Nowa generacja kriogenicznych wzorców temperatury

• Autorzy: Lipiński L. , Szmyrka-Grzebyk A. , Manuszkiewicz H. , Kowal A.

Warianty tytułu

EN

A new generation of cryogenic temperature standards

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Międzynarodowa Skala Temperatury z 1990 r. (MST-90) definiuje 6 punktów potrójnych do wzorcowania termometrów platynowych w zakresie temperatur poniżej 0 stopni C. Przez wiele lat do realizacji tych punktów stosowane były komórki "pojedyncze" wypełnione jedną substancją wzorcową. Kilka modeli takich komórek omówiono we wstępnej części niniejszej pracy. W celu ujednolicenia konstrukcji komórek oraz metod pomiarowych, dla podniesienie spójności pomiarowej w europejskich instytucjach metrologicznych w ramach projektu Unii Europejskiej o nazwie "MULTICELLS" opracowywane są wzorce temperatury nowej generacji. Są nimi wielokomponentowe urządzenia zawierające kilka substancji wzorcowych w zamkniętych pojemnikach, przeznaczone do wzorcowania kilku termometrów w jednym cyklu chłodzenia. Dwa modele takich komórek o różnej konstrukcji zostały opracowane i wykonane we Włoszech i we Francji. Niniejsza praca zawiera opis metod pomiarowych oraz wyniki badań komórki włoskiej uzyskane w Instytucie Instytut Niskich Temperatur i Badań Strukturalnych PAN.

EN

For calibration of interpolating standard platinum resistance thermometers below 0 (degrees) C the International Temperature Scale of ITS-90 (ITS-90) defined six triple points. Four of them, argon with the triple point temperature equal to 83.8055 K, oxygen 54.3584 K, neon 24.5561 K and hydrogen in equilibrium state at 13.8033 K, are of gaseous substance at room temperature. For many years for realisation of each temperature fixed point, "single" cells filled with one reference substance have been used mostly. A few models of the single cell are described in the paper. Calibration of thermometers in a large temperature range has needed dismounting thermometers and individual cells, as well cooling a cryostat several times what consuming a big amount of cryo-liquids. Moreover, the cells manufactured by different metrological institutions characterised different parameters: quantity of reference substance, mass, shape, materials used for construction, thermal parameters. Because these differences comparison of metrological parameters of the cells and an accuracy of realisation of the temperature scale were difficult. For standarisation of the devices (cells) and measuring methods to ensure a high degree of international traceability in the field of temperature measurements below 0 (degrees) C a new generation of temperature standards has been developed in the frame of the European project FW-5 No G6RD-CT-1999-00114 MULTICELLS. Six European metrological and scientific organisation - Instituto di Metrologia G. Colonnetti (IMGC) in Italy, Institut Nationale de Metrologie (BNM/INM) in France, National Physical Laboratory (NPL) in England, Physicalisch-Technische Bundesandstalt (PTB) in Germany, NMi Van Sweden Laboratorium (VSL) in the Netherlands and Institute of Low Temperature and Structure Research (INTiBS PAN) in Poland - realise the project. Transportable, multicompartment sealed cells - contained four elements filled with reference substances placed in one isothermal frame - are tested. Two different models of the cell have been designed and fabricated by IMGC and BNM/INM. The research carried out basically is aimed to improve the knowledge on underlying physico-chemistry of the triple point realisation. An influence of geometry of the elements on thermal properties, respond time and a thermal resistance between solid-liquid interface of the substance and a standard thermometer are mainly studies. Measuring methods elaborated for determination of these parameters and the result of the Italian multicompartment cell measurements performed at INTiBS PAN in Poland are presented in the paper.

Słowa kluczowe

PL

temperatura; skala temperatury; wzorzec temperatury; termometr

EN

temperature; temperature scale; temperature standard; thermometer

• Wydawca: Komitet Metrologii i Aparatury Naukowej PAN
• Czasopismo: Metrology and Measurement Systems
• Rocznik: 2002
• Tom: Vol. 9, nr 1
• Strony: 67--84
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Lipiński L.

• Polska Akademia Nauk, Instytut Niskich Temperatur i Badań Strukturalnych im. Wł. Trzebiatowskiego, Wrocław

autor

Szmyrka-Grzebyk A.

• Polska Akademia Nauk, Instytut Niskich Temperatur i Badań Strukturalnych im. Wł. Trzebiatowskiego, Wrocław

autor

Manuszkiewicz H.

• Polska Akademia Nauk, Instytut Niskich Temperatur i Badań Strukturalnych im. Wł. Trzebiatowskiego, Wrocław

autor

Kowal A.

