Потрійна точка. Перевірка вимірювальних каналів витратометрії інформаційно-вимірювальних систем

Крапка відповідає найнижчому тиску, при якому ще можливе перетворення речовини з твердого стану в рідкий і назад, тобто рівноважний стан між твердою та рідкою фазами; при менших тисках рідкий стан немає. На цьому ж кресленні нанесено криву залежності тиску насиченої пари від температури, про яку згадувалося в § 13 ч. II (див. рис. 11.25) та в § 17 (див. формулу (3.32)). Зліва від цієї кривої речовина знаходиться при температурах, які менші за температуру кипіння, тобто в рідкому стані; точки, розташовані праворуч від цієї кривої, відповідають вищим температурам і, отже, станам ненасиченої пари. Уздовж самої кривої рідина і насичена пара існують одночасно, тобто кожна точка цієї кривої відповідає рівноважному стану між киплячою рідиною та її насиченою парою. Крапка цієї кривої відповідає найнижчій температурі і низькому тиску, при яких ще може існувати рідина в рівновазі зі своєю насиченою парою. Крапка називається потрійною точкою даної речовини. У цій точці одночасно існують у рівновазі один з одним усі три фази або агрегатні стани речовини: твердий, рідкий і газоподібний (насичена пара). Для кожної речовини є певні

значення тиску та температури потрійної точки. При менших тисках можуть існувати тільки тверді та газоподібні стани. Крива показує залежність між тиском і температурою насиченої пари, що знаходиться в рівновазі з твердою фазою.

Безпосереднє випаровування твердих тіл (зване сублімацією або сублімацією) відбувається при температурах, менших, ніж температура потрійної точки.

Для багатьох речовин (метали та ін) нормальна температура (15° С) значно нижча за температуру їх потрійних точок. Згідно з кривою ці речовини при нормальній температурі мають дуже маленький тиск насиченої пари. Очевидно, чим більший тиск насиченої пари над поверхнею твердого тіла, тим інтенсивніше може протікати процес випаровування цих тіл. Наприклад, легко випаровується йод, який у своїй потрійній точці (114° С) має тиск насиченої пари, що дорівнює 90 мм рт. ст. Висихання мокрої білизни на морозі пояснюється тим, що вода, що знаходиться в ньому, спочатку замерзає, а лід, що утворюється, потім випаровується, так як на морозі температура льоду менше, ніж температура потрійної точки води, а тиск насичених водяних парів досягає декількох міліметрів ртутного стовпа (при -10° З цим тиск одно

Зауважимо, що питома теплота сублімації, тобто теплота, необхідна для перетворення речовини з твердого стану безпосередньо в газоподібний, виявляється рівною сумі питомих теплот плавлення та пароутворення.

Температура потрійної точки води використовується як реперна температура термодинамічної шкали Кельвіна. Припустимо, що ідеальне робоче тіло, здійснюючи ідеальний цикл Карно, отримує теплоту при температурі і віддає теплоту при температурі. Як такі реперні температури можна взяти температури кипіння води та танення льоду за нормальних умов, прийнявши їх різницю за 100° С. Тоді за виміряним відношенням і вибраною різницею можна визначити всю температурну шкалу. Очевидно, реперні точки мають відтворюватися з дуже великою точністю, оскільки вони визначають величину градуса. Тому В. Томсон (Кельвін) і незалежно від нього Д. І. Менделєєв запропонували створити шкалу з однією реперною температурою, якою обрана дуже точно відтворювана (з помилкою, що не перевищує градуса) потрійна точка води. У Міжнародній системі одиниць фізичних величин дано таке визначення градуса: кельвін – одиниця температури за термодинамічною температурною шкалою, в якій для температури потрійної точки води встановлено значення 273,16 (точно).

Метод порівняння,тобто виміру ряду величин витрат, які відтворюються у зразкових установках расходометрії, що знаходяться в ЛВ ВНІІМ (Ломоносівське від. ВНДІ Метрології ім. Д.І. Менделєєва), Найбільша різниця між результатами вимірювання і відомими значеннями витрати, є основною похибкою вимірювального каналу.

