La Scala Internazionale di Temperatura del 1990 (ITS-90) è una scala di temperatura riconosciuta a livello mondiale introdotta dalla Commissione Internazionale dei Pesi e delle Misure (CIPM). Serve come standard globale per misurare con precisione la temperatura e si basa sul concetto di temperatura termodinamica. L’ITS-90 è una versione rivista della precedente Scala Pratica Internazionale di Temperatura del 1968 (IPTS-68).
Nell’ITS-90, per determinare le temperature vengono utilizzati diversi punti fissi di temperatura definiti con precisione e metodi di interpolazione. I punti fissi di temperatura sono le temperature delle transizioni di fase di alcune sostanze, come i punti di solidificazione o i punti tripli.
L’ITS-90 utilizza la scala Kelvin (K) come unità di misura e sostituisce quindi la scala Celsius utilizzata nell’IPTS-68. Tuttavia, vengono ancora utilizzate entrambe le unità di misura: 1 grado Kelvin e 1 grado Celsius hanno lo stesso valore e il punto zero Celsius è 273,15 K.
Per passare dalla scala Kelvin (K) alla scala Celsius (°C), basta sottrarre 273,15 dalla temperatura in Kelvin: T(°C) = T(K) – 273,15.
Contenuti
Punti fissi della temperatura dell’ITS-90
La Scala Internazionale di Temperatura del 1990 (ITS-90) utilizza diversi “punti fissi di temperatura” come temperature definite. Un punto fisso di temperatura è una temperatura caratterizzata da un evento fisico specifico e riproducibile, come un cambiamento di fase di una determinata sostanza.
La Scala Internazionale di Temperatura del 1990 (ITS-90) utilizza punti tripli, punti di fusione e punti di solidificazione:
- Punto triplo: Il punto triplo di una sostanza è l’unica temperatura e pressione in cui le tre fasi di una sostanza – solido, liquido e gas – possono esistere in equilibrio. A questa speciale combinazione di temperatura e pressione, una sostanza può esistere contemporaneamente come solido, liquido e gas. Un esempio noto di punto triplo è quello dell’acqua, che si raggiunge a una temperatura di 0,01 °C (273,16 K) e a una pressione specifica di 611,657 pascal.
- Punto di fusione: il punto di fusione è la temperatura alla quale una sostanza solida inizia a sciogliersi e passa allo stato liquido. Questa temperatura è specifica per ogni sostanza e viene misurata a pressione normale. Ad esempio, l’ITS-90 utilizza il punto di fusione del gallio, pari a 29,7646 °C.
- Punto di solidificazione: il punto di solidificazione è la temperatura alla quale un liquido inizia a solidificare e passa allo stato solido. Il punto di solidificazione dell’alluminio, per esempio, è di 660,323 °C.
Ecco i punti fissi di temperatura più importanti utilizzati dall’ITS-90:
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Punti fissi di temperatura precisi per termometri
Klasmeier offre punti fissi di temperatura di alta precisione secondo la norma ITS-90 per la calibrazione dei termometri ISOTECH. Queste celle a punto fisso sono disponibili in vari design e consentono di ottenere risultati di misurazione affidabili e ripetibili nei laboratori e nelle applicazioni di ricerca.
Gli intervalli di calibrazione dell’ITS-90
La Scala Internazionale di Temperatura del 1990 (ITS-90) non solo specifica i punti fissi di definizione della temperatura con le corrispondenti temperature alle quali i termometri vengono calibrati, ma anche i corrispondenti intervalli di calibrazione.
Per definizione, esistono due intervalli: uno per l’intervallo di temperatura negativo, che inizia a circa 13 K e si estende fino al punto triplo dell’acqua a 0,01 °C, e uno per l’intervallo di temperatura positivo. Quest’ultimo inizia dal punto triplo dell’acqua a 0,01 °C (o nell’intervallo tra il punto triplo del mercurio a -38,8344 °C e il punto di fusione del gallio a 29,7646 °C) e si estende fino al punto di solidificazione dell’argento a 961,78 °C.
