Эталонный калориметр для обеспечения воспроизведения, хранения и передачи единицы удельной теплоемкости твердых тел в диапазоне температуры от 260 до 870 К тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Власова Виктория Владимировна

• Власова Виктория Владимировна
• кандидат наук
• 2026

Оглавление диссертации кандидат наук Власова Виктория Владимировна

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ОБЛАСТИ ИЗМЕРЕНИЙ УДЕЛЬНОЙ ТЕПЛОЕМКОСТИ ТВЕРДЫХ ТЕЛ

1.1 Анализ потребностей науки и промышленности в области измерений удельной

теплоемкости твердых тел

1.2 Состояние приборной базы в области измерений удельной теплоемкости твердых тел

1.2.1 Средства измерений, реализующие методы непрерывного нагрева

1.2.2 Средства измерений, реализующие методы импульсного ввода тепла

1.2.3 Средства измерений, реализующие методы периодического ввода тепла

1.3 Анализ метрологического обеспечения измерений удельной теплоемкости твердых тел

1.4 Выводы к главе 1. Постановка цели и задач исследований

ГЛАВА 2 НАУЧНОЕ ОБОСНОВАНИЕ ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ ЕДИНИЦЫ УДЕЛЬНОЙ ТЕПЛОЕМКОСТИ ТВЕРДЫХ ТЕЛ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЕТОДА ПЕРИОДИЧЕСКОГО ВВОДА ТЕПЛА В АДИАБАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ В ДИАПАЗОНЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ОТ 260 ДО 870 К

2.1 Обоснование конструкции и структуры средства воспроизведения единицы

удельной теплоемкости - калориметра, реализующего метод периодического ввода тепла

в адиабатических условиях

2.1.1. Принцип обеспечения реализации выбранного метода

2.1.2 Принцип обеспечения эргономичности использования средства воспроизведения

2.1.3 Принцип обеспечения повторяемости эксперимента

2.2 Построение модели процесса воспроизведения единицы удельной теплоемкости

твердых тел с использованием адиабатического калориметра

2.2.1 Алгоритм воспроизведения единицы удельной теплоемкости твердых тел с использованием адиабатического калориметра

2.2.2 Обоснование и разработка математической модели процесса измерений единицы удельной теплоемкости твердых тел

2.3 Обоснование и оценка прогнозируемых метрологических характеристик

создаваемого адиабатического калориметра

2.3.1 Определение составляющих неопределенности измерения выделяемой теплоты

2.3.2. Оценка составляющей неопределенности измерения массы исследуемого

вещества

2.3.4. Анализ неопределенности измерения температуры и ее изменения

2.3.5 Определение поправки на кривизну температурной зависимости теплового эквивалента 8з

2.3.6 Суммарная неопределенность по типу В

2.4 Выводы к главе

ГЛАВА 3 РАЗРАБОТКА МАКЕТА АДИАБАТИЧЕСКОГО КАЛОРИМЕТРА И ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ ЕДИНИЦЫ УДЕЛЬНОЙ ТЕПЛОЕМКОСТИ НА НЕМ

3.1. Разработка макета адиабатического калориметра

3.1.1 Структура созданного макета калориметра

3.1.2 Функциональные возможности макета калориметра

3.2 Исследование макета адиабатического калориметра

3.2.1 Результаты экспериментального опробования макета калориметрической ячейки

3.2.2 Результаты исследований метрологических характеристик макета адиабатического калориметра и оценка соответствия критериям пригодности

3.3 Сравнение прогнозируемых и экспериментальных характеристик макета адиабатического калориметра

3.4 Выводы к главе

ГЛАВА 4 НАУЧНОЕ ОБОСНОВАНИЕ СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ ЕДИНИЦЫ УДЕЛЬНОЙ ТЕПЛОЕМКОСТИ ТВЕРДЫХ ТЕЛ ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ ПОТРЕБНОСТЕЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ

4.1 Разработка, исследование и оценка метрологических характеристик средств хранения единицы удельной теплоемкости твердых тел

4.2 Разработка, исследование и оценка метрологических характеристик средств передачи единицы удельной теплоемкости твердых тел для обеспечения сличений государственных первичного и специальных эталонов

4.3 Разработка, исследование, оценка метрологических характеристик средств передачи единицы удельной теплоемкости рабочим средствам измерений