Метод звірення вимірювального каналу, що повіряється, і зразкового приладу витратометрії при вимірюванні одних і тих же величин витрати. Різниця їх показань при вимірі витрат визначає похибку каналу, що повіряється.

1. Термопари, характеристики пар матеріалів, плівкові термопари, у тому числі у виконанні мікрокремнієвої технології.

2. Термометри опору, матеріали, типи виконання, номінали, електричні схеми включення.

3. Термістори, матеріали, параметри, номінали, конструктивні виконання.

4. Калібрування (атестація) та повірка температурних СІ.

5. Інші перетворювачі температури:

- Оптоволоконні ПТ,

Пірометри,

Тепловізори.

2. ЗАСОБИ ВИМІРЮВАННЯ ТЕМПЕРАТУРИ:

1. МПТШ – 90. Шкала Кельвіна та шкала Цельсія. Нуль С відповідає – потрійній точці води 00 С → 273,160 До.

Крім того, є реперні точки температури:

Галій з температурою плавлення Олово з температурою плавлення -

Точки затвердіння Індія (156,5985 ° С), цинку (419,527 ° С), алюмінію (660,323 ° С), срібла (961,78 ° С)

Реперна точка.

Реперні точки - точки, на яких ґрунтується шкала вимірів.

На реперних точках збудовано Міжнародну практичну температурну шкалу. Реперні точки на шкалі Цельсія – температура замерзання (0 ° С) та кипіння води (100 ° С) на рівні моря.

Потрійна точка води.

Потрійна тчка вода-істрого певні значення температури і тиску, при яких вода може одночасно і рівноважно існувати у вигляді трьох фаз - у твердому, рідкому та газоподібному станах. Потрійна точка води - температура 273,16 К та тиск 611,657 Па.

Потрійна точка води – найпростіша у реалізації реперна точка. Для її зберігання та відтворення може використовуватися термостат або посуд Дьюара, наповнений сумішшю подрібненого льоду та води. Розроблено також спеціальні термостати для зберігання судин потрійних точок води та підтримання їх у робочому стані тривалий час.

Особливості реалізації з найвищою точністю: Починати вимірювання рекомендується через добу після приготування крижаної

мантії. Необхідно усунути попадання світла від зовнішніх джерел на посудину та термометр (щоб уникнути підведення тепла випромінюванням). Для цього рекомендується закрити термометр щільною тканиною. Глибина занурення залежить від типу термометра. Для еталонних платинових термометрів діаметром 5-7 мм вона становить щонайменше 15 див.

Потрійна точка води.

Як видно з параметрів потрійної точки води, за нормальних умов рівноважне співіснування льоду, водяної пари та рідкої води неможливе. Ця обставина начебто суперечить звичайним спостереженням - лід, вода і пара часто спостерігаються одночасно. Але протиріччя немає - стани, що спостерігаються, далекі від термодинамічно рівноважних і реалізуються на практиці тільки через кінетичні обмеження фазових переходів. Потрійна точка води характеризується певним набором параметрів тиску і температури, тому може іноді використовуватися як реперна - тобто опорна, наприклад, для калібрування приладів.

U (ТТ) ,

термо1 2

α – коефіцієнт Зеєбека або питома термоедс.

Сторінка 1

Температура потрійної точки води використовується як реперна температура термодинамічної шкали Кельвіна.

Температура потрійної точки води за цією шкалою приймається рівною 0 01 С. Так як чисельні значення температури по обох шкалах (термодинамічної та практичної) в межах звичайної точності вимірювання збігаються, то позначення шкали рекомендується вказувати лише в тих випадках, коли це істотно. В експериментальних роботах всі визначення температури роблять зазвичай, користуючись практичною (стоградусною) шкалою.

Температура потрійної точки води за цією шкалою приймається рівною 0 01 С. Так так чисельні значення температури по обох шкалах (термодинамічної та практичної), в межах звичайної точності вимірювання збігаються, то позначення шкали рекомендується вказувати лише в тих випадках, коли це істотно. В експериментальних роботах всі визначення температури роблять зазвичай, користуючись практичною (стоградусною) шкалою.

