L’échelle internationale de température de 1990 (ITS-90) est une échelle de température mondialement reconnue établie par la Commission internationale des poids et mesures (CIPM). Il sert de norme mondiale pour des mesures précises de température et est basé sur le concept de température thermodynamique. L’ITS-90 est une version révisée de la précédente échelle internationale pratique de température de 1968 (IPTS-68).
L’ITS-90 utilise divers points fixes de température et méthodes d’interpolation définis avec précision pour déterminer les températures. Les points fixes de température sont les températures de transitions de phase de certaines substances, telles que la solidification ou les points triples.
L’ITS-90 utilise l’échelle Kelvin (K) comme unité, remplaçant l’échelle Celsius utilisée dans l’IPTS-68. Cependant, les deux unités sont toujours utilisées, 1 degré Kelvin et 1 degré Celsius ayant la même taille et le point zéro Celsius étant de 273,15 K.
Pour passer de l’échelle Kelvin (K) à l’échelle Celsius (°C), soustrayez simplement 273,15 de la température en Kelvin : T(°C) = T(K) – 273,15.
Contenu
Points fixes de température de l’ITS-90
L’Échelle internationale de température de 1990 (ITS-90) utilise divers « points fixes de température » comme températures définies. Un point fixe de température est une température caractérisée par un événement physique spécifique et reproductible, tel qu’un changement de phase d’une substance spécifique.
L’échelle internationale de température de 1990 (ITS-90) utilise des points triples, des points de fusion et des points de solidification :
- Point triple : Le point triple d’une substance est la température et la pression uniques auxquelles les trois phases d’une substance – solide, liquide et gazeuse – peuvent exister en équilibre. Grâce à cette combinaison particulière de température et de pression, une substance peut exister à la fois sous forme solide, liquide et gazeuse. Un exemple bien connu de point triple est celui de l’eau, qui est atteint à une température de 0,01 °C (273,16 K) et une pression spécifique de 611,657 Pascals.
- Point de fusion : Le point de fusion est la température à laquelle une substance solide commence à fondre et passe à l’état liquide. Cette température est spécifique à chaque substance et est mesurée sous pression normale. Par exemple, l’ITS-90 utilise le point de fusion du gallium, qui est de 29,7646 °C.
- Point de solidification : Le point de solidification est la température à laquelle un liquide commence à se solidifier et se transforme en un état solide. Par exemple, le point de solidification de l’aluminium est de 660,323 °C.
Voici les principaux points fixes de température utilisés par l’ITS-90 :
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Points fixes de température précis pour les thermomètres
La société Klasmeier propose des points fixes de température de haute précision selon ITS-90 pour l’étalonnage des thermomètres de la société ISOTECH. Ces cellules à point fixe sont disponibles en différentes versions et permettent des résultats de mesure fiables et reproductibles dans les laboratoires et les applications de recherche.
Les plages d’étalonnage de l’ITS-90
L’échelle internationale de température de 1990 (ITS-90) spécifie non seulement les points fixes de température avec les températures correspondantes auxquelles les thermomètres sont étalonnés, mais également les plages d’étalonnage correspondantes.
Par définition, il existe deux plages : une pour la plage de température négative, qui commence à environ 13 K et s’étend jusqu’au point triple de l’eau à 0,01 °C, et une pour la plage de température positive. Ce dernier commence au point triple de l’eau à 0,01 °C (ou dans la plage allant du point triple du mercure à -38,8344 °C au point de fusion du gallium à 29,7646 °C) et s’étend jusqu’au point de solidification de l’argent à 961, 78 °C. .
En fonction de la plage de température, les paramètres de la fonction d’écart ITS-90 sont définis. Dans la gamme allant du point triple de l’argon à la solidification de l’argent, les paramètres a, b, c et d sont utilisés. Cette plage de température est également la plage pratique utilisée dans les laboratoires d’étalonnage pour calibrer les thermomètres. Dans les zones extrêmes à très basses températures, comme le point triple de l’oxygène, il existe également le paramètre ci, qui n’est utilisé qu’à ces températures extrêmes.
Le graphique fournit une représentation visuelle des températures de définition ITS-90 correspondantes aux points fixes de température ainsi que des températures associées. Par exemple, la température du point de solidification de l’aluminium est de 660,323 °C.
Il est important de savoir que vous ne pouvez pas extrapoler avec des thermomètres calibrés aux points de température fixes ITS-90, seulement interpoler.
Cela signifie par exemple que si une température d’environ 500 °C doit être mesurée, le point d’étalonnage le plus élevé doit être le point de solidification de l’aluminium à 660,323 °C et non le point de solidification du zinc à 419,527 °C. Car à 419 °C, il faudrait extrapoler jusqu’à 500 °C. La plage est donc toujours choisie de manière à ce que la température à mesurer puisse être calculée par interpolation.
Les plages d’étalonnage correspondantes sont représentées schématiquement dans le graphique. Dans notre exemple, cela signifie que si nous voulons mesurer à 500 °C, nous devons utiliser la plage d’étalonnage jusqu’au point de solidification de l’aluminium à 660,323 °C et calibrer en conséquence pour l’aluminium, le zinc, l’étain et au point triple de l’eau. . Il s’agit de la deuxième plage d’étalonnage en partant de la droite dans l’illustration.
Les points blancs représentent les points fixes de température nécessaires à l’étalonnage. Les points fixes de température lors de la solidification de l’indium et au point de fusion du gallium ne seraient donc pas nécessaires. Ils ne sont pas inclus dans l’étalonnage et le calcul ultérieur de la courbe caractéristique, c’est-à-dire la fonction d’écart et la fonction de référence de l’échelle internationale de température de 1990 (ITS-90).
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Étalonnage des thermomètres à résistance de platine standard (SPRT)
La société Klasmeier propose des étalonnages accrédités selon la norme DIN EN ISO/IEC 17025 (DAkkS) pour les thermomètres à résistance de platine standard (SPRT). Ces étalonnages sont effectués sur des points fixes ITS-90, qui garantissent une grande précision et fiabilité. Des points fixes de température fins et grands sont utilisés et des thermomètres à partir d’une profondeur d’immersion de 300 mm peuvent être calibrés.
Utilisez l’ITS-90 au quotidien
L’échelle internationale de température de 1990 (ITS-90) est utilisée presque quotidiennement dans la vie quotidienne dans un laboratoire d’étalonnage de température. Cependant, les utilisateurs n’en sont souvent pas conscients, car les mathématiques de l’ITS-90 sont intégrées dans les appareils de mesure de la température et les ponts de mesure et s’exécutent en arrière-plan.
Il est important de comprendre que la température ne peut pas être mesurée directement, mais se calcule, par exemple, via la résistance d’un matériau. L’ITS-90 contient la base mathématique pour calculer les températures à partir des mesures de résistance des thermomètres étalons (SPRT) de l’ITS-90.
La question se pose souvent de savoir comment l’ITS-90 peut être utilement utilisée comme courbe caractéristique dans le travail quotidien en laboratoire.
Par conséquent, dans cet article de blog, j’utiliserai un exemple pour montrer comment la température correspondante peut être calculée à partir des résistances mesurées à l’aide de l’ITS-90. J’aime expliquer cet exemple en détail dans mes séminaires.
L’ITS-90 utilise ce que l’on appelle les valeurs W, qui représentent le rapport entre la résistance mesurée et la dernière valeur connue du point triple de l’eau. Les températures peuvent être déterminées à l’aide de cette valeur W calculée et des fonctions de référence et d’écart dérivées de l’ITS-90. La valeur W est calculée selon la formule suivante :
R(T90) représente la résistance mesurée à la température T90, et R(273,16 K) représente la résistance au point triple de l’eau (plus précisément à 273,16 Kelvin).
Dans l’étape de calcul suivante, les fonctions de référence (10a et 10b) et la fonction d’écart (14), qui ont été définies selon l’ITS-90 (International Temperature Scale of 1990), sont nécessaires. Nous utilisons uniquement les fonctions pertinentes pour notre plage de température.
Fonctions de référence :
La fonction de référence est utilisée avec les paramètres suivants :
La fonction d’écart est la suivante :
Les équations et tableaux sont tirés de la publication ITS-90 de Walter Blanke (voir sources).
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Etalonnage des points fixes de température
La société Klasmeier propose des étalonnages accrédités selon DIN EN ISO/IEC 17025 (DAkkS) pour les points fixes de température. Celles-ci sont réalisées par comparaison avec des cellules de référence de haute précision et des thermomètres à résistance standard (SPRT). Différents points fixes de température sont calibrés selon ITS-90, tels que le point triple de l’eau, les points de fusion du mercure et du gallium.
Exemple de calcul ITS-90
Disons que vous mesurez une valeur de résistance de 31,1428 ohms. Le certificat d’étalonnage contient les informations suivantes :
R(0,01°C) = 25,1648 ohms
une = -1,6093e-03
b = 1,9911e-03
Calculez d’abord la valeur W :
W(t90) = R(t90) / R(0,01°C)
W(t90) = 31,1428 ohms / 25,1648 ohms
W(t90) = 1,23755404
Vous pouvez ensuite utiliser la fonction d’écart (14) pour calculer la valeur Wr(t90) :
Wr(t90) = 1,237824
Avec la valeur déterminée, vous pouvez maintenant calculer la température t90 à l’aide de la fonction de référence (10b) :
t90 = 60,1873°C
De cette manière, la température associée peut être calculée à partir de la valeur de résistance mesurée.
Sources d’approvisionnement pour l’ITS-90
L’Échelle internationale de température de 1990 (ITS-90) peut être obtenue à plusieurs endroits :
- Le document allemand original : Blanke, Walter. L’échelle internationale de température de 1990 : ITS-90 . Physikalisch-Technische Bundesanstalt, Wirtschaftsverlag NW, Verlag für Neue Wissenschaft, Braunschweig, 1989. [ISBN 3-89429-040-4].
- Une version numérique du document original est disponible auprès du National Institute of Standards and Technology (NIST). Vous pouvez trouver le document ici .
- Site Internet du PTB : La mise en œuvre de l’ITS-90 en Allemagne et de plus amples informations sont disponibles sur le site Internet de la Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB). Cliquez ici pour accéder au site Web du PTB .
- Wikipédia : l’article Wikipédia sur ITS-90 fournit un bon aperçu et peut être un bon point de départ pour ceux qui découvrent le sujet. Cliquez ici pour l’article Wikipédia .
- Site Web ITS-90 : ce site Web fournit de nombreuses informations utiles sur ITS-90 et constitue une excellente ressource pour tous ceux qui souhaitent en savoir plus sur le sujet. Cliquez ici pour accéder au site Web ITS-90 .
Sources :
- Walter Blanke : L’échelle internationale de température de 1990 : ITS-90
- Thomas Klasmeier : Livre de table « Température », édition 3