I parametri della funzione di deviazione ITS-90 sono definiti in base all’intervallo di temperatura. Nell’intervallo compreso tra il punto triplo dell’argon e la solidificazione dell’argento, si utilizzano i parametri a, b, c e d. Questo intervallo di temperatura è anche l’intervallo pratico utilizzato nei laboratori di calibrazione per calibrare i termometri. Negli intervalli estremi a temperature molto basse, come il punto triplo dell’ossigeno, esiste anche il parametro ci, che viene utilizzato solo a queste temperature estreme.
Il grafico fornisce una rappresentazione visiva delle temperature ITS-90 corrispondenti ai punti fissi di temperatura e delle temperature associate. Per esempio, la temperatura del punto di solidificazione dell’alluminio è di 660,323 °C.
È importante sapere che i termometri calibrati sui punti fissi della temperatura ITS-90 non devono essere utilizzati per l’estrapolazione, ma solo per l’interpolazione.
Questo significa che se, ad esempio, si vuole misurare una temperatura di circa 500 °C, il punto di calibrazione più alto deve essere il punto di solidificazione dell’alluminio a 660,323 °C e non il punto di solidificazione dello zinco a 419,527 °C. Questo perché a 419 °C si dovrebbe estrapolare fino a 500 °C. Pertanto, l’intervallo viene sempre selezionato in modo che la temperatura da misurare possa essere calcolata per interpolazione.
Gli intervalli di calibrazione corrispondenti sono mostrati schematicamente nel diagramma. Nel nostro esempio, ciò significa che se vogliamo misurare a 500 °C, dovremo utilizzare l’intervallo di calibrazione fino al punto di solidificazione dell’alluminio a 660,323 °C e calibrare di conseguenza per l’alluminio, lo zinco, lo stagno e il punto triplo dell’acqua. Questo sarebbe il secondo intervallo di calibrazione da destra nel diagramma.
I punti bianchi rappresentano i punti fissi di temperatura necessari per la calibrazione. I punti fissi di temperatura alla solidificazione dell’indio e al punto di fusione del gallio non sono quindi necessari. Non sono inclusi nella calibrazione e nel successivo calcolo della curva caratteristica, ovvero della funzione di deviazione e della funzione di riferimento della Scala Internazionale di Temperatura del 1990 (ITS-90).
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Calibrazione di termometri a resistenza standard in platino (SPRT)
Klasmeier offre calibrazioni accreditate secondo la norma DIN EN ISO/IEC 17025 (DAkkS) per termometri standard a resistenza di platino (SPRT). Queste calibrazioni vengono eseguite su punti fissi ITS-90, che garantiscono un’elevata precisione e affidabilità. Vengono utilizzati punti fissi di temperatura sia sottili che grandi e possono essere calibrati termometri da una profondità di immersione di 300 mm.
Utilizzare l’ITS-90 nella vita quotidiana
La Scala Internazionale di Temperatura del 1990 (ITS-90) viene utilizzata quasi quotidianamente nella vita di un laboratorio di calibrazione della temperatura. Tuttavia, gli utenti spesso non ne sono consapevoli, poiché la matematica dell’ITS-90 è incorporata nei dispositivi di misurazione della temperatura e nei ponti di misura e funziona in background.
È importante capire che la temperatura non può essere misurata direttamente, ma viene calcolata utilizzando, ad esempio, la resistenza di un materiale. L’ITS-90 contiene i principi matematici per il calcolo delle temperature a partire dalle misure di resistenza dei termometri standard (SPRT) dell’ITS-90.
Spesso ci si chiede in che modo l’ITS-90 possa essere utilizzato in modo sensato come curva caratteristica nel lavoro quotidiano di un laboratorio.
In questo post, quindi, utilizzerò un esempio per mostrare come l’ITS-90 possa essere utilizzato per calcolare la temperatura corrispondente a partire dalle resistenze misurate. Sarò lieto di spiegare questo esempio in dettaglio nei miei seminari.
