JP4714850B2 - 温度計の低温度校正装置 - Google Patents
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校正サービスを効率的に行うためには、上記国際温度目盛の条件をみたし国際温度目盛が定める方法に従い校正されている温度計(以下、「基準温度計」という。)と校正対象となる複数の温度計(以下、「被校正温度計」という。)を定点温度近傍の一定の温度に保持した温槽に一緒に浸漬して比較することで温度定点での校正値を算出する方法(以下、「比較校正」という。)がある(図8参照。)。
液化ガスを寒剤とした温槽を使うとより低い温度での比較校正を行えるが、例えば液化酸素や液化窒素を用いた大気開放型の温槽では、酸素の沸点(−182.953℃)、窒素の沸点(−197.798℃)など、使用する寒剤の性質によって決まる温度だけに校正温度が限定されてしまい、アルゴンの三重点温度(−189.3442℃)での校正が出来ない。また、液化ガスの圧力を変化させることにより温度を変化させる装置も他の目的のために考案されているが、温度を上昇させるためには液化ガスを高圧にすることから装置の構成・操作が複雑であるとともに、安全性の面からも課題がある。従って、アルゴンの三重点温度(−189.3442℃)での校正サービスを効率的に行うために、操作や安全対策がより簡単な方法の考案が強く望まれている。
また、従来のアルコールやシリコンオイルなどの冷却液を使った温槽による比較校正では、水銀の三重点(−38.8344℃)までの校正が可能であったが、より低温では冷却液の粘性の増加や固化が起こるために使用できる温度の下限が制限されてしまい、アルゴンの三重点温度(−189.3442 ℃)までの比較校正が不可能であった。
さらに、従来の液化ガスを寒剤とした温槽による比較校正では、酸素の沸点(−182.953℃)、窒素の沸点(−197.798℃)など、使用する寒剤の性質によって決まる温度だけに校正温度が限定されてしまい、アルゴンの三重点温度(−189.3442℃)での校正が出来なかった。
なお、本明細書において、「合成標準不確かさ」とは、測定結果がどれくらい信頼出来るかを特徴づける指標であり、機器の精度、分解能、または識別限界、測定結果のばらつき、測定方法に付随する系統誤差などを、国際度量衡局(BIPM)、国際電気標準会議(IEC)、国際臨床科学連合(IFCC)、国際標準化機構(ISO)、国際純正及び応用化学連合(IUPAC)、国際純粋応用物理学連合(IUPAP)、及び、国際法定計量機関(OIML)により編集された国際文書(Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement)に従って数値化することで評価したものである。
(2)また、本発明の温度計の低温度校正装置は、上記(1)において、基準温度計及び被校正温度計を断熱容器の上方から比較校正ブロックの収納部に収納可能に形成することを特徴としている。
(3)また、本発明の温度計の低温度校正装置は、上記(2)において、比較校正ブロックを、その鉛直方向位置が調整可能なように吊下げ支持することを特徴としている。
(4)また、本発明の温度計の低温度校正装置は、上記(2)又は(3)において、断熱容器の上部を覆うようにカバーを設け、カバー内に窒素ガスをフローさせるようにすることを特徴としている。
1.装置の構成がシンプルであり、従来の定点実現装置にくらべ操作が容易である。
2.一度の操作で複数の温度計を同時に校正でき、また、温度計の交換も容易なので校正作業が効率的である。また、校正する際の温度均一性・安定度も良く、産業界が求めている10mK以内の合成標準不確かさで校正することが可能である。
3.液体窒素と液体酸素の混合比を調節することにより、窒素の沸点(−195.798 ℃)から酸素の沸点(−182.953℃)までの任意の温度でも校正することができる。このため、熱電対温度計や国際温度目盛の条件を満たさない抵抗温度計など、定点温度だけでの校正では定点間の温度の補間を行えない温度計についても、その温度範囲での校正に対応出来る。
本発明に係る温度計の低温度校正装置は、主として、断熱容器1、断熱容器1内の空間に保持され基準温度計5及び被校正温度計6を収納する収納部11を備えた比較校正ブロック4、比較校正ブロック4を浸漬するように断熱容器1内の空間に供給された冷却用の液体窒素及び液体酸素の混合液体2及び混合液体2を撹拌する撹拌器7から構成されている。
断熱容器1の天井部材12には、基準温度計5及び被校正温度計6を断熱容器1の外から比較校正ブロック4の収納部11に挿入するための開口13が設けられている。
比較校正ブロック4は、基準温度計5及び被校正温度計6を収納する収納部11を上向きに開放するようにして断熱容器1上部から固定具3により吊下げられている。
