СССР
Государственный стандарт от 01 января 1976 года № ГОСТ 8.157-75

Государственная система обеспечения единства измерений. Шкалы температурные практические

Утвержден
Государственным комитетом СССР по стандартам
12 мая 1975 года
    Постановлением Государственного комитета стандартов Совета Министров СССР от 12 мая 1975 г. № 1246 срок введения установлен
    с 01.01.76
    Настоящий стандарт устанавливает практические температурные шкалы, предназначенные для обеспечения единства измерений температуры в диапазоне от 0,01 до 100000 К, и методы их осуществления.
    В стандарте учтены рекомендации Международного комитета мер и весов и его Консультативного комитета по термометрии.
    1.ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
    1.1.Совокупность практических температурных шкал, установленных настоящим стандартом, образует единую систему температурных шкал, непрерывную от 0,01 до 100000 К. Практические температурные шкалы реализуются различными, методами.
    1.2.Практические температурные шкалы установлены таким образом, что температуры; измеренные по ним, насколько возможно близки к термодинамическим температурам.
    1.3.Единицей температуры по практическим температурным шкалам, установленным настоящим стандартом, так же как и единицей термодинамической температуры, является кельвин (К).
    1.4.Допускается применение единицы температуры - градуса Цельсия (°С). Между температурой Т, выраженной в Кельвинах, и температурой t, выраженной в градусах Цельсия, установлено соотношение
    t = T - T0, (1)
    где Т0 = 273,15К.
    Градус Цельсия равен кельвину. Температурные разнести выражаются в Кельвинах или градусах Цельсия.
    1.5.Методы воспроизведения практических температурных шкал, установленных настоящим стандартом, определяют требования к средствам измерений, входящим в состав государственных эталонов для соответствующих диапазонов температуры.
    2.ПРАКТИЧЕСКИЕ ТЕМПЕРАТУРНЫЕ ШКАЛЫ И МЕТОДЫ ИХ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
    2.1.Температурная шкала термометра магнитной восприимчивости ТШТМВ, основанная на зависимости магнитной восприимчивости x термометра из церий-магниевого нитрата от температуры Т, устанавливается для диапазона температур от 0,01 до 0,8 К. Эта зависимость выражается законом Кюри
    х = С/Т, (2)
    Где С - константа, определяемая градуировкой - магнитного термометра.
    2.2.Шкала 3Не 1962 г., основанная на зависимости давления р насыщенных паров изотопа гелия-3 от температуры Т, устанавливается для диапазона температур от 0,8 до 1,5К. Эта зависимость выражается уравнением
    < (3)
    где р - давление в мм рт. ст. при 0°С и ускорении свободного падения, равном 9,80665 м/с2.
    2.3.Шкала 4Не 1958 г., основанная на зависимости давления р насыщенных паров изотопа гелия-4 температуры Т устанавливается для диапазона температур от 1,5 до 4,2К. Эта зависимость представлена в табличной форме (приложение 1).
    2.4.Температурная шкала германиевого термометра электрического сопротивления ТШГТС, основанная на зависимости сопротивления R германиевого термометра от температуры Т, устанавливается для диапазона температур от 4,2 до 13,81 К. Эта зависимость выражается соотношением
    (4)
    где Аi - константы, определяемые градуировкой германиевого термометра сопротивления по газовому термометру.
    2.5.Международная практическая температурная шкала 1968 г. (МПТШ-68) устанавливается для диапазона температур от 13,81 до 6300К.
    МПТШ-68 основана на ряде воспроизводимых равновесных состояний, которым приписаны определенные значения температур - основных реперных (постоянных) точек, и на эталонных приборах, градуированных при этих температурах. В интервалах между температурами реперных точек интерполяцию осуществляют по формулам, устанавливающим связь между показаниями эталонных приборов и значениями температуры.
    Основные реперные точки реализуются как определенные состояния фазовых равновесий некоторых чистых веществ. Равновесные состояния и приписанные им значения температуры приведены в приложении 2.
    2.5.1.В качестве эталонного прибора для области температур от 13,81 до 903,89 К применяют платиновый термометр сопротивления. Относительное сопротивление WT термометра определяют по формуле
    WT = RT/R273,15К, (5)
    где RT - сопротивление термометра при температуре Т;
    R273,15K - сопротивление термометра при температуре 273,15К.

    Относительное сопротивление термометра должно быть не менее
    1,39250 при Т = 373,15 К
    Для области температур ниже 0°С соотношение между сопротивлением термометра и температурой определяют стандартной функцией и специальными, уравнениями для вычисления поправок к этой функции (п. 2.5.2).
    Для области от 0 до 630,74°С соотношение между сопротивлением термометра и температурой выражается двумя уравнениями в форме полиномов (п. 2.5.3).
    В качестве эталонного прибора для температур от 630,74 до 1064,43°С применяют, термоэлектрический термометр с электродами из платинородия (10 % родия) и платины. Соотношение между электродвижущей силой и температурой выражается уравнением второй степени (п. 2.5.4).
    Для области температур выше 1337,58 К (1064,43°С) температуру определяют в соответствии с законом излучения Планка (п. 2.5.5.).
    2.5.2.Для области от 13,81 до 273,15 К температуру определяют по формуле
    WТ = Wст(T)+ΔW(T), (6)
    где WТ -относительное сопротивление платинового термометра сопротивления;
    Wст(T) - относительное сопротивление, соответствующее стандартной функции приложения 3 и таблице значений приложения 4.