• Polska Akademia Nauk, Instytut Niskich Temperatur i Badań Strukturalnych im. Wł. Trzebiatowskiego, Wrocław

Bibliografia

• 1. Pavese F., International intercomparison of fixed points bvy means of sealed cells (13.81 K to 90.686 K). Monographie 84/4, Final report, Sevres, BIPM, 1984.
• 2. Fellmuth B., Berger D., Wolber L., An international star intercomparison of low-temperature fixed points using sealed triple-point cells. Proceedings of the 7th International Symposium on Temperature and Thermal Measurements in Industry and Science TEMPEMEKO`99, Delft 1999, pp. 233-238.
• 3. Grant w 5. Programie Ramowym Badań i Rozwoju Technologicznego Unii Europejskiej Nr G6RD-1999-00114. Improvement of European traceability in temperaturę measurements below 0˚C using permanently-sealed transportable multicell standards. MULTICELLS.
• 4. Preston-Thomas H., The International Temperature Scale of 1990 (ITS-90), Metrologia 1990, vol. 27, no. 1, pp. 3-12.
• 5. Zarządzenie nr 161 Prezesa Głównego Urzędu Miar z dnia 25 października 1996 r. w sprawie wprowadzenia Międzynarodowej Skali Temperatury z 1990 r. (Dz. Urz. Miar i Probiernictwa Nr 27, 1996, poz. 168).
• 6. Szmyrka-Grzebyk A., Międzynarodowa Skala Temperatury 1990 i zasady jej aproksymacji w niskich temperaturach. Metrologia i Systemy Pomiarowe. T. II, nr 4/1995, s. 277-282.
• 7. Pavese F., de Groot M., Fellmuth B., Head D., Hermier Y., Szmyrka-Grzebyk A., Zanin L., The Project „MULTICELLES” for the Development of New Temperature Standards in the Cryogenic range Down to 2.18 K by Means of Sealed cells. Proc. of the 8th International Symposium on Temperature Standards in the Cryogenic range Down to 2.18 K by Means of Sealed cells. Proc. of the 8th International Symposium on Temperature and Thermal measurements in Industry and Science TEMPMEKO`2001, pp. 759-764.
• 8. Pavese F., Ferri D., Peroni I., Steur P. P. M., A new generation of IMGC modular sealed cells for cryogenic temperaturę fixed points. Proc. of the TEMPMEKO`2001, Berlin 2001, pp. 770-776.
• 9. Hermier Y., Head D., Pitre L., Vergé A., Géneville G., Bonnier G., A new generation of BNM-INM multicompartment sealed cells for low temperaturę fixed points. Proc. of the TEMPMEKO`2001, Berlin 2001, pp. 765-770.
• 10. Szmyrka-Grzebyk A., Lipiński L., Manuszkiewicz H., Miniaturowa komórka do realizacji punktu potrójnego rtęci. Metrologia i Systemy Pomiarowe, VII, nr 3/2000, s. 193-199.
• 11. Lipiński L., Manuszkiewicz H., Szmyrka-Grzebyk A., Miniaturowa komórka do realizacji punktu potrójnego rtęci – stałego punktu Międzynarodowej Skali Temperatury z 1990 r., Krajowy Kongres Metrologii KKM`2001, Warszawa 2001, materiały konferencyjne, s. 211-215.
• 12. Supplementary Information for the International Temperature Scale of 1990. Dokument BIPM, Sèvres 1990.
• 13. Lipiński L., Szmyrka-Grzebyk A., Manuszkiewicz H., Comparison of different types of salated triple-point cells. Proc. of Intern. Seminar on Low temperaturę Thermometry and Dynamic Temperature measurement, Wrocław – Lądek Zdrój, 1997, pp. 28-32.
• 14. Steur P. P. M., Lipiński L., Manuszkiewicz H., Szmyrka-Grzebyk A., data-acquistion programming under MS-Excel. Meas. Sci. Technol. , vol.11, 2000, pp. 28-32.
• 15. Fellmuth B., Wolber L., Protocol for the investigation of the thermal properties of multicelles. Dokument wewnętrzny – grant Nr G6RD-1999-00114, Berlin 2000.
• 16. Bonner G., Uncertainties in Temperature measurements. Report of Working Group 3 to the CCT, Dokument CCT/01 – 07, BIPM, Sèvres 2001.
• 17. Pavese F., Fellmuth B., Head D., hermier Y., Sakurai H., Steele A., Szmyrka-Grzebyk A., Tew W. L., Proposal of amendement of the ITS – 90 definition concerning the triple point of equilibrium hydrogen. Document of CCT/01 – 07, BIPM, Sèvres 2001.