4.4 Пересмотр и переутверждение Государственной поверочной схемы единицы

удельной теплоемкости твердых тел

4.5 Разработка методик передачи единицы удельной теплоемкости твердых тел

4.6 Выводы к главе

ГЛАВА 5 ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ДИССЕРТАЦИОННОГО ИССЛЕДОВАНИЯ

5.1 Вывод по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ПЕРЕЧЕНЬ ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ А ПРОТОКОЛЫ ИССЛЕДОВАНИЯ АДИАБАТИЧЕСКОГО КАЛОРИМЕТРА

ПРИЛОЖЕНИЕ Б АКТ ПРИЕМКИ ЭТАЛОНА МЕЖВЕДОМСТВЕННОЙ КОМИССИЕЙ

ПРИЛОЖЕНИЕ В ПРОТОКОЛЫ ИССЛЕДОВАНИЯ СРЕДСТВ ХРАНЕНИЯ И ПЕРЕДАЧИ ЕДИНИЦЫ УДЕЛЬНОЙ ТЕПЛОЕМКОСТИ ТВЕРДЫХ ТЕЛ

ВВЕДЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Эталонный калориметр для обеспечения воспроизведения, хранения и передачи единицы удельной теплоемкости твердых тел в диапазоне температуры от 260 до 870 К»

Актуальность темы исследования

Исследования и разработка высокоточного калориметра и средств метрологического контроля характеристик данного калориметра осуществлена в период с 2017 по 2019 годы, разработка порядка, средств и методик передачи единицы удельной теплоемкости осуществлена в период с 2018 по 2026 годы.

Значимость проведенных исследований и разработки средств и методик воспроизведения, хранения и передачи единицы удельной теплоемкости в диапазоне от 260 до 870 К была обусловлена следующими факторами:

- отсутствием средств и методик передачи единицы в диапазоне от 2000 до 2900 Дж/(кгК),

- моральным и физическим износом эталонной базы,

- необходимостью актуализации и коррекции нормативов и правил метрологического обеспечения измерений удельной теплоемкости твердых тел.

Указанные факторы продиктованы потребностями науки и технологий в достоверных результатах измерений [1-8], в инструментальной и методической базе для исследований, в понятной и не допускающей различных трактовок нормативной базе.

Перед постановкой темы исследований был проанализированы реестр средств измерений [9] и состояние парка средств измерений удельной теплоемкости твердых тел. Процедуру испытаний в целях утверждения типа на тот момент прошли более 40 типов (70 модификаций) средств измерений удельной теплоемкости твердых тел, в том числе измерителей удельной теплоемкости, калориметров и термоанализаторов, приборов измерения температуропроводности и теплофизических свойств, имеющих блок измерения удельной теплоемкости (далее - СИ). Процедуру аттестации испытательного оборудования (далее - ИО) прошли не более 10 видов установок и стендов по испытанию удельной теплоемкости. Большую часть СИ и ИО испытывали и аттестовали в период с 2008 по 2017 годы. По результатам анализа исходных документов производителей и данных реестра средств измерений и аттестационного оборудования было выявлено, что 40 % СИ и ИО вносились с усеченным диапазоном измерений удельной теплоемкости. Для диапазона температуры от 260 до 870 К - диапазон удельной теплоемкости составлял от 380 до 1654 Дж/(кгК). Причиной этого являлось отсутствие возможности проведения испытаний в регламентированных производителем диапазонах удельной теплоемкости.

Для решения проблемы требовалось создание прибора - калориметра высшей точности, который бы позволил устранить имеющиеся системные противоречия и недостатки.

Особенностью оценки точности измерений теплофизических величин веществ является поверка используемого СИ по материалу, близкому по теплофизическим свойствам к исследуемому [10, 11]. Теплоемкость не является исключением из данного правила. Твердые тела в диапазоне температуры от 260 до 870 К имеют значения удельной теплоёмкости в диапазоне от 135 до 2900 Дж/(кгК). Таким образом, усеченный диапазон средств измерений удельной теплоемкости твердых тел от 380 до 1654 Дж/(кгК) в диапазоне температуры от 260 до 870 К в целом ограничивал исследовательские возможности промышленности в проведении анализа теплофизических величин твердых тел [12-17].