    Поправки ΔW(T) при температурах основных реперных точек получают из измеренных значений WТ и соответствующих значений Wст(T), приведенных в приложении 5. Отличия измеренных значений WТ от значений Wст(T) в реперных точках рассчитывают по уравнениям, приведенным в приложении 6.
    Поправки ΔW(T) при промежуточных температурах определяют интерполяционными формулами. Область между 13,81 и 273,15К разделена на четыре участка, в каждом из которых ΔW(T) определяют полиномом от Т. Константы в полиномах определяют из значений ΔW(T) в реперных точках и из условий равенства производных d ΔW(T)/dT на границах соседних температурных участков:
    а) на участке от 13,81 до 20,28К поправочная функция имеет вид
    ΔW(T) = А1+В1Т+C1Т2+D1T3, (7)
    где А1, В1, C1 и D1 - константы, определяемые из значений поправок (ΔW = W - Wст), измеренных в тройной .точке равновесного водорода, при температуре 17,042 К и в точке кипения равновесного водорода, а также из значения производной поправочной функции в точке кипения равновесного водорода, вычисленного по уравнению (8);
    б) на участке от 20,28 до 54,361 К поправочная функция имеет вид
    ΔW(T) = А2 + В2Т + С2Т2 - D2T3, (8)
    где A2, B2, С2 и D2 - константы, определяемые из значений поправок (ΔW = W - Wст), измеренных в точке кипения равновесного водорода, в точке кипения неона и в тройной точке кислорода, а, также из значения производной поправочной функции в тройной точке кислорода, вычисленного по уравнению 9;
    в) на участке от 54,361 до 90,188 К поправочная функция имеет вид
    ΔW(T) = А3 + В3Т + С3Т2, (9)
    где А3, В3 и С3 - константы, определяемые из значений поправок (ΔW = W - Wст), измеренных в тройной точке и в точке кипения кислорода, а также из значения производной поправочной функции в точке кипения кислорода, вычисленного по уравнению 10;
    г) на участке от 90,188 до 273,15 К поправочная функция имеет вид
    ΔW(T) = A4t + C4t3(t - 100ºC), (10)
    где t = T - 273,15 К; A4 и С4 - константы, определяемые из значений поправок (ΔW = W - Wст), измеренных в точке кипения кислорода и в точке кипения воды или в точке затвердевания олова (примечание к приложению 2).
    2.5.3.Для области от 0 до 630,74°С температуру t в градусах Цельсия рассчитывают по уравнению
    , (11)
    где ;
    W (t') = R(t')/R (0°С); (12a).
    R(t')/R (0°С) - сопротивления термометра при температурах t' и 0°С соответственно;
    α и δ - константы, определяемые измерением сопротивления в тройной точке воды, точке кипения воды или затвердевания олова (примечание к приложению 2) и точке затвердевания цинка.

    Уравнение (12а) эквивалентно уравнению
    W (t') = l + А t' + B t'2, (12б)
    где A = α (1 + δ /100°С); B = - 10-4 α∙δ°C-2.
    2.5.4.Для области от 630,74 до 1064,43°С температуру рассчитывают по уравнению
    Et = a + bt + ct2, (13)
    где Et - электродвижущая сила эталонного платинородий-платинового термоэлектрического термометра, один спай которого находится при температуре 0°С, а другой - при температуре t;
    а, b, с - константы, вычисляемые по значениям Е при температуре 630,74 ± 0,2°С, измеряемой платиновым термометром сопротивления, и в точках затвердевания серебра и золота.

    Платиновый электрод эталонного термоэлектрического термометра должен иметь относительное сопротивление W (100°С) не менее 1,3920. Платинородиевый электрод должен содержать 10 % родия и 90 % платины.
    Термоэлектрический термометр должен быть таким, чтобы значения электродвижущей силы E (630,74°С), Е (961,93°С) и Е (1064,43°С) удовлетворяли следующим соотношениям в микровольтах:
    Е (1064,43°С) = 10300 ± 50; (14)
    Е (1064,43°С) - Е (961,93°С) = 1183 + 0,158[Е (1064,43°С) - 10300]±4; (15)
    Е (1064,43°С) - E (630,74°С) =4,766 + 0,631 [Е (1064,43°С) - 10300] ±8 (16)
    2.5.5.Для области выше 1337,58 К (1064,43°С) температуру Т определяют по уравнению
    , (17)
    где L (Т) и Lλ [T (Au)] -спектральные плотности энергии излучения черного тела для длины волны λ при температуре Т и в точке затвердевания золота Т (Au). Значение константы С2 = 0,014388 м∙К.
    2.5.6.Воспроизведение МПТШ-68 осуществляется аппаратурой, методами и технологией для реализации реперных точек и эталонными приборами, соответствующими рекомендациями, указанными в справочном приложении 7.
    2.5.7.Ориентировочные значения расхождений между значениями по МПТШ-68 и МПТШ-48 приведены в. справочном приложении 8.
    2.6.Температурная шкала пирометра микроволнового излучения (ТШПМИ), основанная на зависимости спектральной плотности энергии излучения L(T) черного тела от температуры Т в микроволновом диапазоне излучения, устанавливается для диапазона температур от 6300 до 100000 К.
    Эта зависимость выражается уравнением.
    , (18)
    где L (T) и L [Т (Au)] - спектральная плотность энергии излучений черного тела в диапазоне микроволнового радиоизлучения при температуре Т и в точке затвердевания золота Т (Au).
    Для построения температурной шкалы по микроволновому излучению используют тепловое излучение с длинами волн более 1 мм.