ITS-90温标在83.8058～273.16K温区内温标的非唯一性研究

　　0　引言

　　ITS-90温标是通过全温区和各分温区定义T90的,而某些分温区是重叠的,重叠温区的T90定义有差异。在同一温度下,根据不同定义并用同一标准内插仪器所得的固定点间的测量值是有差异的,这就是温标的非一致性。所谓温标的非一性,是指只使用一个定义测量固定点间的某一温度,而用不同的内插仪器,可得出不同的T90值。

　　在83.8058～273.16K温度范围内,虽然ITS-90温标新增汞三相点(234.3156K)作为定义固定点,但在氩三相点(83.8058K)与汞三相点之间,由于温度间隔较大,温标仍然存在较大的非唯一性,而非唯一性是评价温标的一个重要指标。因此,研究温标的非唯一性,对完善ITS-90温标及温标的传递与使用都有较大意义。

　　1　研究方法

　　1.1　实验装置

　　实验所用的高精度比较恒温槽结构如图1所示。该恒温槽的均热块是由直径50mm,高75mm的无氧铜制成的,九支套管铂电阻温度计分别装入等半径(r=18mm)的温度计孔中,以保证所有温度计在相同条件下进行测量。均热块上绕有加热丝,有内外两层防辐射屏,内辐射屏为一等温屏,外辐射屏上绕有加热丝,内外屏均经过镀金处理,以减少辐射换热。真空室与法兰通过铟丝密封,真空度保持2×10-4Pa。

　　1.2　实验方法

　　在实验中,使用两台Lake Shore公司生产的520型低温控温仪控温,经多次实验发现,外辐射屏的温度控制在低于均热块温度约15℃左右能得到稳定的温场。选择一支温度计(No.7701)作为参考温度计,其余八支(80229,8382,7906,81042,7703,81032,B61,7709)被分度。为提高测量的准确度,使用两台直流比较电桥同步测量,一台测量参考温度计,另一台测量被分度温度计。ITS-90温标规定温度计在83.8058～273.16K温区内分度共需三个定义固定点:氩三相点、汞三相点和水三相点,水三相点的测量是在水三相点瓶中直接测得,而汞三相点和氩三相点是在比较恒温槽中测得的。测量时将均热块温度控制在这两个固定点附近(<1mK),将温度计分度后,在固定点间隔15K左右测量一个温度点,标准温度计所测量的温度值与被检温度计内插所得的温度值之差,即为温度计间的非唯一性的数值。同时由于温度计已在13.8033～273.16K温区分度,因此也可考查两个温区的非一致性。

　　2　实验结果

　　2.1　非唯一性

　　温度计80229,8382,7906,81042,7703,81032与参考温度计7701在83～273.16K温区内的非唯一性实验结果如图2所示。图中,横坐标为参考温度计7701的温度值,纵坐标为被分度温度计与参考温度计的非唯一性。由于各支温度计的制作方法及纯度不完全相同,导致在固定点间的相同热状态下,不同温度计所测量的温度值存在差异,也就是温标存在非唯一性。靠近固定点,非唯一性较小;远离固定点,非唯一性较大;温度计的特性不同,非唯一性的分布也不相同,其中非唯一性的最大值为1mK。尽管234.3156～273.16K温区范围较窄,但实验结果表明,该温区仍存在较大的非唯一性。为了解非唯一性总体的分布状况,我们研究了任意两支温度计间的非唯一性,并进行统计平均,如图3所示,从图3可以看出,在160K附近,非唯一性达到最大值。