Температура потрійної точки води за цією шкалою приймається рівною 4 - 0 01 С. Так як чисельні значення температури по обох шкалах (термодинамічної та практичної) в межах звичайної точності вимірювання збігаються, то позначення шкали рекомендується вказувати лише в тих випадках, коли це істотно. В експериментальних роботах псе визначення температури виробляють зазвичай, користуючись практичною (стоградусною) шкалою.

Температура потрійної точки води використовується як реперпая температура термодинамічної шкали Кельвіна. Припустимо, що ідеальне робоче тіло, здійснюючи ідеальний цикл Карно, отримує теплоту (1 при температурі 7 і віддає теплоту 22 при температурі Тг. С/Фз - Для того, щоб побудувати температурну шкалу, необхідно надати 7 і Г2 певних (реперних) значень. Як такі реперні температури можна взяти температури кипіння води та танення льоду за нормальних умов, прийнявши їх різницю за 100 С.

Температура потрійної точки води за цією шкалою приймається рівною 0 01 С. Так так чисельні значення температури по обох шкалах (термодинамічної та практичної) в межах звичайної точності вимірювання збігаються, го позначення шкали рекомендується вказувати лише в тих випадках, коли це істотно. В експериментальних роботах всі визначення температури роблять зазвичай, користуючись практичною (стоградусною) шкалою.

Температура потрійної точки води за шкалою Цельсія дорівнює 001С.

Температура потрійної точки води (точки рівноваги трьох фаз води - твердої, рідкої та пароподібної) дорівнює 001С, або 27316К.

Температуру потрійної точки води вдається підтримувати зі стандартним відхиленням 0 2 мК, чим визначається стандартне відхилення відтворення кельвіна, що становить приблизно 10 3 К. Труднощі виникають тоді, коли з'являється необхідність виміряти температуру, що відрізняється від 273 16 До.

Температуру потрійної точки води вдається підтримувати зі стандартним відхиленням 0 2 мК, чим визначається стандартне відхилення відтворення кельвіна, що становить приблизно 1 (Г3 К. Труднощі виникають тоді, коли з'являється необхідність виміряти температуру, що відрізняється від 273 16 К.).

Температуру потрійної точки води неважко обчислити, якщо припустити, що тиск та розчинене у воді повітря впливають на неї незалежно один від одного.

Температурі потрійної точки води 27316К відповідає 001G; отже, 273 15 К - це температурний проміжок, який зміщено початок відліку.

Температурою потрійної точки води називають температуру співіснування рідкої води, льоду та насиченої водяної пари за відсутності інших газів.

Оскільки температура потрійної точки води, що дорівнює 273 16 К, відповідає температурі 0 01 С, усунення початку відліку становить 273 15 град.

Значення температури потрійної точки води обрано таким, щоб інтервал між точками танення льоду та кипіння води за термодинамічною шкалою дорівнював 100 град, як і за Міжнародною практичною шкалою; іншими словами, щоб одиниця для вимірювань температурних проміжків-градус (град) була для обох шкал однакова.

Питання про методики реалізації реперних точок постійно обговорюється на міжнародних конференціях та розглядається в документах ККТ, зокрема найповніше методики були представлені в огляді, підготовленому РГ1/ККТ та опублікованому в журналі «Метрологія»: B. W. Mangum, P. Bloembergen, M. V. Chattle, B. Fellmuth, P. Marcarino. Metrologia 36 (1999). У цьому розділі рекомендації щодо реалізації фазових переходів, які можуть бути корисними повірителям при роботі з ампулами реперних точок.

Потрійна точка води (273,16 К)

Потрійна точка води - найпростіша у реалізації реперна точка. Для її зберігання та відтворення може використовуватися термостат або посуд Дьюара, наповнений сумішшю подрібненого льоду та води. Розроблено також спеціальні термостати для зберігання судин потрійних точок води та підтримання їх у робочому стані тривалий час.

Особливості реалізації з найвищою точністю: Починати вимір рекомендується через добу після приготування крижаної мантії. Необхідно усунути попадання світла від зовнішніх джерел на посудину та термометр (щоб уникнути підведення тепла випромінюванням). Для цього рекомендується закрити термометр щільною тканиною. Глибина занурення залежить від типу термометра. Для еталонних платинових термометрів діаметром 5-7 мм вона становить щонайменше 15 див.

