Все о датчиках температуры.
Первый универсальный русскоязычный портал

Символ нового года

Что нового в мире термометрии ( просматривая тезисы ТЕМПМЕКО 2010 )

01.07.2010 | Колонка редактора | Количество просмотров: 5574 | Комментарии (5)

Что нового, что интересного происходит в области измерения температуры? Изобретены ли новые методы и приборы, которые можно ли применить в нашей практике лабораторных и промышленных измерений? На конференциях ТЕМПМЕКО, которые проводятся один раз в три года, можно проследить прогресс термометрии в мире, как на самом высшем уровне точности, так и на уровне промышленных приборов.
.
Недавно на сайте в разделе КОНФЕРЕНЦИИ И СЕМИНАРЫ мы опубликовали тезисы докладов, представленных на конференции ТЕМПМЕКО 2010, проходившей в Словении. Докладов очень много – более 400, тематическое оглавление фактически отсутствует, кроме того, все тезисы на английском языке. Поэтому для подробного ознакомления с текстами требуется немало времени.
.
Я в конференции не участвовала, но решила написать эту заметку по своим личным впечатлениям после краткого просмотра тезисов докладов. Пожалуйста, ни в коем случае, не рассматривайте этот материал как «мнение ученых из ВНИИМ». Это просто размышления, которые возможно будут интересны посетителям сайта, которые тезисов не читали. Если кто-то из участников конференции хочет добавить свои комментарии по поводу докладов и вообще, пожалуйста, пишите сразу после заметки. Спасибо.
.
Итак, больше половины докладов в области контактной термометрии относятся к метрологии высшего звена, т.е. измерениям температуры на уровне метрологических институтов и Государственных эталонов. Эти научные исследования требуют новейшего оборудования, вложения материальных средств и привлечения очень квалифицированных специалистов. Хочется верить, что здесь наука здесь делается не только ради самой науки и в дальнейшем новые идеи и методы будут внедрены в практику.
.
Например, стремление получить воспроизводимость температуры тройной точки воды уже на уровне стотысячных долей кельвина воспринимается учеными метрологами как важнейшая задача последних десяти лет. После обширных дорогостоящих исследований в 2005 г. ККТ регламентирует изотопный состав воды эталонной воды. На конференции 2010 года тема еще не закрыта – публикуются уточнения к расчету поправок на изотопный состав (стр. 283). Исследуется также влияние примесей на ТТВ (стр.282), использование специальных вкладышей в канал, влияние структуры ледяных рубашек (стр. 64) Понятно, эти исследования важны для эталонных лабораторий и никакого эффекта на остальной мир пока не имеют. Хотя отдельные фирмы производители уже продают точки, содержащие эталонную воду SMOW (Standard Mean Ocean Water).
.
Еще одной неувядающей научной темой является исследование влияния микропримесей на температуру затвердевания реперных точек. Опять же, речь идет уже о долях милликельвина. Ставится задача определить составляющую неопределенности температуры реперной точки от наличия конкретных примесей в металле. Исследователи специально загрязняют металлы микропримесями, определяют коэффициенты влияния, предлагают методы расчета. (стр. 55, 56, 281…). Честно говоря, работа подобного рода скорее из области «фундаментальных исследований», можно ли будет применять формулы на практике, и будет ли от этого какой-то эффект, покажет время.
.
В работе НФЛ (стр 147) предлагается более практичный метод исследования влияния примесей: на основе анализа кривых затвердевания, не загрязняя специально металл. Вывод о том, что можно оценивать неопределенность температуры затвердевания по наклону площадок затвердевания цинка и серебра без дорогостоящего анализа на примеси делают ученые из Японии (стр. 75). Очень интересную работу провели специалисты из ПТБ, которые анализировали влияние размеров ампул и формирование фронтов фазового перехода на процесс плавления и затвердевания индия (стр. 70). В работе показано, что все ампулы, сделанные в ПТБ, отличаются между собой не более, чем на 0,3 мК.
.
Что касается методов воспроизведения фазовых переходов металлов, то самые интересные и нужные для потребителя работы, по-моему, были проведены Мак Лареном (Канада) еще в 70-х годах 20 века. Именно тогда были разработаны методики плавления и наведенного затвердевания, формирования двух фронтов в расплаве. Все то, что вошло в «Дополнительную информацию к шкале МТШ-90» и сейчас широко используется во всех лабораториях. Кстати, к технике формирования фронтов возвращаются и на конференции 2010 года не только немецкие ученые. В работе специалистов из Новой Зеландии (стр. 144 ), делается вывод, что формирование солидного слоя затвердевшего металла внутри тигля стабилизирует площадку затвердевания и даже делает температуру затвердевания выше.
.
