ITS-90: lämpötilan laskukaavat vastuslämpömittareille (SPRT)

Transkriptio

1 Mittaustkniikan prustt / lunto 3 Klvin Lämpötila-astikko ITS-90 - astikko määritlty lämpötilan 0,65 K yläpuollla - astikko määritllään lämpötilan 961,78 C alapuollla trmodynaamistn kiintopistidn ja intrpolointi-instrumnttin avulla - kiintopistinä on puhtaidn ainidn faasitransitiolämpötiloja - intrpolointi-instrumnttina on kaasulämpömittari ja platinavastuslämpömittari - 961,78 C yläpuollla astikko määritllään Planckin sätilylain avulla Alulla 0,9 mk - 1 K on käytössä PLTS-2000 astikko ITS-90 kiintopistt ITS-90: lämpötilan laskukaavat vastuslämpömittarill (SPRT) - SPRT-anturi valmisttaan on puhtaasta platinalangasta - Mitataan vastus R(t) tutkittavassa lämpötilassa t - Mitataan vastus R 0 vdn kolmoispistssä ( t = 0,01 C ) - Lasktaan vastussuhd W(t) = R(t) / R 0 - Ratkaistaan t yhtälöstä: W(t) = W r (t) + W(t) -W r (t) on rfrnssifunktio - W(t) on korjauspolynomi, jonka krtoimt saadaan kalibroinnista

2 ITS-90: Planckin sätilylaki Planckin laki (tho/pinta-ala/) F 1 5 hc 2 hc / kt 1 Spktrinn radianssi L (): d on sllaisn sätilyn kuljttama sätilytho, aallonpituusyksikköä kohti, joka kulk tityn alun da läpi ja tn tityssä suunnassa olvaan avaruuskulmaan d, kulma on alun pintanormaalin ja sätilyn tnmissuunnan välinn kulma. d L ( ) da cos d d Vdn kolmoispistknno jäävsihautssa Hopan jähmttymispistn yläpuollla ITS-90 määritllään suraavasti: c2 xp( ) 1 L (T) = mitattava radianssi aallonpituudlla lämpötiloissa T 90 L ( T90) T ja T Ag.(voi myös olla T Au tai T Cu ) Ag T Ag = hopan jähmttymispistn lämpötila = 1234,93 K L ( T ) c Ag 2 xp( ) 1 T 90 = mitattava lämpötila T c 2 = 0, m K 90 Hopaknno mustankappaln sätilijänä Kandla Valovoima I v on sätilyintnsitttiä I (W/sr) vastaava fotomtrinn suur Valovoima saadaan sätilyintnsittistä ihmissilmän päivänäkmisn spktrisn hrkkyyskäyrän V() ja krtoimn K m = 683 cd sr / W avulla I v K m 0 di( ) V ( ) d d

3 Kandlan ralisointi Kandla ralisoidaan nykyisin suodatinradiomtrin avulla Radiomrin (Si-loukkuilmaisin) hrkkyys virta/valotho s( i ) määrittään sim. kryognisn radiomtrin avulla tityllä aallonpituudlla. Hrkkyys voidaan myös laska piin ominaisuuksista (vrt. Kandlan tulva ralisointi) Radiomtrin ja suodattimn aallonpituusriippuvuudt s(), V() määrittään tarkkuusmonokromaattorin avulla Laskukaava I v Kandlan ralisointi 2 Kmd Fi As(555) I v = valovoima F K m = 683 cd sr / W ( ) V ( ) d ( ) s s(555) = dtktorin hrkkyys virta/valotho =555nm i = sähkövirta kun sätilytho = A = sätilyä rajoittava aprtuuri (gomtria) d = täisyys sätilylähtstä (gomtria) F = korjauskrroin (s rl = dtktorin suhtllinn vast) rl ( ) d Kandlan tulva ralisointi Projktit: Qu-Candla ja NwStar Kvanttipohjainn kandlan mittanormaali: yksikön uudllnmäärittly fotonin lukumäärään prustun PQED = Prdictabl Quantum Efficint Dtctor Aimpaa tarkmmin nnustttava kvanttihyötysuhd (standardipävarmuus 80 ppm huonnlämpötilassa) MIKES-Aalto Mittaustkniikka mukana khitystyössä Kandlan tulva ralisointi? Projktit: Qu-Candla ja NwStar Kvanttipohjainn kandlan mittanormaali: yksikön uudllnmäärittly fotonin lukumäärään prustun MIKES-Aalto Mittaustkniikka mukana khitystyössä

4 Mooli Kilogramman määritlmä kg = Kansainvälisn kilogramman prototyypin massa Täsmnnys: massa BIPM-puhdistuksn (ttri/tanoli, höyry) jälkn Kmian mtrologian primäärimntlmät - isotooppilaimnnusmassaspktroskopia - gravimtria - titrimtria - kulomtria - jäätymispistn alnma Kansainvälinn kilogramman prototyyppi - Pt 90 % Ir 10 % kg/m 3 - sylintri d h 39 mm - säilytys: BIPM - käyttty: , 1991 Onglmat: - prototyyppi on artfakti, haavoittuva - ilman saastt muuttavat massaa - jäljitttävyysktju on ylnsä pitkä - stabiiliutta i tunnta Edut: - hlppo totuttaa - tarkka (vrtailutarkkuus parmpi kuin 1 g) Kilogramman uudllnmäärittly Wattivaaka: punnitus a) Wattivaaka, magnttikntässä liikkuva kla ( ) b) Avogadron vakio Si-kitstä ( ) fi f j m C h gv m nn m a Si 1) Voimatasapaino : - Staattisssa magnttikntässä olvaan klaan syöttään virta I, jolloin siihn kohdistuu voima F = I - Voima kompnsoidaan punnuksn aihuttaman painovoiman g m avulla ( g = putoamiskiihtyvyys, m = massa ), F = I = m g, missä =mg/i riippuu gomtriasta ja magnttikntästä Th kilogram is th unit of mass; its magnitud is st by fixing th numrical valu of th Planck constant to b qual to xactly xxx whn xprssd in th unit s -1 m 2 kg which is qual to Js.

5 Wattivaaka: induktiomittaus NRC:n wattivaaka 2) Mitataan klaan indusoitunut jännit U - klaa liikuttaan magnttikntässä nopudlla v - = U/v 3) Yhdisttään voimatasapainon ja induktiomittauksn tulokst : = mg/i = U/v mgv = UI (mkaaninn tho = sähkötho) U v v z Avogardron vakion mittaus Si-kitstä Kilogramman uudllnmäärittly Avogadro vakion määritys Si-kitstä prustuu suraavaan kaavaan: N a = (M / ) / a M = moolipaino, arvo riippuu isotooppijakaumasta (= xx M( xx Si) x xx ) = m / V = tihys = massa / tilavuus V = Si pallon tilavuus ( = n N a v a ) m = Si pallon massa ( = n M ) n = moolin lukumäärä Si pallossa v a = atomin tilavuus (= d /2 ) Mitattavat suurt: tilavuus, massa, hilavakio, atomipainot, isotooppijakauma, päpuhtausatomin lukumäärä, kidvirhidn lukumäärä, oksidikrroksn paksuus.

6 Si-mittayksikköjärjstlmä tulvaisuudssa Prusyksiköidn määritlmiä muuttaan 2018 Luonnonvakiot, joidn arvot kiinnittään: - Planckin vakio h kilogramma (kg) - lktronin varaus ampri (A) - Boltzmannin vakio k klvin (K) Lisäksi kiinnittään - atomin lukumäärä N a mooli (mol) Muuttumattomat yksiköt: skunti, mtri