Практические температурные шкалы
В настоящее время применяется Международная практическая температурная шкала (МТШ-90) редакции 1989 г. Согласно МТШ-90 основной температурой является термодинамическая температура (T).
Единица измерения температуры Кельвин (К) – 1/273,16 часть термодинамической температуры равновесия между твердой, жидкой и газообразной фазами воды (тройная точка воды).
Единица, применяемая для выражения температуры Цельсия, – градус Цельсия (°C), который равен Кельвину.
Температура в градусах Цельсия определяется из выражения , где T0 = 273,15 К.
Разность температур выражается как в Кельвинах, так и в градусах Цельсия. МТШ-90 выбрана таким образом, чтобы температура, измеренная по этой шкале, была близка к термодинамической температуре с точностью, обеспечиваемой современными средствами измерений. МТШ-90 основана на значении температур, присвоенных 11 воспроизводимым состояниям равновесия, и на специально аттестованных интерполяционных приборах.
Интерполяция между температурами постоянных точек производится по формулам, служащим для установления связи между показаниями этих приборов и значениями международной практической температурной шкалы.
Основные постоянные точки воспроизводят, осуществляя состояние равновесия между фазами чистых веществ. В табл. 6.1 приведены состояния равновесия и присвоенные им значения температуры, определенные по термодинамической шкале.
МТШ-90 позволяет определять температуру рабочими средствами измерения по термодинамической шкале с погрешностью, определяемой методом измерения. МТШ-90 обеспечивает измерение температур в интервале от 13,81 до 6300 К.
В качестве эталонного средства измерения для области температур от 13,81 до 903,89 K (630,74 °C) применяют термометр сопротивления, изготовленный из платиновой проволоки.
Таблица 6.1. Основные реперные точки МТШ-90
Состояние равновесия | Присвоенные значения температуры по термодинамической шкале | |
T, К | t, °C | |
Равновесие между твердой, жидкой и газообразной фазами водорода (тройная точка водорода) | 13,81 | –259,34 |
Равновесие между жидкой и газообразной фазами водорода при давлении 33 330,6 Па (25/76 нормального атмосферного давления) | 17,042 | –256,108 |
Равновесие между жидкой и газообразной фазами водорода (точка кипения водорода) | 20,28 | –252,87 |
Равновесие между жидкой и газообразной фазами неона (точка кипения неона) | 27,102 | –246,048 |
Равновесие между твердой, жидкой и газообразной фазами кислорода (тройная точка кислорода) | 54,361 | –218,789 |
Равновесие между жидкой и газообразной фазами кислорода (точка кипения кислорода) | 90,188 | –182,962 |
Равновесие между твердой, жидкой и газообразной фазами воды (тройная точка воды) | 273,16 | 0,01 |
Равновесие между жидкой и парообразной фазами воды (точка кипения воды) | 373,15 | |
Равновесие между твердой и жидкой фазами цинка (точка затвердевания цинка) | 692,73 | 419,58 |
Равновесие между твердой и жидкой фазами серебра (точка затвердевания серебра) | 1235,08 | 961,93 |
Равновесие между твердой и жидкой фазами золота (точка затвердевания золота) | 1337,58 | 1064,43 |
Для области температур от 630,74 до 1064,43 °C в качестве эталонного термометра применяется платинородий – платиновый термоэлектрический термометр.
Для области температур от 1337,58 K (1064,3 °C) до 6300 К применяется квазимонохроматический пирометр.
Кроме МТШ-90 установлены практические температурные шкалы (ГОСТ 8.157-75), которые предназначены для осуществления единообразных измерений температуры в диапазоне от 0,01 до 100 000 К.
Для диапазона 0,01…0,8 K установлена температурная шкала термометра магнитной восприимчивости (ТШТМВ), основанная на зависимости магнитной восприимчивости термометра из церий–магниевого нитрата от температуры.
В диапазоне от 0,8 до 1,5 K установлена шкала конденсационного термометра 3He 1962 г., основанная на зависимости давления насыщенных паров изотопа гелия-3 от температуры.
В диапазоне от 1,5 до 4,2 K применяется шкала конденсационного термометра 4Не 1958 г., основанная на зависимости давления насыщенных паров изотопа гелия-4 от температуры.
Температурная шкала германиевого термометра электрического сопротивления (ТШГТС) основана на зависимости сопротивления германиевого термометра от температуры Т и установлена для диапазона температур от 4,2 до 13,81 К.
Температурная шкала пирометра микроволнового излучения (ТШПМИ) основана на зависимости спектральной плотности энергии излучения L (T) черного тела от температуры T в микроволновом диапазоне излучения и установлена для диапазона от 6300 до 100 000 К.
В зарубежной литературе наряду с выражением температуры в Кельвинах (К) и градусах Цельсия (°С) используется градус Фаренгейта (°F) и градус Ренкина (°Ra).
Пересчет числовых значений температуры, выраженной в градусах одной шкалы, в градусы другой производят по следующим формулам:
.