Обеспечение единства измерений в области радиационной термометрии на основе нового определения единицы температуры

Обеспечение единства измерений (ОЕИ) в области температурных измерений, в частности – радиационной термометрии, – одна из основных задач метрологии, решаемых на государственном уровне. Система метрологического обеспечения (МО) средств радиационной термометрии нуждается в непрерывном поддержании на уровне, отвечающем современным требованиям науки, техники, промышленности. С целью развития и совершенствования системы ОЕИ в радиационной термометрии в последние годы проведен ряд мероприятий, а именно: разработана новая эталонная база, в том числе – создан государственный первичный эталон (ГПЭ) единицы температуры в диапазоне от 0 °C до 3 200 °C, реализующий новое определение кельвина; разработана новая государственная поверочная схема (ГПС), регламентирующая передачу единицы температуры рабочим средствам от ГПЭ.

Для снижения нагрузки на ГПЭ, уменьшения потери точности при передаче единицы термодинамической температуры и удовлетворения возросших требований по МО средств измерений создан и исследован вторичный эталон (ВЭТ) единицы температуры в соответствии с новым определением кельвина. В его состав вошли высокотемпературные излучатели на основе реперных точек чистых металлов и эвтектик, излучатель АЧТ и компараторы, обеспечивающие передачу единицы температуры в диапазоне от 961,78 °C до 3 200 °C.

По результатам исследований созданный Государственный вторичный эталон (эталон-копия) единицы температуры в диапазоне значений от 961,78 °C до 3 200 °C утвержден приказом Росстандарта от 21.11.2022 № 2931 и полностью удовлетворяет требованиям в соответствии с ГПС для СИ температуры.

1. Походун А. И. О стратегии развития метрологического обеспечения измерений температуры и теплофизических величин в России // Приборы. 2015. № 8 (182). С. 1–6.

2. State and direction of development of the secondary standard of the unit of radiance and unit of infrared radiation temperature / K. A. Sharganov [et al.] // Measurement Techniques. 2015. Vol. 57. P. 1273–1275. https://doi.org/10.1007/s11018-015-0618-1

3. Походун А. И. Переопределение кельвина и перспективы совершенствования государственного первичного эталона единицы температуры в диапазоне от 0 до 3000 °C ГЭТ 34–2007 // Измерительная техника. 2017. № 12. С. 32–36.

4. Deviation of temperature determined by ITS-90 temperature scale from thermodynamic temperature measured by acoustic gas thermometry at 79.0000 K and at 83.8058 K / V. G. Kytin [et al.] // International Journal of Thermophysics. 2020. Vol. 41, Is. 6. P. 88. https://doi.org/10.1007/s10765-020-02663-2

5. Installation of relative acoustic gas thermometry in the low temperature range from 4.2 to 80 K / V. G. Kytin [et al.] // Measurement Techniques. 2020. Vol. 63, Is. 1. P. 45–52. https://doi.org/10.1007/s11018-020-01748-6

6. Realization of a new definition of kelvin on state primary standard of temperature unit GET 35–2021 in the temperature range from 0.3 to 273.16 K / V. G. Kytin [et al.] // Measurement Techniques. 2021. Vol. 64. P. 613–621. https://doi.org/10.1007/s11018-021-01980-8

7. Methods for the realization of ITS-90 fixed points: necessity of improvement / A. G. Ivanova [et al.] // Measurement Techniques. 2021. Vol. 64. P. 573–579. https://doi.org/10.1007/s11018-021-01973-7

8. State primary standard of temperature unit in the range 0–3200 °C GET 34–2020: Practical implementation of the new definition of kelvin / A. I. Pokhodun [et al.] // Measurement Techniques. 2021. Vol. 64. P. 541–549. https://doi.org/10.1007/s11018–021–01970-w

9. Походун А. И., Осадчий С. М. Переопределение кельвина и его последствия в практике измерений температуры // Законодательная и прикладная метрология. 2019. № 3 (160). С. 3–7.

10. Preparative steps towards the new definition of the kelvin in terms of the boltzmann constant / J. Fischer [et al.] // International Journal of Thermophysics. 2007. Vol. 28. P. 1753–1765. https://doi.org/10.1007/s10765-007-0253-4

11. The roles of the Mise en pratique for the definition of the kelvin / D. C. Ripple [et al.] // International Journal of Thermophysics. 2010. Vol. 31. P. 1975–1808. https://doi.org/10.1007/s10765-010-0837-2

12. Practical implementation of the miseen pratique for the definition of the kelvin above the silver point / G. Machin [et al.] // International Journal of Thermophysics. 2010. Vol. 31. P. 1779–1788. https://doi.org/10.1007/s10765-010-0834-5

13. Primary radiometry for the mise-en-pratique for the definition of the kelvin: the hybrid method / E. R. Woolliams [et al.] // International Journal of Thermophysics. 2011. Vol. 32. P. 1–11. https://doi.org/10.1007/s10765–011–0924-z