Обеспечение единства измерений удельной теплоемкости твердых тел в РФ осуществлялось путем прослеживаемости к государственному первичному ГЭТ 60-74 и специальным эталонам ГЭТ 70-85, ГЭТ 79-75, ГЭТ 67-2013. Температурные диапазоны первичных эталонов пересекались при одной температуре на границах диапазонов: у государственного первичного эталона ГЭТ 60-74 с ГЭТ 67-2013 и ГЭТ 70-85, у ГЭТ 70-85 с ГЭТ 79-75 и ГЭТ 60-74. Но при этом, эталоны сравнения, которые бы обеспечивали достоверность процедуры сличения ГЭТ 60-74, ГЭТ 70-85, ГЭТ 79-75, ГЭТ 67-2013, отсутствовали.

В соответствии с законодательством РФ порядок передачи единицы удельной теплоемкости от государственного первичного и специальных эталонов удельной теплоёмкости твердых тел средствам измерений регламентирует поверочная схема [18]. Ввиду того, что на территории РФ функцию воспроизведения единицы выполняли ГЭТ 60-74 и ГЭТ 79-75, ГЭТ 70-85, ГЭТ 67-2013, действовали четыре независимых поверочных схемы с различными подходами к градации средств измерений. При этом средства измерений удельной теплоёмкости твердых тел, функционирующие в стране, имели более широкие рабочие диапазоны температуры, чем диапазоны температуры, установленные для первичного и специальных эталонов по отдельности. Государственный первичный и специальные эталоны разнесены территориально (Екатеринбург, Московская обл., г. Санкт-Петербург). При испытаниях или калибровке средств измерений удельной теплоемкости, возникала необходимость вовлечения нескольких исполнителей или транспортировки СИ в различные институты. По результатам проведенных процедур исполнитель получал документы на одно средство измерений с различными метрологическими характеристиками. Ввиду отсутствия возможности сличений первичного и специальных эталонов, отсутствовала возможность соотнесения результатов передачи единицы удельной теплоемкости средствам измерений на границах температурных диапазонов отдельных ГЭТ.

Анализ нормативной и нормативно-правовой базы в Российской Федерации показал, что передачу единицы удельной теплоёмкости твердых тел регулируют более 60 государственных и

национальных стандартов, более 10 рекомендаций, 20 методик выполнения измерений. Зарегистрированы и используются более 70 таблиц стандартных справочных данных по удельной теплоемкости веществ, из них более 20 для твердых материалов. Для каждой таблицы стандартных справочных данных указаны условия, методика, при которых были получены значения удельной теплоемкости веществ, характеристики средств измерений, а также обоснована достоверность полученных данных. Большинство документов не актуализировались с 90-х годов XX века. В ряде данных документов регламентируется применение несуществующих СИ. Для части документов требуется корректировка с учетом обновленных требований в области технического регулирования и изменений парка средств измерений. Часть документов требует пересмотра с целью согласования между собой либо устранения существующих противоречий и опечаток.

Таким образом, ключевой задачей для создания обновленной, удовлетворяющей современным требованиям системы метрологического обеспечения в области измерений удельной теплоемкости в диапазоне до 2900 Дж/(кгК) являлось создание ключевого элемента этой системы - высокоточного средства воспроизведения единицы удельной теплоемкости с расширенными диапазонами температуры и удельной теплоемкости твердых тел до 2900 Дж/(кгК).

Настоящее диссертационное исследование проведено в рамках темы «Совершенствование ГЭТ 60-74» и по результатам применения усовершенствованного Государственного первичного эталона единицы удельной теплоемкости твердых тел ГЭТ 60-2019.

Степень научной разработанности темы исследования

Исследования в области измерений удельной теплоемкости и взаимосвязанных величин основываются на фундаментальных трудах, Дебая П. Йоз. В., Блэка Дж., Лавуазье А., Рихмана Г.В., Джоуля Дж., Сайкса У.Г., Паркера В.Дж., Батлера К.П., Эббота Дж., Л., Кондратьева Г.М., Лыкова А.В., Кутателадзе С.С., Попова М.М., Скуратова С.М., Колесова В.П., Дульнева Г.Н., Платунова Е.С.

Проблемам метрологического обеспечения средств измерений удельной теплоемкости в широком диапазоне температуры посвящены работы ученых: Джинингса Г.С., Фурукавы Дж.Т., МакЛеода А.С., О'Нила М.Г., Веста Е.Д., Вайта В.П., Саббаха Р., Кантора П.Ю., Лазарева Л.С., Кандыбы В.В., Кигурадзе О.Д., Гомельского К.З., Лугининой В.Ф.

