В.П. Ходунков

ФГУП «Всероссийский научно-исследовательский институт
метрологии им. Д.И. Менделеева», Санкт-Петербург, Россия
walkerearth@mail.ru

«Альманах современной метрологии» № 2 (34) 2023, стр. 167–182

ДК 536.5.081.086

Аннотация. На обсуждение представлены результаты теоретического исследования, направленного на дальнейшее совершенствование Государственного первичного эталона единицы температуры ГЭТ 34-2020. Рассмотрены теоретические основы нового метода воспроизведения единицы температуры для области высоких температур (диапазон от 1357 до 3200 К) в качестве возможной альтернативы методу условной первичной термо­метрии, используемому в качестве основы данного эталона. Представлены уравнения изме­рений методов для трёх физических величин — температуры, спектральной излучательной способности полости модели абсолютно чёрного тела и квантовой эффективности трап-детектора, входящего в состав эталона. Дана оценка ожидаемой неопределённости вос­произведения единицы температуры. Показана выгодность и перспективность альтер­на­тивного метода.

Ключевые слова: единица температуры, воспроизведение, эталон, излучательная спо­соб­ность, квантовая эффективность, приведённый коэффициент излучения.

Цитируемая литература

1. BIPM, Mise en pratique for the definition of the kelvin in the Si. (Практическая реализация определения кельвина в системе СИ). — 2019. — URL: https://www.bimp.org/en/publications/mises-en-pratique/.

2. Походун А.И. Фуксов В.М., Сильд Ю.А., Мазанов М.А., Матвеев М.С. Государственный первичный эталон единицы температуры в диапазоне 0–3000 °С ГЭТ 34-2020: практическая реализация нового определения кельвина // Измерительная техника. — 2021. — № 7. — С. 13–21.

3. Saunders P., Woolliams E., Yoon H. et al. Uncertainty estimation in primary radiometric temperature measurement // Under the auspices of the Consultative Committee for Thermometry. — 2018. — 70 р.

4. Anderson V.E., Fox N.P., Nettleton D.H. Highly stable, monochromatic and tunable optical radiation source and its application to high accuracy spectrophotometry // Applied Optics. — 1992. — No. 31. — Р. 536–545.

5. Brown S.W., Eppeldauer G.P., Lykke K.R. NIST facility for Spectral Irradiance and Radiance Responsivity Calibrations with Uniform Sources // Metrologia. — 2000. — No. 37. — Р. 579–582.

6. Пат. 2697429 Российская Федерация, МПК G01K 15/00. Способ воспроизведения, передачи и измерения термодинамической температуры / В.П. Ходунков, А.И. Походун; заявитель и патентообладатель Российская Федерация (Росстандарт). — № 2018127133; заявл. 23.07.2018; опубл. 14.08.2019, Бюл. № 23.

7. Пат. 2739731 Российская Федерация, МПК G01K 15/00, G01J 5/00. Способ и устройство для воспроизведения единицы температуры в области высоких температур / В.П. Ходунков. — Заявитель и патентообладатель ФГУП «ВНИИМ им. Д.И. Менделеева». — № 2020125440; заявл. 22.07.2020; опубл. 28.12.2020, Бюл. № 1.

8. Пат. 2452940 Российская Федерация, МПК G01N 24/08, B82Y 99/00. Магнитный способ измерения термодинамической температуры / А.И. Жерновой; заявитель и патентообладатель ГОУВПО «Санкт-Петербургский технологический институт (Технический университет)». — № 2011110201; заявл. 17.03.2011; опубл. 10.06.2012, Бюл. № 16.

9. Пат. 2523775 Российская Федерация, МПК G01J 5/00, G06F 17/17. Способ и система коррекции на основе квантовой теории для повышения точности радиационного термометра / Цао Болинь, Тань Чэнчжан, Цао Жуй, Лю Чэнган; заявитель и патентообладатель Тяньцзинь Итун Электрик, Текнолоджи Девелопмент ЛТД. — № 2012130166; заявл. 18.03.2011; опубл. 20.07.2014, Бюл. № 3.

10. Пат. 2381463 Российская Федерация, МПК G01J 5/00. Пирометрический способ определения термодинамической температуры металлов и устройство для его осуществления / В.А. Фигаро, А.Г. Синьков, В.К. Кононенко, Христол Филипп; заявитель и патентообладатель БГУГНУ «Институт физики им. Б.И. Степанова». — № 2008130574; заявл. 23.07.2008; опубл. 10.02.2010, Бюл. № 4.

11. Brown S.W., Eppeldauer G.P., Lykke K.R. Facility for spectral irradiance and radiance responsivity calibrations using uniform sources // Applied Optics. — 2006. — V. 45. — No. 32. — P. 8218–8237.

12. Eppeldauer G.P., Yoon H.W., Zong Y., Larason T.C., Smith A., Racz M. Radiometer standard for absolute responsivity calibrations from 950 nm to 1650 nm with 0.05 % (k = 2) uncertainty // National Institute of Standards and Technology Technical. — 2009. — Note 1621. — 371 p.

13. Klaus A., Graham M. Thermodynamic temperature by primary radiometry // Phil. Trans. R. Soc. A. — 2016. — V. 374. — I. 2064. — 20150041.

14. Пат. 2148801 Российская Федерация, МПК G01J 5/02. Модель чёрного тела / Б.Б. Хлевной, В.Б. Хромченко, Н.А. Ибрагимов, В.И. Шаповал, В.И. Саприцкий; заявитель и патентообладатель ГП «ВНИИОФИ». — № 98116351; заявл. 25.08.1998; опубл. 10.05.2000, Бюл. № 13.

15. Огарев С.А., Хлевной Б.Б., Самойлов М.Л. и др. Высокотемпературные модели чёрного тела для фотометрии, радиометрии и радиационной термометрии // Измерительная техника. — 2015. — № 11. — С. 51–55.

16. ГОСТ 8.558-2009. ГСИ. Государственная поверочная схема для средств измерений температуры. — М.: Стандартинформ, 2019.

17. ГОСТ 8.566-2012. Государственная система обеспечения единства измерений. Излучатели в виде моделей абсолютно черного тела. Методика поверки и калибровки. — М.: Стандартинформ, 2019.

18. Савватимский А.И. Плавление графита и свойства жидкого углерода. — М.: Физматкнига, 2013. — 257 с.

19. Пронин А.Н. Эволюция международной системы единиц (SI) требует новых эталонов // Главный метролог. — 2019. — № 1. — С. 32–38.

20. Ходунков В.П. Воспроизведение температуры выше 5000 К: миф или реальность? // Материалы 5-й Международной научно-технической конференции «Современные методы и средства исследований теплофизических свойств веществ», 23–24 мая 2019. — СПб.: Университет ИТМО, 2019. — С. 27–28.

21. Ходунков В.П., Заричняк Ю.П. Проблема воспроизведения термодинамических температур выше 5000 К и генерации интенсивного инфракрасного излучения для их достижения // Материалы III Международной конференции «Современные проблемы теплофизики и энергетики», Россия, Москва, 19–23 октября 2020. — Изд. МЭИ, 2020. — С. 458–459.

22. Meelis Sildoja, Farshid Manoocheri, Mikko Merimaa et al. Predictable quantum efficient detector: I. Photodiodes and predicted responsivity // Metrologia. — 2013. — No. 50. — P. 385–394.

23. Martín M.J., Mantilla J.M., Campo D. del, Hernanz M.L., Pons A., Campos J. Performance of Different Light Sources for the Absolute Calibration of Radiation Thermometers // Int. J. Thermophys. — 2017. — V. 38. — No. 9. — P. 138–151.

24. Eppeldauer G.P., Yoon H.W., Zong Y., Larason T.C., Smith A., Racz M. Radiometer standard for absolute responsivity calibrations from 950 nm to 1650 nm with 0.05 % (k = 2) uncertainty // National Institute of Standards and Technology Technical. — 2009. — Note 1621. — P. 21–33.

25. Martín M.J. Five years of research in absolute radiation thermometry at CEM // Ukrainian Metrological Journal. — 2017.

26. Linka S. Untersuchung der Eigenschaften von Schlacken und Schmelzen in technischen Feuerungen: dis. … doktor-ingenieur. — Bochum: Fakultät für Maschinenbau der Ruhr-Universität Bochum, 2003.

27. Бродников А.Ф., Вихарева Н.А., Черепанов В.Я. Измерения и эталоны тепловых величин. — Новосибирск: Новосибирский филиал АСМС, 2017. — С. 93–104.

28. Пат. 2255312 Российская Федерация, МПК G01 J 5/60. Способ пирометрических измерений / Д.Я. Свет; заявитель и патентообладатель Д.Я. Свет. — № 2003125295; заявл. 19.08.2003; опубл. 19.08.2003, Бюл. № 6.

29. Пат. 2086935 Российская Федерация, МПК G01 J 5/60. Способ измерения температуры / Р.Д. Мухамедяров, Р.И. Харисов; заявитель и патентообладатель Р.Д. Мухамедяров, Р.И. Харисов. — № 94 94000898; заявл. 10.01.1994.

30. Пат. 2617725 Российская Федерация, G01 N 25/20; G01 J 5/10. Способ определения излучательной способности твёрдых материалов и устройство для его осуществления / А.В. Сиренко, В.А. Мазанов, В.В. Кокшаров и др.; заявитель и патентообладатель Российская Федерация (Росатом). — № 2016114611; заявл. 14.04.2016; опубл. 26.04.2017, Бюл. № 12.

31. Пат. 2382994 Российская Федерация, МПК G01 J 5/60. Способ измерения излучательной способности объекта по измеренной температуре / Р.Д. Мухамедяров, Р.И. Харисов; заявитель и патентообладатель ЗАО «Институт аэрокосмического приборостроения». — № 2008118231; заявл. 30.04.2008; опубл. 27.02.2010, Бюл. № 31.

