度數(shù)值可以表示成開爾文溫度或攝氏溫度的數(shù)值。
國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)
國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)
為了更好地統(tǒng)一國(guó)際間的溫度量值,國(guó)際計(jì)量大會(huì)于1927年決定采用國(guó)際溫標(biāo)。從國(guó)際溫標(biāo)的定義方法來看,它仍然是一種經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)。但它是以熱力學(xué)溫度為標(biāo)準(zhǔn)而制定的,是熱力學(xué)溫度的一種近似,這是它與歷各種經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)的根本區(qū)別。
國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)發(fā)展過程
國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)
國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)
1887年國(guó)際計(jì)量委員會(huì)曾決定采用氫溫標(biāo)作為國(guó)際上的標(biāo)準(zhǔn)溫標(biāo),它以定容氫氣體溫度計(jì)作為基礎(chǔ),以精密玻璃水銀溫度計(jì)作為傳遞氫溫標(biāo)的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。1927年第七屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)決定采用1927年國(guó)際溫標(biāo),規(guī)定了6個(gè)固定點(diǎn),并以鉑電阻溫度計(jì)、鉑銠/鉑熱電偶和光學(xué)高溫計(jì)(見高溫計(jì))作為溫標(biāo)的內(nèi)插儀器(見溫度測(cè)量)。1948年對(duì)國(guó)際溫標(biāo)作了若干重要的修改,并更名為1948年國(guó)際溫標(biāo)。復(fù)現(xiàn)溫標(biāo)的實(shí)驗(yàn)程序?qū)嵸|(zhì)上保持不變,但是對(duì)銀凝固點(diǎn)的溫度值和光學(xué)高溫計(jì)使用的第二輻射常數(shù)с2的數(shù)值作了修改,使得高溫部分的溫度數(shù)值發(fā)生了一定的變化。在接近800℃處新舊溫標(biāo)的數(shù)值變化為0.4K。1960年第十一屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)采用了1948年國(guó)際溫標(biāo)的修訂版,并定新名為“1948年國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)(1960年修訂版)”,這一次僅在文字上和方法細(xì)節(jié)上作了某些修改,而全部溫度數(shù)值保持不變。1969年開始實(shí)行的1968年國(guó)際實(shí)用溫標(biāo),對(duì)舊溫標(biāo)作了一系列重要的修改:①溫標(biāo)的下限由氧沸點(diǎn)(約90K)延伸到氫三相點(diǎn)(13.81K);②修改了定義固定點(diǎn)的溫度值和內(nèi)插公式,以使國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)溫度更接近于相應(yīng)的熱力學(xué)溫度;③采用了第二輻射常數(shù)
c2的新的更加準(zhǔn)確的數(shù)值(0.014388m·K)。 這些都使溫度數(shù)值發(fā)生變化。1975年又對(duì)溫標(biāo)的文本作了一次修訂,但全部溫度數(shù)值保持不變。目前國(guó)際計(jì)量學(xué)界又在醞釀修改國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)。總之,隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)要不斷修改。但是,作為一種使用很廣泛的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),又應(yīng)當(dāng)保持相對(duì)的穩(wěn)定性,修改不宜過于頻繁。
國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)定義與內(nèi)容
國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)
國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)是以一些可復(fù)現(xiàn)的平衡態(tài)(定義固定點(diǎn))的溫度值,以及在這些固定點(diǎn)上分度的標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)插儀器作為基礎(chǔ)的。固定點(diǎn)之間的溫度,由內(nèi)插公式確定。定義固定點(diǎn)是一些純物質(zhì)的相平衡態(tài)。1968年國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)(1975年修訂版)所采用的定義固定點(diǎn)及其溫度值列在附表中。除了氫的三相點(diǎn)和17.042K平衡氫沸點(diǎn)(壓強(qiáng)
E0=33360.6Pa)以外,其他定義固定點(diǎn)都是在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓(壓強(qiáng)
p0=101325Pa)下的平衡態(tài)。表中氬三相點(diǎn)可以用來代替氧冷凝點(diǎn),錫凝固點(diǎn)可以用來代替水沸點(diǎn)。
