標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)重要參數(shù)Rtp值的獲取
標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)重要參數(shù)Rtp值的獲取標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)是測(cè)定0～419.527℃溫度區(qū)段的標(biāo)準(zhǔn)儀器。水三相點(diǎn)是測(cè)溫技術(shù)中所用的一個(gè)極為重要的固定點(diǎn)，它被用于量測(cè)標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)的電阻值R tp 。鑒于標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)檢定規(guī)程上關(guān)于水三相點(diǎn)及R tp 值獲取的文字性介紹較少，為獲取標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)重要參數(shù)R tp 值，本文對(duì)水三相點(diǎn)瓶的凍制及水三相點(diǎn)的R tp 值的測(cè)定過(guò)程進(jìn)行了系統(tǒng)的分析。
1 水的三相點(diǎn)及作參考點(diǎn)的優(yōu)勢(shì)
水三相點(diǎn)即水的固態(tài)、液態(tài)、汽態(tài)(冰、水、汽)三態(tài)為一體的混合界面，它的溫度值用國(guó)際單位制表示為273.16K(0.01℃)。物質(zhì)的溶點(diǎn)、沸點(diǎn)和升華溫度不僅與溫度有關(guān)，而且與壓力有關(guān)?？梢愿鶕?jù)純物質(zhì)在不同壓力下的溶點(diǎn)、沸點(diǎn)和升華溫度不同分別做出三條曲線，稱(chēng)之為溶解曲線、汽化曲線和升華曲線，這三條曲線的交點(diǎn)稱(chēng)為物質(zhì)的三相點(diǎn)。只有在這一點(diǎn)，物質(zhì)的三相點(diǎn)(固相、液相、氣相)才能共存。如圖1所示。
由圖1可以看出：水的固態(tài)(冰)、液態(tài)(水)、氣態(tài)(飽和水蒸氣)三相共存只有在壓力611Pa、溫度0.01℃時(shí)才會(huì)出現(xiàn)。
采用水三相點(diǎn)做量測(cè)標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)RO值的標(biāo)準(zhǔn)參考點(diǎn)比用冰作參考點(diǎn)有一定的優(yōu)勢(shì)。因?yàn)樗帱c(diǎn)是水三態(tài)的混合狀態(tài)，可長(zhǎng)期保存在0.1mK以?xún)?nèi)不變，溫度穩(wěn)定性好，而且不受外界大氣壓變化和空氣中雜質(zhì)的影響，復(fù)現(xiàn)性能好、準(zhǔn)確度高。而冰的表面易受污染，會(huì)引起冰融點(diǎn)溫度的波動(dòng)，冰融點(diǎn)受大氣壓波動(dòng)影響較大，溫度穩(wěn)定性較差，并且被測(cè)溫度計(jì)必須插入冰點(diǎn)槽內(nèi)足夠的深度，否則誤差會(huì)影響參考點(diǎn)溫度的穩(wěn)定性。
水三相點(diǎn)通常用水三相點(diǎn)瓶來(lái)實(shí)現(xiàn)。
2 水三相點(diǎn)瓶
2.1 水三相點(diǎn)瓶的結(jié)構(gòu)
水三相點(diǎn)瓶的結(jié)構(gòu)是在一個(gè)直徑為40mm的玻璃容器內(nèi)，有一個(gè)同心、直徑約為10mm、一端封閉的細(xì)玻璃管作為溫度計(jì)插管，容器在真空下充入高純度的水并密封，如圖2所示。
2.2 水三相點(diǎn)瓶的凍制過(guò)程
凍制水三相點(diǎn)瓶之前，應(yīng)先用干凈的棉花(布)，將水三相點(diǎn)瓶?jī)?nèi)插管中的水分及雜物擦凈，并用干凈的脫脂棉將內(nèi)插管口塞住，將水三相點(diǎn)瓶放入冰瓶(冰箱)中預(yù)冷約2h。然后，將水三相點(diǎn)瓶取出，并用干凈的脫脂棉將其內(nèi)插管擦凈，就可開(kāi)始凍制。凍制時(shí)，向內(nèi)插管中不斷加入液氮或干冰，直至內(nèi)插管周?chē)鷥龀梢粚雍穸燃s為10mm的均勻冰套，凍制時(shí)一定要注意冰套的厚度均勻，而且瓶?jī)?nèi)水面不可封凍，以免使三相點(diǎn)瓶破裂。然后將其放入水三相點(diǎn)瓶保溫容器中，放置24h以后方可使用。使用前用室溫下的水注入內(nèi)插管，使緊貼內(nèi)插管外表面的冰層融化(內(nèi)融)，形成**個(gè)冰水交界面。量測(cè)前要檢查內(nèi)融層是否被凍住，檢查方法是給水三相點(diǎn)瓶一個(gè)小的旋轉(zhuǎn)沖量，冰套應(yīng)能饒著內(nèi)插管的中心管自由轉(zhuǎn)動(dòng)，這時(shí)三相點(diǎn)瓶?jī)鲋仆戤?。凍成后三相點(diǎn)瓶應(yīng)保存在碎冰和水組成的冰槽中，如圖3所示。
3 測(cè)定鉑電阻溫度計(jì)在水三相點(diǎn)電阻值R tp 的過(guò)程
檢定中量測(cè)鉑電阻溫度計(jì)在水三相點(diǎn)的電阻值R tp 時(shí)，需按以下步驟進(jìn)行：
a.水三相點(diǎn)瓶應(yīng)在使用前4h凍制好，并將其儲(chǔ)存于水三相點(diǎn)瓶保溫容器中。
b.每次使用前，應(yīng)首先對(duì)水三相點(diǎn)瓶?jī)?nèi)融，確保水三相點(diǎn)瓶中的冰套能繞其內(nèi)插管自由轉(zhuǎn)動(dòng)，形成可靠的**個(gè)冰水交界面。
c.將溫度計(jì)放入冰點(diǎn)槽中預(yù)冷。
d.將充分預(yù)冷的溫度計(jì)插入水三相點(diǎn)瓶中，防止外界輻射透過(guò)冰層輻射到溫度計(jì)上(因?yàn)橥饨巛椛鋾?huì)給溫度計(jì)帶來(lái)一定的量測(cè)誤差)。當(dāng)充分達(dá)到熱平衡后方可量測(cè)。
e.用測(cè)溫電橋量測(cè)鉑電阻溫度計(jì)的值時(shí)，應(yīng)注意保持流過(guò)溫度計(jì)的電流為1mA，一般取4次讀數(shù)的平均值作為該溫度計(jì)的R tp 值。
f.用下式對(duì)測(cè)得值進(jìn)行水三相點(diǎn)靜壓修壓，得出溫度計(jì)在水三相點(diǎn)的電阻值R tp 。
R tp =R tp ’(1+2.91×10 -8 ·h)(1)式中，h為電阻溫度計(jì)感溫元件中心到水三相點(diǎn)瓶?jī)?nèi)冰套頂面的距離，cm。
g.由不在同**測(cè)得的數(shù)次R tp 的平均值作為該支溫度計(jì)在水三相點(diǎn)處電阻值R tp 的*終測(cè)定結(jié)果。數(shù)次R tp 值之間的*大偏差不應(yīng)超過(guò)規(guī)程的要求。
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