Исследование государственного первичного эталона единицы температуры в диапазоне выше 961,78°C с целью улучшения его метрологических характеристик

• Автор: Фуксов, Виктор Маркович
• Шифр специальности: 05.11.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 150 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1
ОГЛАВЛЕНИЕ

1Л. Анализ соответствия метрологических характеристик Государственного первичного эталона единицы температуры требованиям промышленности и его эквивалентности мировым аналогам
1.2. Анализ источников погрешностей воспроизведения и передачи единицы температуры в радиационной термометрии
1.3. Выбор основных направлений совершенствования эталона
1.4. Выводы к главе
ГЛАВА 2. Исследование составляющих погрешности воспроизведения реперных точек в диапазоне выше 961,78 °С
2.1 Исследование излучательной способности модели АЧТ
2.2 Оптимизация методики реализации точки затвердевания меди и оценка погрешности, связанной с идентификацией температуры затвердевания
2.3 Исследование процессов теплообмена в высокотемпературном излучателе.
2.4. Выводы к главе
ГЛАВА 3. Исследование путей совершенствования аппаратуры ГЭТ 34-2007 в части использования вольфрамовых ленточных ламп
3.1 Исследование путей уменьшения составляющей погрешности влияния температуры цоколя и окружающей среды на температурные лампы СИЮ-300 и Ро1агоп 10У
3.2 Исследование температурных полей лент температурных ламп с целью повышения точности воспроизводимости единицы температуры
3.3 Анализ погрешностей, связанных с измерением тока в цепи лампы и стабильностью параметров лампы
3.4 Выводы главе
ГЛАВА 4. Исследование составляющих погрешности при передаче единицы температуры при помощи спектрокомпаратора
4.1 Исследование воспроизводимости измерений при использовании
спектрокомпаратора
4.2 Исследование влияния изменения температуры воздуха в помещении на оптическую часть компаратора
4.3 Исследование стабильности длины волны монохроматора. Измерения на разных длинах волн
4.4 Исследование влияния эффекта размера источника излучения
4.5 Исследование нелинейности фотоэлектрического тракта компаратораї
4.6 Выводы к главе
ГЛАВА 5. Экспериментальное подтверждение метрологических характеристик
и перспективы дальнейшего повышения точности эталона
5.1 Г1 од тве ржд ение метрологических характеристик эталона в ходе
международных сличений и совместных международных исследований
5.2 Анализ результатов работы
5.3 Перспективы дальнейшего повышения точности ГЭТ34-2
5.4 Выводы к главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСТОЧНИКОВ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность проблемы. Повсеместный рост требований к точности измерений, наблюдаемый во всем мире, затрагивает и область термометрии. Основными требованиями, предъявляемыми к первичной термометрии, являются обеспечение потребностей по точности науки и промышленности и обеспечение эквивалентности Государственного первичного эталона единицы температуры лучшим мировым аналогам.
Переутвержденный в 2007 году Государственный первичный эталон единицы температуры ГЭТ 34-2007, обеспечивающий воспроизведение и передачу размера единицы температуры в диапазоне от 0,01 °С до 3000 °С, в настоящее время удовлетворяет потребностям отечественной промышленности и науки, однако появление новых зарубежных средств измерений температуры в диапазоне выше 1000 °С требует повышения точности на эталонном уровне для проведения их испытаний и метрологического обеспечения в процессе эксплуатации в России. Кроме того, анализ прогнозируемых к 2015 году требований промышленности в области приборостроения и энергетической промышленности указывает на необходимость повышения точности измерения температуры в диапазонах от 962 до 1200 °С и от 1500 до 2500 °С. Из-за больших временных и материальных затрат разработка нового эталонного комплекса в данный момент нецелесообразна.
В диапазоне температуры выше 961,78 °С эталон единицы температуры представляет сложный комплекс аппаратуры для бесконтактной передачи размера единицы, и некоторые составляющие погрешности при его переутверждении были определены аналитическими расчетами или по устаревшим методикам.
Цели работы.
Целью работы является комплексный анализ источников составляющих погрешности аппаратуры бесконтактной части Государственного первичного эталона температуры, исследование наиболее существенных источников погрешности с целью создания методов и технических средств, позволяющих

- погрешность определения геометрических размеров составляла ±0,1 мм. Полученные значения представлены в таблице 2.2.
Таблица 2.2. Предельные значения погрешностей определения излучательной способности в зависимости от температуры.
Температура Модель 1 Модель 2 Модель
1-£, % 5є, % 6Т, мК 1-е, % 6е, % 5Т, мК 1-8,% 6є, % 8Т, мК
ТлрббО °С 0,096 0,019 8 0,0052 0,0021 1,2 0,064 0,012
ТЛг,=962 °С 0,044 0,011 7 0,0019 0,0015 1,1 0,029 0,008
ТЛи=1064°С 0,021 0,007 6 0,0008 0,0007 0,6 0,014 0,005
ТР4=1738 °С 0,0052 0,0027 5 0,0003 0,0003 0,5 0,0036 0,0019
Так как для модели полости с диафрагмой поправка на неабсолютность черноты полости в температурном эквиваленте не превышает 3 мК, что несоизмеримо меньше других составляющих суммарной погрешности, то ей можно пренебречь. Для моделей полостей без диафрагмы эта поправка составляет от (8±4) мК до (40±8) мК; в диапазоне ниже 1500 К она монотонно уменьшается с ростом температуры, при температуре более 1500 К поправка значения излучательной способности остается постоянной, а её температурный эквивалент, соответственно, растет.
2.1.3 Проверка адекватности модели.
Адекватность модели оценивалась путем сравнения результатов расчета с данными, полученными в иностранных НМИ с помощью другого программного обеспечения. Для этой цели использовались результаты сличений ЕШТАМЕТ (проект 658) [8]. В этом проекте на рассмотрение было представлено три различных модели полости, показанных на рисунке 2.2, отличающихся излучательной способностью материала стенок и формой дна. Каждая модель имела также ряд конфигураций с различными размерами.
Для моделей А и В значения излучательной способности равны 0,92 и 0,8 соответственно, для модели С излучательная способность стенок равна 0,8. Для всех моделей рассматривается случай изотермической полости с диффузным отражением стенок; рассчитывается эффективная излучательная способность при диаметре приемника 48 мм, расположенного на расстоянии 700 мм от