固定具3は、断熱容器1外の室温から混合液体2への熱流入を低減するためにステンレススチールやナイロンなどの熱伝導率の小さい材質のもので作られている。また、固定具3は、例えば、ネジが穿設された棒状部材からなり、該棒状部材の上部を断熱容器1の天井部材12から突出させ、ナット部材10を介して天井部材12で支持するようになっている。
ナット部材10を調節することにより、比較校正ブロック4の鉛直方向の位置を調節することが可能であり、校正に使用する基準温度計5及び被校正温度計6の長さの変化に対応することができる。
混合された混合液体2を攪拌するため、撹拌器7を断熱容器1内の空間に設け、断熱容器1の天井部材12に設けた駆動モータ15により駆動するように形成する。酸素の蒸発による空気中の酸素濃度の上昇による発火事故を防ぐために、断熱容器1の上部にカバー8を被せ、カバー8内に窒素ガスをフローさせる。カバー8には、窒素ガス導入孔14、フローさせた窒素ガスを排出するガス排出口16、基準温度計5及び被校正温度計6の測定信号線等の取出口である測定信号線等の導出口9が設けられている。
比較校正ブロック4は、温度の均一化を図るために銅やアルミニウムなど低温で高熱伝導率の材料により形成されている。比較校正ブロック4には基準温度計5及び被校正温度計6を挿入し、収納するための収納部11が設けられている。複数本の被校正温度計6を同時に校正できるように3個以上の収納部11を設ける。
収納部11は一方向が開放された孔の形状をしており、孔の直径は想定される被校正温度計が入るようにφ8〜15mm程度である。被校正温度計6及び基準温度計5のセンサー部分の全長は最大50mmであるので、校正の信頼性を確保するために、被校正温度計6の比較校正ブロック4への侵入長はセンサー長の2倍以上の長さ(100mm以上)である。また、基準温度計5としては国際温度目盛に従って校正された白金抵抗温度計を用い、その形状としては、ロングステム型白金抵抗温度計と温度計の全長が約50mm程度のカプセル型白金抵抗温度計のどちらを用いても良い。図1にはロングステム型白金抵抗温度計を基準温度計とした例を示す。
図3は、混合液体2を撹拌した場合としなかった場合とにおける比較校正ブロック4の鉛直方向の温度分布を比較した一例を示したもので、温度計を比較校正ブロックの最下部まで挿入した時を基準にし、温度計を鉛直方向に移動させた時の最下部との温度差でその温度分布を表している。攪拌した場合における撹拌器7の回転数は1300rpm程度である。撹拌により鉛直方向の温度差が100mmで2mK未満に抑制出来ることがわかる。温度計のセンサー部分の全長は最大50mmなので、比較校正ブロック4に挿入された温度計のセンサー部分の鉛直方向の温度差は1mK未満である。
混合液体2の温度は、撹拌することにより安定し、ほぼ一定の速度で直線的に上昇するドリフトを示す。
図4は、基準温度計5の示す温度の時間変化の一例を示したもである。
温度の上昇率は1.5mK/min以内になる。この直線的依存性から基準温度計5がアルゴンの三重点温度−189.3442℃に到達した時刻を回帰分析により求めると、その時刻の不確かさは20秒以内になる。混合液体2の温度の上昇率は1.5mK/min以内なので、基準温度計5と被校正温度計6を比較校正した時に、混合液体2の温度ドリフトによる校正値への影響は0.5mK以内に抑制されることになる。
この結果から基準温度計5がアルゴンの三重点温度−189.344℃に到達した時の被校正温度計6の抵抗値を算出し、校正値を求めることができる。
また、比較校正の合成標準不確かさは1.5mKであり、産業界のニーズである10mK以内の校正の合成標準不確かさを十分カバーしている。
2 混合液体
3 固定具
4 比較校正ブロック
5 基準温度計
6 被校正温度計
7 撹拌器
8 カバー
9 測定信号線等の導出口
10 ナット部材
11 収納部
12 天井部材
13 開口
14 窒素ガス導入孔
15 駆動モータ
16 ガス排出口
17 エラーバー
18 比較校正の結果
19 アルゴンの三重点を実現した時の校正の結果
201 被校正温度計
202 基準温度計
203 冷却液または液体寒剤
204 液体寒剤
205 圧力計
206 温度計導入管
207 温度定点セル
208 温度定点物質
Claims (4)
- 断熱容器内の空間に、基準温度計及び被校正温度計を収納する収納部を備えた比較校正ブロックを保持し、該比較校正ブロックが浸漬するように冷却用の液体窒素及び液体酸素の混合液体を供給し、該混合液体を撹拌する撹拌器を設けることを特徴とする温度計の低温度校正装置。
- 基準温度計及び被校正温度計を断熱容器の上方から比較校正ブロックの収納部に収納可能に形成することを特徴とする請求項1記載の温度計の低温度校正装置。
- 比較校正ブロックを、その鉛直方向位置が調整可能なように吊下げ支持することを特徴とする請求項2記載の温度計の低温度校正装置。
- 断熱容器の上部を覆うようにカバーを設け、該カバー内に窒素ガスをフローさせるようにすることを特徴とする請求項2又は3記載の温度計の低温度校正装置。
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