Приготування крижаної мантії може здійснюватись декількома способами. Найбільш поширений і швидкий спосіб - з використанням рідкого азоту та металевих стрижнів. Стрижень занурюється в рідкий азот, потім канал потрійної точки води, заповнений чистим спиртом. Процедура повторюється, поки на стінках каналу не утворюється крижана мантія товщиною не менше 1 см. Інший спосіб - заповнення каналу сухим дрібним подрібненим льодом. Крижана мантія може також формуватися шляхом переохолодження води. Посудина потрійної точки занурюється в суміш льоду та кухонної солі, що має температуру близько -10 °С. Через 20 хв. посудина витягується із суміші і струшується. При цьому можна спостерігати вражаючу картину швидкого утворення льоду по всьому об'єму води, який згодом формує нормальну крижану мантію навколо каналу. Цей спосіб зараз реалізується у деяких спеціальних термостатах для реперних точок. Перед початком вимірювань у точці необхідно переконатися, що крижана мантія може вільно обертатися навколо каналу. Якщо цього не відбувається, рекомендується на кілька секунд ввести в канал алюмінієвий або скляний стрижень, що має кімнатну температуру, а потім повторно перевірити обертання мантії. Канал зазвичай заповнюється чистою водою. Якщо утворюється великий зазор між стінками каналу і термометром, то рекомендується використовувати металеві втулки, що заповнюють довжиною, що дорівнює довжині чутливого елемента термометра.

Реалізація реперних точок металів

Найбільш детально принципи реалізації температур плавлення та затвердіння металів викладені у розділі

Дві умови отримання якісних майданчиків плавлення та затвердіння металів: 1. Використовувати метал високої чистоти та не допускати забруднення металу під час заплавки у тигель; 2. Забезпечити рівномірність температурного поля печі на довжині тигля.

Для градуювання ПТС з максимальною точністю необхідно використовувати метали чистотою не менше ніж 99,9999%. У цьому випадку температура, реалізована точкою (до 420 ° С) відрізнятиметься від температури ідеально чистого металу не більше ніж на 0,1-0,2 мК. Відхилення температури реперної точки від значення МТШ-90 залежить від виду домішки та її взаємодії з конкретним металом. Оцінка показує, що якщо використовується метал чистотою 99,999%, то точок Al, Ag, Au, Cu відхилення складе кілька мК. (З документа «Додаткова інформація до шкали МТШ-90»). Детально вплив домішок на температуру реперних точок досліджується у роботі: B. Fellmuth and K. D. Hill, Metrologia 43 (2006).(сайт www.bipm.org)

Рекомендація ККТ - перепад температури по довжині тигля для еталонних ампул затвердіння металів при температурі, близькій до реперної точки, не повинен перевищувати 10 мК. Чим вище температура, тим складніше забезпечити рівномірність температурного поля печі. Для точок вище Al у більшості лабораторій-охоронців первинних еталонів використовуються теплові труби.

Потрійна точка ртуті

Найбільш надійними та зручними у зверненні вважаються герметичні осередки з нержавіючої сталі. Для реалізації температури потрійної точки рекомендується використовувати рідинний термостат з хорошим перемішуванням та високою відтворюваністю заданої температури. Найбільш простий спосіб отримання температурного майданчика - метод плавлення затверділої ртуті. Затвердіння досягається або охолодженням осередку в термостаті до температури приблизно -42°С, або зануренням у канал спеціального стрижня охолоджуючого (immersion cooler). Вихід на плавлення здійснюється плавним підвищенням температури в термостаті та регулюванням на рівні значення, близького до реперної точки. Для покращення якості майданчика та формування шару рідкого металу навколо каналу рекомендується занурити у канал перед початком вимірювань теплий стрижень. Хороший рідинний термостат, заповнений спиртом, дозволить легко отримати тривалість фазового переходу 10 год і більше.