32. Пат. 2685548 Российская Федерация, МПК G01N 21/35. Способ измерения спектрального коэффициента излучения тела / В.П. Ходунков; заявитель и патентообладатель ФГУП «ВНИИМ им. Д.И. Менделеева». — № 2018121684, заявл. 13.06.2018; опубл. 22.04.2019, Бюл. № 12.

33. Румер Ю.Б, Рывкин М.Ш. Термодинамика, статистическая физика и кинетика. — 2-е изд. — М.: Наука, 1977. — С. 79–80.

34. Ходунков В.П. Метод измерения спектральной излучательной способности нагретых тел // Изв. ВУЗов: Приборостроение. — 2019. — Т. 64. — № 9. — С. 1015–1021.

35. Походун А.И. Государственный первичный эталон единицы температуры ГЭТ 34-2007 // Мир измерений. — 2011. — № 1. — С. 32–40.

36. Котов Д.В., Суржиков С.Т. Локальная оценка направленной излучательной способности светорассеивающих объёмов методом Монте-Карло // ТВТ. — 2007. — Т. 45. — № 6. — С. 885–895.

37. Пат. 2727347 Российская Федерация, МПК G01J 1/02, G01M 11/00. Устройство для градуировки фотодиодных приемников по абсолютной мощности потока излучения / В.П. Ходунков; заявитель и патентообладатель ФГУП «ВНИИМ им. Д.И. Менделеева». — № 2019133116; заявл. 16.10.2019; опубл. 21.07.2020, Бюл. № 21.

38. Пат. 2746699 Российская Федерация, МПК G01J 1/02, G01M 11/00. Устройство для градуировки фотоприемников по абсолютной мощности потока излучения / В.П. Ходунков; заявитель и патентообладатель ФГУП «ВНИИМ им. Д.И. Менделеева». — № 2020133729; заявл. 13.10.2020; опубл. 19.04.2021, Бюл. № 11.

39. А. с. 1562711 Российская Федерация, МПК G01J 1/04. Способ измерения квантовой эффективности фотоприёмников / В.А. Манассон, Г.П. Комиссаров, В.Б. Баранюк и др.; заявитель и патентообладатель Черновицкое отделение Института проблем материаловедения АН УССР. — № 4364781; заявл. 21.12.1987; опубл. 07.05.1990, Бюл. № 17.

40. А. с. 1257412 Российская федерация, МПК G01J 1/16. Способ градуировки измерителя спектральной освещённости по абсолютной чувствительности / В.В. Ивановский, В.И. Квочка, В.В. Кудрявцев и др.; заявитель и патентообладатель Предприятие п/я В 85-84. — № 3694978; заявл. 19.01.1984; опубл. 15.09.1986, Бюл. № 34.

41. А. с. 1758446 Российская Федерация, МПК G01J 1/04. Устройство для измерения спектральной чувствительности фотоприёмников / А.Г. Толубенский; заявитель и патентообладатель НПО «Орион». — № 4795447; заявл. 27.02.1990; опубл. 30.08.1992, Бюл. № 32.

42. Дунаев А.Ю., Крутиков В.Н., Морозова С.П., Саприцкий В.И. Установка для калибровки фотоприемников в диапазоне длин волн 0,25–14 мкм // Тезисы докладов Всероссийской научно-технической конференции «Метрологическое обеспечение фотоники», 14–17 апреля 2015. — М.: ФГУП «ВНИИОФИ». — С. 27–30.

43. А. с. 1314237 Российская Федерация, МПК G01J 1/10. Устройство для градуировки фотоприёмников по спектральной чувствительности / В.И. Квочка, О.А. Минаева; заявитель и патентообладатель Предприятие п/я В 85-84. — № 4002433; заявл. 27.12.1985; опубл. 30.05.1987, Бюл. № 20.

44. Пат. 2739724 Российская Федерация, МПК G01J5/0225. Способ уменьшения энергетических потерь входного потока поляризованного лазерного излучения в абсолютном криогенном радиометре с входным окном Брюстера / В.П. Ходунков; заявитель и патентообладатель ФГУП «ВНИИМ им. Д.И. Менделеева». — № 2020133726; заявл. 13.10.2020; опубл. 28.12.2020, Бюл. № 1.

45. Дульнев Г.Н. Теория тепло- и массообмена: учеб. пособие. — СПб.: НИУ ИТМО. — 2012. — 195 с.

46. Гибин И.С., Котляр П.Е. Модели абсолютно чёрного тела (обзор) // Успехи прикладной физики. — 2019. — Т. 7. — № 2. — С. 188–200.

Статья поступила в редакцию: 23.03.2023 г.
Статья прошла рецензирование: 29.03.2023 г.
Статья принята в работу: 05.04.2023 г.

Статья в полном объеме в Научной электронной библиотеке eLIBRARY.
Оформить подписку и купить печатные номера журнала у издателя.