Значительный вклад в развитие научно-организационных основ для создания эталонной базы и методик передачи единицы удельной теплоемкости внесли Сергеев О.А, Френкель И.М., Олейник Б.Н., Кулагин В.И. Созданные ими прецизионный калориметр для диапазона

температуры от 260 до 870 К и система метрологического обеспечения единицы удельной теплоемкости просуществовали до 2017 года.

Целью диссертационного исследования является разработка высокоточного калориметра, обеспечивающего воспроизведение единицы удельной теплоемкости, мер для хранения, контроля характеристик созданного калориметра, мер для передачи и методик передачи единицы удельной теплоемкости твердых тел в диапазоне температуры от 260 до 870 К для обеспечения метрологических потребностей науки и техники.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

- провести анализ состояния системы метрологического обеспечения и приборной базы в области измерений удельной теплоемкости, выявить и оценить существующие проблемы, оценить актуальные направления развития;

- обосновать применение метода периодического ввода тепла в адиабатических условиях для создания высокоточного средства воспроизведения единицы удельной теплоёмкости твердых тел в диапазоне температуры от 260 до 870 К;

- разработать структуру и конструкцию адиабатического калориметра и систем управления, обеспечивающих воспроизведение единицы удельной теплоемкости от 50 до 2900 Дж/(кгК).

- разработать алгоритм проведения измерений удельной теплоемкости твердых тел с использованием адиабатического калориметра;

- изготовить и провести исследования макета адиабатического калориметра;

- обосновать и разработать основные принципы передачи единицы удельной теплоемкости в диапазоне температуры от 260 до 870 К;

- установить номенклатуру и разработать комплект средств хранения и контроля метрологических характеристик высокоточного калориметра, средств передачи единицы удельной теплоемкости твердых тел, в том числе для проведения сличений государственного первичного (ГЭТ 60) и специальных эталонов (ГЭТ 79, ГЭТ 67);

- разработать нормы и правила воспроизведения, хранения и передачи единицы удельной теплоемкости от 50 до 2900 Дж/(кгК) в диапазоне температуры от 260 до 870 К.

- внедрить разработанные методики и средства измерений.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:

1. Усовершенствована математическая модель процесса измерений удельной теплоемкости твердых тел методом периодического ввода тепла в адиабатических условиях в диапазоне температуры от 260 до 870 К, учитывающая влияние кривизны температурной зависимости теплоемкости исследуемых твердых тел, теплоемкости замещаемого газа, разности температур, полученных на этапах калориметрического опыта с пустым и заполненным исследуемым веществом калориметром, позволяющая проанализировать влияние инструментальных и методических факторов и обосновать структуру и конструкцию высокоточного средства воспроизведения единицы удельной теплоемкости твердых тел в диапазоне от 50 до 2900 Дж/(кгК) в диапазоне температуры от 260 до 870 К, обеспечивающего воспроизведение единицы удельной теплоемкости со стандартной неопределенностью 0,004 % и передачу удельной теплоемкости с расширенной неопределенностью, не превышающей 0,358 % при доверительной вероятности р=0,95 (к=2).

2. Обоснован и установлен качественный и количественный состав мер, определены значения удельной теплоемкости, приписываемые данным мерам, что позволяет контролировать метрологические характеристики разработанного калориметра, хранить и передавать единицу удельной теплоемкости твердых тел в диапазоне от 135 до 2900 Дж/(кгК) в диапазоне температуры от 260 до 870 К, а также обеспечивать проведение сличений государственного первичного и специальных эталонов.

3. Впервые на основании усовершенствованной математической модели измерений удельной теплоемкости твердых тел и созданного средства воспроизведения удельной теплоемкости в диапазоне от 50 до 2900 Дж/(кгК) в диапазоне температуры от 260 до 870 К установлены значения удельной теплоемкости бериллия от 1586,387 до 2899,268 Дж/(кгК) и вольфрама от 130,021 до 148,431 Дж/(кгК) с расширенной неопределенностью измерений, не превышающей 0,3 % при доверительной вероятности 0,95 (к=2).

4. Разработаны методические приемы повышения точности измерений удельной теплоемкости твердых тел дифференциальными сканирующими калориметрами, учитывающие результаты градуировки по энтальпии, нелинейность изменения теплообмена с ростом температуры, дрейф мощности в изотермическом режиме, линейный участок шкалы мощности, ее остаточную нелинейность, и позволяющие снизить погрешность измерений удельной теплоемкости в 2.. .3 раза.

Практическая значимость работы

1. Разработанные приемы учета кривизны температурной зависимости теплоемкости исследуемых твердых тел, теплоемкости замещаемого газа [19], разности температур, полученных на этапах калориметрического опыта с пустым и заполненным исследуемым веществом калориметром, могут быть использованы конструкторами средств измерений для оценки их характеристик.

2. Созданный на основе усовершенствованной математической модели измерений удельной теплоемкости высокоточный адиабатический калориметр обеспечивает воспроизведение и передачу единицы удельной теплоемкости в диапазоне удельной теплоемкости шире, чем ГЭТ 60-74. В виду морального и физического износа ГЭТ 60-74, созданное средство воспроизведений - адиабатический калориметр позволил заменить калориметр из состава ГЭТ 60-74 и утвердить Государственный первичный эталон единицы удельной теплоемкости твердых тел в новом составе и с новыми характеристиками [20-26, Приложение А-Б]. Применение созданного высокоточного калориметра в составе ГЭТ 60-2019 позволяет обеспечить существующие потребности науки и промышленности в референтном средстве измерений удельной теплоемкости энергоемких материалов, и в прослеживаемости к первичному эталону заводских и лабораторных результатов измерений.

3. Разработанный алгоритм измерений и соответствующее программное обеспечение созданного высокоточного адиабатического калориметра служат основой для программных модулей средств измерения удельной теплоемкости [21, 22].

4. Создан задел для конструкционных расчетов систем и технологических расчетов режимов работы изделий в виде таблицы справочных данных по бериллию и вольфраму и уточненных данных по удельной теплоёмкости серебра, молибдена, меди, полиметилметакрилата, сплава ВТ-6, висмута [27-32, Приложение В].

5. Разработанные методические приемы повышения точности измерений удельной теплоемкости для дифференциальных сканирующих калориметров [33-35] могут быть применены в отраслевых лабораториях и метрологических службах для разработки методик измерений удельной теплоемкости различных материалов и веществ дифференциальными сканирующими калориметрами.

6. Разработанные средства и способы воспроизведения, хранения и передачи единицы удельной теплоемкости и нормативные документы, содержащие их описание и процедуры реализации, являются основой для корректировки правил и норм метрологического обеспечения измерений удельной теплоемкости твердых тел в диапазоне температуры от 260 до 870 К.

7. Разработанный порядок передачи единицы удельной теплоемкости позволяет заменить три ранее действующие поверочные схемы, обеспечить единство подхода к градации

прослеживаемых к ГЭТ 60-2019, ГЭТ 67-2013, ГЭТ 79-2020 средств измерений и согласованную передачу единицы удельной теплоёмкости в Российской Федерации [36, 37].

Внедрение результатов работы

1. Разработанный программный алгоритм аттестован как программное обеспечение «Измерения (SHMeas.exe)» высокоточного адиабатического калориметра (сертификат соответствия № ПО ИМ-06-2019);

2. Созданный высокоточный адиабатический калориметр утвержден в составе Государственного первичного эталона единицы удельной теплоемкости твердых тел ГЭТ 60-2019 Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 27.12.2019 № 3395;

3. Разработанные средства передачи единицы удельной теплоемкости твердых тел внедрены в метрологическую практику ФГУП «ВНИИМ им. Д.И.Менделеева» в качестве государственных вторичных эталонов единицы удельной теплоёмкости твердых тел (в ФИФ №№ 60-2-2025, 60-3-2024, 60-4-2025);

4. Разработанные методики передачи единицы опробованы, утверждены и аттестованы в качестве стандартов предприятия, реализующих типовые методики калибровки дифференциальных сканирующих калориметров, приборов комплексного термического анализа, мер удельной теплоемкости твердых тел (СК 03-2416-015-2021-Т, СК 03-2416-013-2021-Т, СК 03 -2416-017-2021-Т);

5. Разработанный порядок передачи единицы удельной теплоемкости внедрен в метрологическую практику Российской Федерации Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии (Росстандарта) № 3155 от 28.12.2025 «Государственной поверочной схемы для средств измерений единицы удельной теплоёмкости твердых тел в диапазоне температуры от 2 до 1800 К и удельной энтальпии твердых тел в диапазоне температуры от 260 до 1800 К» [36].