Точка плавлення галію (29,7646 °С)

Точка плавлення галію є однією з найстабільніших і добре відтворюваних температурних точок МТШ-90. Відтворюваність температури плавлення галію в добрих термостатах досягає ±0,2 мК і краще. Іноді в наукових публікаціях з'являються пропозиції використовувати цю точку замість потрійної точки води для розрахунку відносних опорів еталонних термометрів платинових опору. Температура плавлення галію може бути реалізована в рідинних або твердотільних термостатах з рівномірним температурним полем. Температура термостата встановлюється значення на 1,5 -2 °З перевищує температуру реперної точки. У момент, коли контрольний термометр у каналі зафіксує початок плавлення, канал вводиться стрижень, нагрітий приблизно до 40 °С або спеціальний тонкий нагрівач потужністю приблизно 10 Вт і витримується в каналі близько 20 хв. Це дозволяє створити тонкий розплавлений шар металу навколо каналу та отримати більш плоский майданчик плавлення.

Точка затвердіння олова (231,928 ° С)

Особливістю точки затвердіння олова є глибоке переохолодження олова перед початком затвердіння. Тому спеціальні заходи мають бути вжиті для реалізації переохолодження та виведення металу з переохолодженого стану. Найбільш поширена методика наступна: олово плавиться і перегрівається до температури на 5 ° С вище за реперну точку, витримується при цій температурі протягом 10-15 год, після чого завдання регулятора змінюється на значення температури на 0,5 -1 ° С нижче реперної точки і починається охолодження металу; після того, як температура, що реєструється контрольним термометром в каналі осередку досягне температури затвердіння, осередок виводиться з печі на повітря і по контрольному термометру відстежується процес переохолодження та спонтанного підйому температури металу (рекалесценція); осередок занурюється назад у піч; у канал вводяться послідовно на дві хвилини два стрижні, що мають кімнатну температуру. Після цього можна розпочинати вимірювання. Для рівня робочих еталонів та зразкових термометрів можна застосовувати спрощені методики затвердіння. Щоб отримати площадку затвердіння протягом одного робочого дня можна перегрівати олово на 10-15 °С вище температури точки і витримувати при цій температурі 1 год. також успішно працювати на майданчику плавлення. У деяких осередках переохолодження досягає лише 2-3 °С, у цьому випадку можна для отримання майданчика твердіння не виводити комірку з печі, а знизити температуру печі на 5-7 °С, і після рекалесценції підняти температуру до значення, близького до температури реперної точки . Найважливіша, і зазвичай найважча у виконанні, умова якісної реалізації точки олова (як та інших точок затвердіння металів) - рівномірність температурного поля по довжині тигля з металом.

Детально процес затвердіння олова описаний в наступній монографії: G. F. Strouse and N. P. Moiseeva, NIST Special Publication 260-138 (1999).

Точки затвердіння Індія (156,5985 ° С), цинку (419,527 ° С), алюмінію (660,323 ° С), срібла (961,78 ° С)

Методика реалізації цих точок практично ідентична, т.к. переохолодження металів не велике. Основний принцип отримання якісних майданчиків твердіння полягає у забезпеченні високої рівномірності температурного поля в тиглі. (Необхідно відзначити, що перепад температури в тиглі в декілька градусів дуже небезпечний, тому що може призвести до руйнування ампули, оскільки шар розплавленого металу внизу тигля не може розширитися вгору, якщо верхній шар ще знаходиться в твердому стані. В результаті метал просочується крізь графіт.) Методика, пропонована ККТ наступна: метал повільно розплавляється, перегрівається після плавлення на 5 К і витримується в печі 10 -15 год; температура печі встановлюється на значення на 2-3 °С нижче точки затвердіння, і коли по контрольному термометру спостерігається переохолодження та рекалесценція, термометр виводиться з тигля і в канал вставляються по черзі два кварцові (або керамічні) стрижні, що мають спочатку кімнатну температуру. Кожен стрижень витримується у каналі 2 хв. Це сприяє утворенню тонкого шару затверділого металу, тобто. другий межі розділу фаз, що "термостатує" термометр, стабілізує хід затвердіння і певною мірою "виправляє" нерівномірність температурного поля по довжині чутливого елемента термометра. Для отримання максимальної тривалості процесу затвердіння температура печі підвищується до значення на 0,5 -1 До нижче реперної точки. Після цього можна проводити послідовне градуювання еталонних термометрів, причому для збільшення тривалості майданчика термометри рекомендується підігрівати перед введенням в ампулу.