По теме методик реализации реперных точек для контактной термометрии на конференции было еще несколько работ, дающих практические советы. Например, в работе из Франции( стр.58) утверждается, что следует выдерживать металл перед затвердеванием в расплавленном состоянии не менее 24 ч. В работе из России (стр. 222), как это ни странно, говорится, что температура, регистрируемая на площадке алюминия, зависит от теплообмена термометра и металла. В 2007 г. я сделала исследовательскую работу о стабильности температуры затвердевания олова, зависимости глубины переохлаждения металла от перегрева и т.д.. Денег на командировку не дали, и работа не была опубликована. Выводы были такие: олово, даже заплавленное в графитовый тигель, помещенный в негерметичную металлическую оболочку, может использоваться десять лет и более без потери стабильности, причем при хорошем поле в печи можно пользоваться как плавлением, так и затвердеванием металла. Формирование внутреннего фронта при наведенном затвердевании не обязательно, глубину переохлаждения можно увеличить в 5 раз, меняя температуру перегрева.
.
Можно бесконечно исследовать реперные точки, делая разные выводы. Однако к таким выводам надо все же относиться как к научной работе, с интересом, но критически - т.е не спешить применять их на практике. Пользоваться советую проверенными на основе многолетней практики методами реализации. Кратко описание методов публикуется на сайте в разделе МТШ-90.
.
В предыдущие годы, рассуждая о перспективах развития шкалы температур, ученые на конференциях иногда ставили вопрос об отказе от высокотемпературных платиновых термометров сопротивления, предлагая заменить их на золото-платиновые термопары, якобы сравнимые по точности с термометрами, но более надежные и простые в обращении. На этой конференции диспут продолжается. Судя по тезисам доклада чешских специалистов (стр. 54), задуман даже проект ЕВРАМЕТ по выбору нового интерполяционного прибора для диапазона 660-1080 °С. К сожалению, по кратким тезисам невозможно понять, как закончились упомянутые в тезисах сличения ВТС и термопар. Однако есть одно интересное исследование от фирмы Hart Scientific (стр.332), показывающее золото-платиновые термопары в довольно негативном свете, ставя под сомнение их взаимозаменяемость и возможность использования одной стандартной функции для различных типов проволоки.
.
Таким образом, опять возродился интерес к высокотемпературным термометрам. В Японии (стр. 264) сличали ВТС и радиационные пирометры до 1085 °С. Две ведущие фирмы Hart Scietific (стр. 141) и ISOTECH (стр. 445) предлагают новые конструкции ВТС, работающие вплоть до точки меди. Причем ISOTECH отказывается от кварцевой защитной трубки, заменяя ее оксидом алюминия и организуя в термометре постоянный поток воздуха. Я много лет работала с ВТС российского производства, и могу сказать, что при высоких температурах они вполне могут показывать хорошую стабильность при грамотном обращении. Решающим фактором для стабильности сопротивления является качество материалов – платины и кварца. Основные методы работы с платиновыми термометрами были обоснованы Робертом Берри еще в начале 80-х годов. Подробнее о методах, можете заглянуть в наш раздел «Платиновый термометр сопротивления».
.
Тема неопределенностей представлена уже не так широко, как на предыдущей конференции и ничего нового не содержит. По-прежнему часть докладов посвящена методам программного расчета распространения неопределенностей калибровки термометров на интервал (стр.255 ), причем не только термометров сопротивления, но и термопар (стр. 129 ). Неединственность температурной шкалы МТШ-90 изучается с 90-х годов. (на нашем сайте вы можете узнать, что такое неединственность в разделе «Неединственность реализации шкалы МТШ-90» ). Еще в 1990 г. ученые из НИСТ начали исследовать неединственность МТШ-90, мы также опубликовали доклад по неединственности на американской конференции TMCSI. С тех пор каждая конференция предлагает все новые и новые работы по экспериментальному определению неединственности шкалы. Для меня интересным и остроумным показался вывод из работы китайских коллег (стр.46), которые предложили простую формулу для оценивания неединственности в поддиапазонах до 660 °С, включающую только коэффициент «с» функции отклонения от МТШ-90.
.
Популярной темой остается исследование платино-палладиевых термопар. Как известно, основной причиной их нестабильности является окисление палладия в районе 600 °С. Помимо экспериментов, подтверждающих преимущества Pt/Pd термопар над платино-родиевыми, публикуется работа из Канады (стр. 390), предлагающая теоретическую модель, объясняющую влияние оксидов на изменение коэффициента Зеебека термоэлектродов.
.
По тематике промышленных термометров, мне показалась интересной, прежде всего, работа из Германии (Dirk Bogun стр.138) об испытаниях пленочных платиновых термометров. Как известно, сейчас пленочные термометры сопротивления постепенно вытесняют проволочные. Немецкая группа по стандартизации организовала масштабное исследование стабильности термометров и провела анализ отклонения их интерполяционной функции от стандартной по МЭК 60751. Отмечу, что данный вопрос активно обсуждается на последних заседаниях международной рабочей группы МЭК ПК65В/РГ5 по стандартам в области температурных измерений. Подробности работы группы см. в разделах сайта РГЭ и Заседания рабочей группы МЭК ПК65В/РГ5 .
