CC BY
82
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЕЙСТВИТЕЛЬНОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ КИПЕНИЯ ВОДЫ С ПОМОЩЬЮ РЕПЕРНОЙ ТОЧКИ НАТРИЯ
Александр Федорович Бродников
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, кандидат технических наук, доцент кафедры «Метрология, стандартизация и сертификация», тел. (383) 361-07-45, e-mail: braf@mail.ru
Виктор Яковлевич Черепанов
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, доктор технических наук, заведующий кафедрой «Метрология, стандартизация и сертификация», тел. (383) 361-07-45, e-mail: cherepanov73@mail.ru
В статье рассмотрена методика определения действительной температуры кипения воды дифференциальным методом с пользованием миниатюрной ампулы реперной точки натрия. Приведены результаты экспериментальной проверки предложенной методики определения дифференциальным методом реперной точки натрия.
Ключевые слова: реперная точка, дифференциальный метод, измерительная
установка, миниатюрная ампула.
DEFINITION OF THE VALID TEMPERATURE OF BOILING OF WATER BY MEANS OF CONSTANT POINT OF SODIUM
Aleksandr F. Brodnikov
Siberian State Academy of Geodesy, 10 Plakhotnogo, Novosibirsk, 630108, cand. tech. sci, the senior lecturer of chair of metrology, standardization and certification «Metrology, standardization and certification», tel. (383) 361-07-45, e-mail: braf@mail.ru
Victor Ya. Cherepanov
Siberian State Academy of Geodesy, 10 Plakhotnogo, Novosibirsk, 630108, Ph-doctor, professor, director of department «Metrology, standardization and certification», tel. (383) 361 -07-45, email: cherepanov73@mail.ru
In article the technique of definition of the valid temperature of boiling of water by a differential method with using of a tiny ampoule instant sodium points is considered. Results of experimental check of the offered technique of definition by a differential method instant sodium points are resulted.
Key words: instant point, a differential method, measuring installation, a tiny ampoule.
В настоящее время наметилась тенденция к дальнейшему внедрению реперных точек в качестве носителей температурной шкалы на более низких ступенях поверочной схемы для средств термометрии. Это обусловлено, с одной стороны, необходимостью повышения точности и стабильности средств поверки, например, термометрических каналов теплосчетчиков, с другой стороны - возможностью использования для этой цели малогабаритных и даже миниатюрных ампул реперных точек.
Поэтому в новой Государственной поверочной схеме ГОСТ 8.558 - 2009. ГСИ. Государственная поверочная схема для средств измерения температуры для средств измерений температуры предлагается использовать в качестве носителей температурной шкалы меры температуры 2-го и 3-го разрядов, погрешности которых должны быть на уровне 0,01 - 0,05 оС. Реализуются эти меры, в частности, в виде аппаратуры для воспроизведения реперных точек.
В данной работе показана возможность практического применения меры температуры на основе реперной точки натрия, реализованной в миниатюрной ампуле, для точного определения действительной температуры кипения воды дифференциальным методом [1].
В качестве примера использования предложенного дифференциального метода проведено определение действительной температуры кипения воды с помощью миниатюрной реперной точки затвердевания натрия с массой навески 0.8 г. Конструкция измерительной ячейки [2] содержит цилиндрическую ампулу (рис. 1) из нержавеющей стали 45 мм х 9,5 мм х 0,3 мм. Ампула имеет термометрический канал в виде миниатюрной пробирки из нержавеющей стали с внутренним диаметром 2,5 мм, в которую помещен спай дифференциальной медь-константановой термопары. Для улучшения теплового контакта спая с поверхностью канала его заполняли окисью алюминия. Ампула заполнялась натрием в среде аргона.
1 I
Рис. 1. Миниатюрная ампула натрия из нержавеющей стали
Другой спай термопары помещали рядом с эталонным термометром в сосуд Дьюара с кипящей водой.
Ампулу погружали в канал калибратора температуры, в котором устанавливали температуру 98 оС. В режиме нагрева до этой температуры длительность «площадки» плавления составила более трёх часов.
Исследования ячейки показали (рис. 2), что кривые плавления и затвердевания натрия имеют «площадки» стабилизации температуры в пределах ±0,01 оС. Это соответствует требованиям к эталонным средствам измерений температуры 2-го разряда.
Измерения действительной температуры кипящей воды выполнялись при помощи измерительной установки (рис. 3), которая состоит из следующих
средств измерений и вспомогательного оборудования: 1 - измерителя сигналов термопреобразователей сопротивления и термопар; 2 - милливольтметра В2-99; 3 - сосуда Дьюара; 4 - ампулы с натрием; 5 - эталонного термометра ПТСВ-1-2 (2-го разряда); 6 - калибратора температуры КТ-500; 7 - вспомогательного термометра ЭТС-100.
□9:21 10:21 11:21 12:21 13:21 14:21 15:21 16:21 17:21 18:21
Рис. 2. Характер изменения температуры при плавлении и затвердевании натрия
Рис. 3. Измерительная установка для определения действительной температуры
кипения воды
После окончания фазового перехода плавления натрия, которое определяли по стабилизации показаний милливольтметра, в калибраторе температуры устанавливали режим охлаждения до температуры 97,00 оС. В процессе понижения температуры фиксировали через каждую минуту показания
милливольтметра, измеряющего сигнал дифференциальной медь-константановой термопары. По их значениям построен график (рис. 4).
Рис. 4. Кривая затвердевания натрия в миниатюрной ампуле при определении действительной температуры кипения воды
На графике видна площадка затвердевания натрия. Её длительность составила более 30 минут, а сигнал термопары, соответствующий «площадке» затвердевания, был равен 0,119 мВ. При температуре затвердевания натрия, равной 97,75 оС (рисунок 2), с учетом значения дифференциальной ТЭДС термопары, равной при этой температуре 46,5 мкВ/оС, действительная температура кипения воды составила 100,16 оС. Эталонный термометр, помещенный в кипящую воду, показал при этом значение 100,13 оС.
Таким образом, расхождение значений действительной температуры кипения воды, определенных дифференциальным методом с использованием реперной точки натрия и эталонным термометром, составило 0,03 оС. Такой результат показывает, что миниатюрная реперная точка натрия может вполне заменить эталонные платиновые и ртутные термометры 3-го разряда при поверке в паровых термостатах рабочих термометров из состава теплосчётчиков, для которых предел допускаемой погрешности составляет 0,1°С.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Бродников А.Ф., Черепанов, В.Я. Результаты исследований и перспективы использования миниатюрных ампул реперных точек для воспроизведения и передачи температурной шкалы // Измерительная техника - 2009. - № 10. - С. 49-52.
2. Бродников А.Ф., Черепанов В.Я. Повышение точности воспроизведения и передачи температурной шкалы на основе миниатюрных реперных точек // Сборник материалов V Международного научного конгресса «ГЕ0-Сибирь-2009». Т. 5. Специализированное приборостроение метрология, теплофизика, микротехника. Ч. 2. - Новосибирск: СГГА, 2009. - С. 171-173.
© А.Ф. Бродников, В.Я. Черепанов, 2012