L’ITS-90 utilizza i cosiddetti valori W, che rappresentano il rapporto tra la resistenza misurata e l’ultimo valore noto del punto triplo dell’acqua. Le temperature possono essere determinate utilizzando questo valore W calcolato e le funzioni di riferimento e deviazione derivate dall’ITS-90. Il valore W viene calcolato secondo la seguente formula:
R(T90) rappresenta la resistenza misurata alla temperatura T90, mentre R(273,16 K) indica la resistenza al punto triplo dell’acqua (più precisamente a 273,16 Kelvin).
Nella fase di calcolo successiva, sono necessarie le funzioni di riferimento (10a e 10b) e la funzione di deviazione (14), definite in base alla scala ITS-90 (International Temperature Scale of 1990). Utilizziamo solo le funzioni rilevanti per il nostro intervallo di temperatura.
Funzioni di riferimento:
La funzione di riferimento viene utilizzata con i seguenti parametri:
La funzione di deviazione è la seguente:
Le equazioni e le tabelle sono tratte dalla pubblicazione ITS-90 di Walter Blanke (vedi riferimenti).
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Calibrazione dei punti fissi della temperatura
Klasmeier offre calibrazioni accreditate in conformità alla norma DIN EN ISO/IEC 17025 (DAkkS) per i punti fissi di temperatura. Queste vengono effettuate tramite il confronto con celle di riferimento di alta precisione e termometri a resistenza standard (SPRT). Diversi punti fissi di temperatura sono calibrati in conformità alla norma ITS-90, come il punto triplo dell’acqua, i punti di fusione del mercurio e del gallio.
Esempio di calcolo ITS-90
Supponiamo di misurare un valore di resistenza di 31,1428 ohm. Le seguenti informazioni si trovano sul certificato di calibrazione:
R(0,01°C) = 25,1648 Ohm
a = -1,6093e-03
b = 1,9911e-03
Per prima cosa calcola il valore W:
W(t90) = R(t90) / R(0,01°C)
W(t90) = 31,1428 Ohm / 25,1648 Ohm
W(t90) = 1,23755404
Puoi quindi utilizzare la funzione di deviazione (14) per calcolare il valore Wr(t90):
Wr(t90) = 1,237824
Ora puoi utilizzare il valore determinato per calcolare la temperatura t90 utilizzando la funzione di riferimento (10b):
t90 = 60,1873°C
In questo modo, la temperatura corrispondente può essere calcolata dal valore di resistenza misurato.
Dove acquistare l’ITS-90
La Scala Internazionale di Temperatura del 1990 (ITS-90) può essere ottenuta da diverse fonti:
- Il documento originale in tedesco: Blanke, Walter. La Scala Internazionale di Temperatura del 1990: ITS-90, Physikalisch-Technische Bundesanstalt, Wirtschaftsverlag NW, Verlag für Neue Wissenschaft, Braunschweig, 1989. [ISBN 3-89429-040-4].
- Una versione digitale del documento originale è disponibile presso il National Institute of Standards and Technology (NIST). Puoi trovare il documento qui.
- Sito web del PTB: L’implementazione dell’ITS-90 in Germania e ulteriori informazioni sono disponibili sul sito web del Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB). Clicca qui per accedere al sito web del PTB.
- Wikipedia: L’articolo di Wikipedia sull’ITS-90 offre una buona panoramica e può essere un buon punto di partenza per chi non conosce l’argomento. Clicca qui per consultare l’articolo di Wikipedia.
- Sito web dell’ITS-90: Questo sito web fornisce molte informazioni utili sull’ITS-90 ed è un’ottima risorsa per chiunque voglia saperne di più sull’argomento. Clicca qui per visitare il sito web dell’ITS-90.
Fonti:
- Walter Blanke: La scala internazionale di temperatura del 1990: ITS-90
- Thomas Klasmeier: libro da tavolo “Temperatura”, edizione 3