.
Очень интересное исследование влияния глубины погружения промышленных термометров на погрешность, подкрепленное теоретическим анализом, провели в Новой Зеландии (White, стр.142). Эта работа у меня есть полностью (спасибо Роду Вайту), не только в виде тезисов. Там подробнейшим образом исследованы характеристики погружения в среду рабочих термометров. Показано, что характеристики погружения зависят от структуры и скорости потоков в жидкостном термостате. Погружение на глубину 10 диаметров может снизить погрешность только до 1%. Каждые последующие 10 диаметров снижают погрешность еще примерно в 10 раз.
.
Тема бездемонтажной поверки термометров и термопар представлена только двумя работами (извиняюсь, если я что-то пропустила). Это работа о калибровке термопар со встроенными реперными точками (стр.30) и работа о калибровке термометров на объекте (стр. 243), из тезисов которой, к сожалению, ничего не понять.
.
Помимо традиционных для контактной термометрии тем по исследованию реперных точек и термометров, на конференции рассматривалась и более глобальная задача – будущее Международной температурной шкалы. Будет ли принят новый вариант МТШ или будет найден какой-то другой подход к развитию шкалы – эти вопросы обсуждаются в ККТ с 2005 г. На нашем сайте материал по этой теме включен в раздел МТШ-90 (развитие температурной шкалы) .
.
На конференции 2010 года вопрос о международной шкале преподносится уже как решенный. МТШ-90, к радости представителей промышленности, в ближайшем будущем изменяться не будет, а будет дополняться альтернативными методами реализации. Развитие шкалы и переход на новое определение кельвина будет обеспечено совершенствованием основополагающего документа, называемого “Mise en pratique for the definition of the kelvin” (MePK), что примерно можно перевести на русский как «Руководство по практической реализации единицы температуры» .
Согласно презентации рабочей группы ККТ (Dean Ripple, стр. 353) документ будет включать следующие части: 1) введение: новое определение кельвина и его влияние на первичную термометрию и МТШ, 2) описание методов измерения термодинамической температуры, в частности абсолютных радиометрических методов, которые могут иметь выше точки серебра более низкую погрешность, чем методы МТШ-90., 3) текст МТШ-90, ПНТШ-2000 и рекомендуемые оценки расхождения практической и термодинамической шкалы, 4) описание реализации единицы температуры с помощью непрямых методов (методов, не входящих в МТШ-90): значения температур отдельных реперных точек, не входящих в состав МТШ-90, методы интерполяции и экстраполяции.
.
Один из примеров непрямой реализации шкалы - реализация шкалы с помощью высокотемпературных эвтектик металл-углерод и радиометрической интерполяции. Теме эвтектик металл-углерод, как открытию последнего десятилетия, посвящено очень много докладов на конференции (4 полных заседания). Реперные точки на основе эвтектик используются не только в пирометрии, но и для градуировки высокотемпературных термопар. Проводятся сличения точек, исследуется расхождение интерполяционных зависимостей, построенных с помощью точек со шкалой МТШ-90.
.
Термодинамические методы измерения температуры, благодаря предстоящему переопределению кельвина и MePK, получают новый статус. Они допускаются для практической реализации наравне с МТШ-90 и имеют даже приоритет, т.к. позволяют воспроизводить единицу температуры согласно ее новому определению. Особенно интенсивно продвигаются сейчас радиометрические абсолютные методы. Предлагаются методы определения абсолютной спектральной чувствительности пирометра с помощью установки, включающей Ti-Sa управляемый лазер и встроенную сферу с известной абсолютной светимостью (стр. 356). и ряд других методов. Рабочая группа ККТ РГ5 разработала документ, описывающий возможное построение температурной шкалы выше 960 °С (стр. 355). Важное преимущество документа перед МТШ-90 – гибкость в выборе методов. Схемы реализации шкалы обозначены через переменную n = 0, 1, 2, 3, 3+ (n – количество задействованных реперных точек). Каждая лаборатория, в зависимости от своей квалификации и оснащенности сможет выбрать подходящий вариант реализации температурной шкалы. В документе оцениваются неопределенности каждого метода и даются рекомендации по выбору градуировочных точек.
.
Я не занимаюсь радиационной термометрией и поэтому мне трудно судить о прогрессе в этой области. Было бы очень хорошо, если бы кто-то из ученых, работающих с неконтактными методами измерения температуры, смог дополнить материал о конференции.
.
Спасибо за внимание. Еще раз приглашаю участников конференции поделиться сврими впечатлениями.
.