14. Absolute radiometry for the MeP-K: the irradiance measurement method / J. Hartmann [et al.] // International Journal of Thermophysics. 2011. Vol. 32. P. 1707–1718. https://doi.org/10.1007/s10765-011-1018-7

15. Thermodynamic radiation thermometry using radiometers calibrated for radiance responsivity / H. W. Yoon [et al.] // International Journal of Thermophysics. 2011. Vol. 32. P. 2217–2229. https://doi.org/10.1007/s10765-011-1056-1

16. Radiometric observation of melting and freezing plateaus for a series of metal-carbon eutectic points in the range 1330 °C to 1950 °C / Y. Yamada [et al.] // Metrologia. 1999. Vol. 36, Is. 3. P. 207–209. https://doi.org/10.1088/0026–1394/36/3/6

17. High-temperature fixed points in the range 1150 °C to 2500 °C using metal-carbon eutectics / Y. Yamada [et al.] // Metrologia. 2001. Vol. 38, Is. 3. P. 213–221. https://doi.org/10.1088/0026–1394/38/3/3

18. Realizing fixed points above the copper point up to 2500 °C using metal-graphite eutectics / Y. Yamada [et al.] // AIST Bulletin of Metrology. 2002. Vol. 1, Is. 3. P. 533–540.

19. Yamada Y., Bloembergen P. On the properties of hyper-eutectic metal-carbon fixed points // AIST Bulletin of Metrology. 2006. Vol. 5. P. 157–162.

20. Еxperience of construction and study of Pt-C eutectic in VNIIM and cooperation with LNE-INM / M. S. Matveyev [et al.] // International Journal of Thermophysics. 2009. Vol. 30, Is. 1. P. 47–58. https://doi.org/10.1007/s10765–008–0431-z

21. Comparison of pyrometric Co-C and Re-C eutectic-point cells between VNIIM and LNE-CNAM / M. Sadli [et al.] // International Journal of Thermophysics. 2011. Vol. 32, Is. 11–12. P. 2657–2670. https://doi.org/10.1007/s10765-011-1079-7

22. Comparative investigations of cobalt-carbon eutectic high-temperature fixed point cells constructed at the VNIIM and VNIIOFI / B. B. Khlevnoy [et al.] // Measurement Techniques. 2013. Vol. 56. P. 72–78. https://doi.org/10.1007/s11018–013–0161-x

23. Thermodynamic temperature assignment to the point of inflection of the melting curve of high temperature fixed points / E. Woolliams [et al.] // Philosophical Transactions of the Royal Society A. 2016. Vol.374. P. 20150044. http://dx.doi.org/10.1098/rsta.2015.0044

24. Saunders P., White D. R. Saunders P. Interpolation errors for radiation thermometry // Metrologia. 2004. Vol. 41. Р. 41–46. https://doi.org/10.1088/0026–1394/41/1/006

25. Saunders P., White D. R. Physical basis of interpolation equations for radiation thermometry // Metrologia. 2003. Vol. 40, Is. 4. Р. 195–203. https://doi.org/10.1088/0026–1394/40/4/309

26. Фотоэлектрический спектрокомпаратор нового поколения для прецизионных измерений в области радиационной термометрии / М. С. Матвеев [и др.] // Приборы. 2008. № 10. С. 30–38.

27. The Reference monochromatic thermometer for the HTFPs investigation / Yu. A. Sild [et al.] // TEMPMEKO 2016: abstracts XIII international symposium on temperature and thermal measurements in industry and science, Zakopane, Poland, 26.06. – 1.07.2016. 2016. P. 116–117.

28. Khlevnoy B., Grigoryeva I., Ibragimov N. New method of filling of HTFP cells // High Temperature Fixed Points Solutions for Research and Industry (HTFP 2008): Int. Workshop, KRISS, Daejeon, Korea. 2008. P. 16.

29. Sild Y. A. Methods of filling high-temperature fixed-point cells based on eutectic alloys // Measurement Techniques. 2012. Vol. 55. P. 936–940. https://doi.org/10.1007/s11018-012-0064-2

30. Khlevnoy B. B., Grigoryeva I. A., Ibragimov N. A. New method of filling of high-temperature fixed-point cells based on metal-carbon eutectics / Peritectics // International Journal of Thermophysics. 2011. Vol. 32. P. 1763–1772. https://doi.org/10.1007/s10765-011-0998-7

31. CCT-WG5 on radiation thermometry, uncertainty budgets for realisation of scales by radiation thermometry / J. Fischer [et al.] // CCT Working document CCT/03–03. BIPM, Sèvres Cedex. 2003.

32. Uncertainty budgets for realization of ITS-90 by radiation thermometry / J. Fischer [et al.] // Temperature Its Measurement and Control in Science and Industry: AIP Conference Proceedings, Chicago. 2003. Vol. 7. P. 631–638.