Положения, выносимые на защиту

1. Эталонный калориметр на основе усовершенствованной математической модели и алгоритмов измерений удельной теплоемкости твердых тел, учитывающих влияния кривизны температурной зависимости теплоемкости исследуемых твердых тел, теплоемкости замещаемого газа, разности температур, полученных на этапах калориметрического опыта с пустым и заполненным исследуемым веществом калориметром, обеспечивает воспроизведение, хранение и передачу единицы удельной теплоемкости от 50 до 2900 Дж/(кгК) в диапазоне температуры от 260 до 870 К.

2. Вторичные эталоны единицы удельной теплоемкости обеспечивают достоверность результатов измерений удельной теплоемкости от 135 до 2900 Дж/(кгК) в диапазоне температуры от 260 до 870 К с инструментальной неопределенностью, не превышающей 1,2 % при доверительной вероятности 0,95 % (к = 2).

3. Единая трехступенчатая поверочная схема упорядочивает процессы передачи единицы удельной теплоемкости с помощью созданных средств измерений приборной базе конечных пользователей в диапазоне от 50 до 2900 Дж/(кгК) в диапазоне температуры от 260 до 870 К, регламентирует процесс сличения государственного первичного и специальных эталонов, и, в совокупности с разработанными типовыми методиками калибровки, обеспечивает прослеживаемость результатов измерений к ГЭТ 60-2019 в диапазоне значений теплоемкости от 50 до 2900 Дж/(кгК), в диапазоне температуры от 260 до 870 К.

4. Методические приемы, учитывающие результаты градуировки по энтальпии, нелинейность изменения теплообмена с ростом температуры, дрейф мощности в изотермическом режиме, необходимость применения линейного участка шкалы мощности и оценку ее нелинейности, повышают точность измерений удельной теплоемкости твердых тел дифференциальными сканирующими калориметрами в 2.. .3 раза.

Методология и методы диссертационного исследования

При решении задач диссертационного исследования были применены следующие методы:

- теоретический анализ метрологического обеспечения в области измерений удельной теплоемкости твердых тел;

- аналитические и численные методы построения математической модели измерений удельной теплоемкости;

- предметно-математическое моделирование и экспериментальные методы при разработке средства воспроизведения, единицы удельной теплоемкости твердых тел в диапазоне температуры от 60 до 870 К;

- экспериментальные методы исследований метрологических характеристик средств хранения и передачи единицы удельной теплоемкости, статистические методы обработки результатов исследований;

- методы специализации, ранжирования и обобщения при разработке норм и правил.

Степень достоверности полученных результатов

Достоверность научных результатов, полученных в диссертационной работе, базируется на адекватности усовершенствованной математической модели измерений удельной теплоемкости и корректности реализации средства воспроизведения единицы удельной

теплоёмкости твердых тел - адиабатического калориметра, средств хранения, средств и методик передачи единицы удельной теплоемкости твердых тел.

Достоверность подтверждена согласованностью результатов измерений удельной теплоемкости лейкосапфира, как средства хранения единицы удельной теплоемкости, на разработанном адиабатическом калориметре с данными в общих диапазонах воспроизведения, полученными на средствах измерений наивысшей точности ведущими метрологическими институтами мира - Национального института стандартов и технологий США (NIST), Национального института метрологии Германии (PTB).

Апробация результатов

Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались, обсуждались и были одобрены на семинарах отдела государственных эталонов и научных исследований области термодинамики ФГУП «ВНИИМ им.Д.И.Менделеева», международных симпозиумах и конференциях:

- на заседании Научно-технической комиссии по метрологии и измерительной технике 11 декабря 2019 г. (Российская Федерация, г. Москва, 2019 г.);

- на заседании Комиссии по метрологии научного Совета Российской Академии наук по проблеме «Теплофизика и теплоэнергетика» 25 мая 2021 г. (Российская Федерация, г. Санкт-Петербург, 2021 г.);

- на заседании Комиссии «Температурные, теплофизические и дилатометрические измерения» при Федеральном агентстве по техническому регулированию и метрологии 25 мая 2023 г.;

- на 4th Symposium on Temperature and Thermal Measurements in Industry and Science & Metrology and Meteorology for Climate 2019 (MMC 2019, TEMPMEKO & TEMPBEIJING 2019 Symposium, Китай, Чэнду, 2019);

- на Международной научно-технической конференции Метрология-2022 (г. Минск, Республика Беларусь, 5-6 апреля 2022 г.).