С уважением,


Гл. редактор Temperatures.ru
Моисеева Наталия Павловна

Другие статьи раздела

Все статьи раздела "Колонка редактора"

Комментарии:

Елена Иванчура,

Наталия Павловна, а выводы немецких специалистов по плёночным термомерам нам доступны? Вам полного доклада г-н Богун не прислал?

Моисеева Н.П.,

У меня есть текст статьи. Полностью статьи конференции ТЕМПМЕКО 2010 после редактирования должны быть опубликованы в журнале «International Journal of thermophysics». В исследованиях, организованных немецкой группой по стандартизации были задействованы пленочные термометры восьми типов, изготовленные различными производителями. Термометры повергались старению и тестам на стабильность. Интересно, что для всех термометров наблюдалось систематическое отклонение от НСХ по стандарту МЭК 60751 и очень высокая воспроизводимость индивидуальных коэффициентов. Причем отклонение от НСХ не зависело от типа ЧЭ. Однако, как показано в статье, в настоящее время разработана новая конструкция пленочного ЧЭ на основе новых технологий и материалов. Новые термометры имеют характеристику близкую к НСХ, но больший разброс коэффициентов, что говорит о том, что технологии должны совершенствоваться.

Елена Иванчура,

Спасибо! А ведь похоже га то, что у нас получилось :)

Дмитрий,

Подскажите российских производителей ВТС

Моисеева Н.П.,

Высокотемпературные платиновые термометры изготавливает Владимирский завод \"ЭТАЛОН\". Смотрите координаты в каталоге фирм.

Добавить комментарий: