Международная практическая температурная шкала 1968 года¶

Международная практическая температурная шкала 1968 года (МПТШ-68, англ. IPTS-68) — международное соглашение, устанавливающее практический способ воспроизведения термодинамической температуры в диапазоне от 13,81 К до 1064,43 °C на основе фиксированных реперных точек и эталонных приборов. Шкала была принята в 1968 году Международным комитетом мер и весов (МКМВ) и заменила предыдущую версию МПТШ-1948 (с поправками 1960 года). МПТШ-68 стала основой для метрологических измерений температуры в промышленности и науке вплоть до введения Международной температурной шкалы 1990 года (МТШ-90).

¶Предпосылки создания

Термодинамическая температурная шкала, определяемая через свойства идеального газа, является теоретически точной, однако её практическая реализация сложна и требует сложного оборудования. Для повседневных измерений необходима простая и воспроизводимая шкала, приближённая к термодинамической. МПТШ-1948, основанная на точке кипения воды и точке плавления серебра, к 1960-м годам перестала удовлетворять растущим требованиям точности, особенно в области низких температур и в диапазоне выше 1000 °C. Развитие криогенной техники и высокотемпературной металлургии потребовало расширения диапазона и повышения точности.

¶Основные положения МПТШ-68

Шкала МПТШ-68 определяла температуру через набор фиксированных реперных точек — фазовых переходов чистых веществ — и интерполяционные эталонные приборы для каждого поддиапазона.

¶Реперные точки

МПТШ-68 устанавливала 13 основных реперных точек, включая тройные точки и точки фазовых переходов:

• Тройная точка равновесного водорода (13,81 К);
• Точка кипения равновесного водорода при давлении 33 330,6 Па (17,042 К);
• Точка кипения равновесного водорода (20,28 К);
• Точка кипения неона (27,102 К);
• Тройная точка кислорода (54,361 К);
• Точка кипения кислорода (90,188 К);
• Тройная точка воды (273,16 К);
• Точка кипения воды (373,15 К);
• Точка затвердевания цинка (692,73 К);
• Точка затвердевания серебра (1235,08 К);
• Точка затвердевания золота (1337,58 К).

Для температур выше точки затвердевания золота шкала определялась через закон излучения Планка.

¶Эталонные приборы

Для интерполяции между реперными точками использовались:

• Платиновый термометр сопротивления (ПТС) — в диапазоне от 13,81 К до 630,74 °C. Требования к чистоте платины (отношение сопротивлений R(100°C)/R(0°C) ≥ 1,39250) были ужесточены по сравнению с предыдущей шкалой.
• Платина-родиевая термопара (Pt-10%Rh/Pt) — в диапазоне от 630,74 °C до 1064,43 °C. Заменяла ПТС на высоких температурах из-за нестабильности последнего.
• Оптический пирометр — выше 1064,43 °C, работающий на основе закона Планка.

¶Отличия от МПТШ-1948

МПТШ-68 существенно отличалась от предшественницы:

1. Расширение диапазона вниз — с 90 К до 13,81 К, что позволило унифицировать криогенные измерения.
2. Замена точки кипения серы (444,674 °C) на точку затвердевания цинка (419,58 °C) как реперную точку, что повысило воспроизводимость.
3. Введение тройных точек вместо точек кипения для ряда веществ (водород, кислород), что уменьшило зависимость от давления окружающей среды.
4. Уточнение значений температур реперных точек на основе новейших термодинамических измерений.

¶Применение и значение

МПТШ-68 стала обязательной для метрологических служб стран — участниц Метрической конвенции. Она использовалась при калибровке промышленных термометров, в научных исследованиях, в металлургии, энергетике и химической промышленности. В СССР шкала была введена ГОСТ 8.157-75 «ГСИ. Шкалы температурные практические». На её основе выпускались государственные эталоны температуры.

Точность шкалы оценивалась как высокая: неопределённость воспроизведения составляла от 0,001 К вблизи тройной точки воды до 0,2 К при температурах около 1000 °C.

¶Критика и замена

К концу 1980-х годов накопились данные о расхождениях МПТШ-68 с термодинамической температурой, особенно в области низких температур (до 0,02 К) и в высокотемпературной зоне (до 0,5 К). Кроме того, нестабильность платиновых термометров и термопар ограничивала воспроизводимость. В 1990 году МКМВ принял новую Международную температурную шкалу МТШ-90, которая расширила диапазон до 0,65 К, ввела больше реперных точек и заменила термопару на высокотемпературный платиновый термометр сопротивления. МПТШ-68 была официально отменена, однако накопленный опыт и методики калибровки легли в основу последующих разработок.

¶Источники

• Международная практическая температурная шкала 1968 года (МПТШ-68). Текст документа МКМВ.
• ГОСТ 8.157-75 «ГСИ. Шкалы температурные практические».
• Кремлевский П. П. «Измерения температуры». — Л.: Энергия, 1980.
• Preston-Thomas H. The International Practical Temperature Scale of 1968 // Metrologia, 1969, vol. 5, no. 1.