Викладені вище рекомендації стосуються переважно вимірювань на еталонному рівні точності, там де потрібна розширена невизначеність не гірше 1-2 мК. Осередки реперних точок в еталонних установках виконані з кварцу, причому, для первинних державних еталонів - це осередки "відкритого" типу з регульованим тиском, для робочих еталонів, це, як правило, осередки "закритого" типу (герметичні кварцові ампули). Нині з'являється дедалі більше установок реалізації реперних точок МТШ-90, використовуваних для градуювання вторинних стандартів і зразкових термометрів. У таких установках можуть використовуватися комірки найбільш надійної конструкції: графітовий тигель з металом поміщається у металевий герметичний корпус. Для отримання розширеної невизначеності на рівні 3-5 мК, для металів високої чистоти в печах з рівномірним температурним полем можна використовувати майданчики плавлення.

Більш детальну інформацію про реалізацію реперних точок МТШ-90 викладено у розділі

Потрійна точка води - що це таке, і що відбувається з водою в цей момент.

Очевидно, що багато хто з нас чув про потрійну точку води, проте далеко не всі знають і розуміють, що це таке.

Для початку, для кращого і більшого розуміння цього терміну, наведемо кілька визначень з різних джерел.

Потрійна точка води, це …

Великий Енциклопедичний словник

ТРІЙНА точка - стан рівноважного співіснування. Потрійна точка води трьох фаз речовини, зазвичай твердої, рідкої та газоподібної. Температура потрійної точки води (точки співіснування льоду, води та пари, рис.) дорівнює 0,01 .С (273,16 К) при тиску 6,1 гПа (4,58 мм рт. ст.).

Великий словник енциклопедії. 2000

Енциклопедичний словник з металургії

Потрійна точка - точка на термодинамічній діаграмі стану, що відповідає рівновазі трьох фаз аналізованої термодинамічної системи. Наприклад, потрійна точка води відповідає рівновазі системи, що складається з льоду, води та водяної пари. Температура потрійної точки води 0 ° С або 273,16 К.

Енциклопедичний словник з металургії. - М: Інтермет Інжиніринг. Головний редактор Н.П. Лякішів. 2000

Фізична енциклопедія

Потрійна точка – у термодинаміці, точка на діаграмі стану, що відповідає рівноважному співіснуванню трьох фаз в-ва. З Гіббса правила фаз випливає, що хімічно індивідуальне в-во (однокомпонентна система) в рівновазі не може мати більше трьох фаз. Ці три фази (напр., тверда, рідка і газоподібна або, як у сірки, рідка і два алотропні різновиди кристалічної) можуть спільно співіснувати тільки при значеннях температури Тт і тиску рт, що визначають на діаграмі р - Т координати Т. т. (Мал.). Для СО2, напр., Tт=216,6К, рт=5,16 105 Н/м2, для Т. т. води - осн. реперної точки абс. термодинамічні. температурної шкали - Тт = 273,16 К (точно), рт = 4,58 мм рт. ст. (609 Н/м2).

Фізична енциклопедія. У 5-ти томах. - М: Радянська енциклопедія. Головний редактор А. М. Прохоров. 1988

Науково-технічний енциклопедичний словник

ТРІЙНА ТОЧКА, температура і тиск, при яких всі три стани речовини (твердий, рідкий, газоподібний) можуть існувати одночасно. Для води потрійна точка знаходиться при температурі 273,16 К та тиску 610 Ра.

Науково-технічний енциклопедичний словник

Підсумовуючи, можемо сказати, що у природі існує деяке співвідношення температури, і тиску у якому речовина може існувати одночасно у трьох станах.

Для води потрійна точка відповідає таким показанням температури та тиску:

• Температура - 273,16 К;
• Тиск - 610 Ра.

Потрійна точка води – відео

Пропонуємо подивитися вам відео, яке чудово візуалізує поведінку води у потрійній точці.

Як бачимо, вода перебуває у безперервної циклічної трансформації своїх станів … дуже цікаве видовище – вічний рух.

Потрійна точка – це речовина у трьох «іпостасях» одночасно.