1968年國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)分成三個(gè)溫區(qū),分別用標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)鉑銠(10%)/鉑熱電偶和普朗克輻射定律來定義這些溫區(qū)內(nèi)的溫度數(shù)值。
國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)
在-259.34℃(13.81K)~630.74℃溫區(qū)內(nèi),1968年國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)是按照標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)的電阻比
W(
T)定義的。
W(
T)是溫度計(jì)在溫度
T時(shí)電阻
R(
T)與它在零攝氏度時(shí)電阻
R(0℃)之比。這個(gè)溫區(qū)又分成兩段,在0~630.74℃范圍內(nèi),溫度
t由下式定義 式中t┡由下式?jīng)Q定: (2) 國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)
式中W(t┡)=R(t┡)/R(0℃)。常數(shù)R(0℃)、α和δ是根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)在水三相點(diǎn)、水沸點(diǎn)(或錫凝固點(diǎn))和鋅凝固點(diǎn)上的分度結(jié)果來確定的。
在-259.34℃~0℃范圍內(nèi),溫度T由下式定義 , (3)
式(T)是由式(4)給出的參考函數(shù) 。 (4)
國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)
參考函(
T)的詳細(xì)數(shù)值表(內(nèi)插準(zhǔn)確度優(yōu)于0.1mK)可查閱本條的參考書目。在此范圍內(nèi)又細(xì)分成四個(gè)小溫區(qū),其中每一個(gè)小溫區(qū)中的Δ
Wi(
T)由一個(gè)
T的多項(xiàng)式確定。多項(xiàng)式中的常數(shù),又由固定點(diǎn)上的Δ
Wi(
T)值和小溫區(qū)連接點(diǎn)上dΔ
Wi(
T)/d
T不應(yīng)有不連續(xù)這一條件確定。各小溫區(qū)中Δ
Wi(
T)的具體函數(shù)形式,以及公式(4)中的系數(shù)
αj,也可查閱本條的參考書目。
在630.74℃~1064.43℃溫區(qū)內(nèi),溫度t由下式?jīng)Q定
E(t)=α+bt+ct2, (5)
式中E(t)是標(biāo)準(zhǔn)鉑銠(10%)/鉑熱電偶在其自由端處于0℃,其工作端處于t℃時(shí)的電動(dòng)勢(shì)。常數(shù)a、b、с是根據(jù)熱電偶在630.74℃±0.2℃(由標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)測(cè)定溫度的準(zhǔn)確值),銀凝固點(diǎn)和金凝固點(diǎn)測(cè)得的電動(dòng)勢(shì)E(t)求出。
1064.43℃(1337.58K)以上,溫度t(t=T-273.15K)由下式定義 (6)
國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)
式中
L(
λ,
T)和
L(
λ,
T)是在波長(zhǎng)為
λ(真空中),溫度分別為
T和(金凝固點(diǎn),=1337.58K)的黑體的光譜輻射度(即光譜輻射亮度)。
c2為第二輻射常數(shù)。
國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)溫標(biāo)的實(shí)現(xiàn)與傳遞
國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)
為了將國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)從定義變成現(xiàn)實(shí)的溫度標(biāo)準(zhǔn),許多國(guó)家都由本國(guó)的國(guó)家計(jì)量機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)國(guó)際實(shí)用溫標(biāo),并通過經(jīng)常的國(guó)際對(duì)比,以保證國(guó)際間溫度量值的統(tǒng)一。中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院用一套實(shí)物(包括實(shí)現(xiàn)溫標(biāo)固定點(diǎn)的裝置和基準(zhǔn)溫度計(jì)組)來復(fù)現(xiàn)國(guó)際實(shí)用溫標(biāo),并以此作為中國(guó)溫度計(jì)量的標(biāo)準(zhǔn)(見彩圖)。為了統(tǒng)一全國(guó)的溫度量值,還建立了一套傳遞檢定系統(tǒng)。在基準(zhǔn)溫度計(jì)下面,設(shè)有一等和二等標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì),通過逐級(jí)檢定,將中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院所建立和保存的國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)傳遞到各部門和各地區(qū)去。一切新生產(chǎn)和使用中的溫度計(jì)(包括測(cè)溫儀表),都應(yīng)進(jìn)行定期的檢定,以保證其示值符合國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)。 國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)
國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)參考書目
凌善康、趙琪、李訐謨、李湜然編著:《溫度-溫標(biāo)及其復(fù)現(xiàn)方法》,計(jì)量出版社,北京,1984。