Кроме того, результаты диссертационной работы опубликованы в 16 научных работах (2 патентах, 1 2 статьях, 2 материалах конференций) и 3 нормативных документах, 11 из них в изданиях, рекомендованных ВАК. Для 6 статей осуществлены международные переводы и 1 статья опубликована в рецензируемых научных изданиях, входящих в международные реферативные базы данных (Web of Science и Scopus).

Личный вклад автора:

- поставлены цели и задачи диссертационного исследования с учетом определенных руководителем направления и темы исследования;

- проведен анализ состояния метрологического обеспечения в области измерений удельной теплоемкости, методических и конструктивных решений средств измерений удельной теплоемкости;

- обоснованы воспроизведение единицы удельной теплоемкости твердых тел с использованием метода периодического ввода тепла в адиабатических условиях в диапазоне температуры от 260 до 870 К и структура средства воспроизведения единицы удельной теплоемкости твердых тел;

- выполнены экспериментальные исследования метрологических характеристик разработанного адиабатического калориметра и исследованы составляющие неопределенности по результатам совершенствования модели измерений;

- выполнено исследование метрологических характеристик разработанных мер удельной теплоемкости твердых тел;

- разработаны и внедрены правила и нормы передачи единицы удельной теплоемкости существующему парку средств измерений и прослеживаемости измерений к Государственному первичному эталону: Государственная поверочная схема средств измерений удельной теплоемкости и методики калибровки различных типов средств измерений;

- проведены экспериментальные исследования разработанных методических приемов с целью оценки результатов их применения.

При проведении работ по реализации усовершенствованной модели измерений удельной теплоемкости в средстве воспроизведения удельной теплоёмкости - адиабатическом калориметре в рамках темы по «Совершенствованию государственного первичного эталона единицы удельной теплоемкости твердых тел ГЭТ 60-74» автор диссертационного исследования был ответственным исполнителем.

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, 3 приложений и списка литературы, включающего 83 источника. Общий объем работы составляет 162 страниц машинописного текста, включая 39 рисунков, 19 таблиц.

ГЛАВА 1 Анализ состояния области измерений удельной теплоемкости твердых тел

1.1 Анализ потребностей науки и промышленности в области измерений удельной теплоемкости твердых тел

Развитие экономики и промышленности возможно при наличии инструментальной и технологической базы, а также сырьевых ресурсов, которые обеспечили бы производство необходимых средств и объектов. Для создания инструментария и отработки технологий также необходимы ресурсы с заданными функциональными и конструктивными свойствами, с определенными режимами применения и хранения.

Теплоемкость одна из физических величин, по изменению которой в условиях переменных температур можно судить о структурных превращениях и фазовых переходах в материалах [10]. Через измерение величины удельной теплоёмкости возможно оценить режимы работы объектов, условия хранения веществ и материалов, а также применимость их для тех или иных конструктивных и функциональных задач. Удельная теплоёмкость необходима для расчетов различных термодинамических потенциалов (функций), в том числе: энтальпии, энтропии, изобарно-изотермического потенциала и прочих [10, 38-40]. Информация об удельной теплоемкости веществ используется при определении константы равновесия химических реакций, условий достижения реакцией равновесия, направлений и пределов самопроизвольного протекания реакций, для определения энергии образования [40, 41], концентрации вакансий в металлах [42], строения полимеров и композитов [43] и для оценки чистоты веществ [38, 40]. Знание удельной теплоемкости материалов необходимы при оценке скорости отвода тепла [6, 11, 38], расчете температурных полей в изделиях, приборах, аппаратах, работающих в нестационарных температурных режимах [6, 10, 44-45].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Власова Виктория Владимировна, 2026 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Kamenev K.V., Courac A., Sokolov P.S., Baranov A.N., Sharikov F.Yu., Solozhenko V.L. Heat capacities of nanostructured wurtzite and rock salt ZnO: challenges of ZnO nano-phase diagram // Solids - 2021 - Vol . 2 - № 1 - рр.121-128 - D01:10.3390/solids2010007.

2. Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ RU 2020667036, 21.12.2020. Заявка № 2020666229 от 09.12.2020 / Шариков Ф.Ю., Мартынова Е.С. Программа для расчета параметров кинетической модели процесса гидротермального синтеза оксидных материалов по результатам экспериментального исследования скорости тепловыделения в калориметре теплового потока, правообладатель: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский горный университет».

3. Крылов В.А., Волков С.М., Баранов И.В., Тамбулатова Е.В., Федоров А.В. Изучение изменений удельной теплоемкости нерафинированных растительных масел от жирнокислотного состава и температуры // Вестник ВСГУТУ - 2025 - № 1 (96) - с. 100-111.

4. Крылов В.А., Волков С.М., Баранов И.В., Тамбулатова Е.В., Федоров А.В. Исследование температурной зависимости удельной теплоемкости рафинированных растительных масел от содержания ненасыщенных жирных кислот триацилглицеринов // Вестник Международной академии холода - 2024 - № 2 - с. 43-49 - DOI: 10.17586/1606-43132024-23-2-43-49.

5. Моисеев Е.Н., Крылов В.А., Галушка И.В., Касцова А.Г., Беглецова Н.Н., Панарин В.А., Тамбулатова Е.В., Баранов И.В., Заричняк Ю.П., Гордеев С.К. Теплофизические свойства металлизированных алмазокарбидокремниевых композиционных материалов // Композиты и наноструктуры - 2024 - Т. 16 - № 4 - с. 257-265.

6. Платунов Е.С., Баранов И.В., Буравой С.Е., Курепин В.В. Теплофизические измерения - СПб.: СПбГУНиПТ, 2010 - 738 с.

7. Костановский А.В., Костановская М.Е. Определение теплоемкости в экспериментах импульсного электрического нагрева // Теплофизика высоких температур - 2021 - Т. 59 - № 5 -с. 790-793 - DOI: 10.31857/S0040364421050112.

8. Ковалев Е.Н., Дивин А.Г., Пономарев С.В., Чуриков А.А. Разработка устройства для реализации комплекса методов измерения теплофизических характеристик // Вестник ТГТУ -2008 - Том 14 - № 2 - с. 293-298.

9. Реестр утвержденных типов средств измерений [электронный ресурс]: ЕИС «Аршин» -ФИФ ОЕИ, 2026 - URL: https://fgis.gost.ru/fundmetrology/cm/mits (дата обращения 23.02.2026 г.).

10. Морс Ф. Теплофизика - М.: «Наука», 1968 - 416 с.

11. Лыков А.В. Теория теплопроводности - М.: Высшая школа, 1967 - 599 с.

12. Вундерлих Б. Теплоемкость линейных полимеров, пер. с англ. и нем. канд. хим. наук Ю.К. Годовского. - М.: Мир, 1972. - 238 с.

13. Новиченок Л.Н., Шульман З.П. Теплофизические свойства полимеров - Мн.: «Наука и техника», 1971 - 120 с.

14. Зиновьев В.Е. Теплофизические свойства металлов при высоких температурах. Справочник - М.: Металлургия, 1989, 385 с.

15. Чиркин В.С. Теплофизические свойства материалов ядерной техники- М.: Атомиздат, 1968, 485 с.

16. Лариков Л.Н., Юрченко Ю.Ф. Тепловые свойства металлов и сплавов. Справочник. -К.: Наукова думка, 1985. - 439 с.

17. Брусенцева Л. Ю., Кудряшова А.А. Краткий справочник физико-химических величин некоторых неорганических и органических соединений- Самара: НОУ ВПО СМИ «РЕАВИЗ», 2011. - 68 с.

18. Федеральный закон от 26.06.2008 №102-ФЗ «Об обеспечении единства измерений» (с изменениями на 8 августа 2024 года, редакция, действующая с 1 января 2026 года) [электронный ресурс]: ИСС "ТЕХЭКСПЕРТ", 2026 - URL: https://easc.by/images/document/ metrologia/Reestr%20SSD%20SNG%2016_12_2024.pdf (дата обращения 23.02.2026 г.).

19. Т.А. Компан, В.В. Власова, Кулагин В.И. Оценка влияния теплообменного газа в калориметре на погрешность измерений удельной теплоемкости. // Метрология - 2020 - № 3 -с. 43-52 - https://doi.org/10.32446/0132-4713.2020-3-43-52

20. Патент №2727342 Адиабатический калориметр: №2019133121: заявл. 16.10.2019, опубл.21.07.2020 / Компан Т. А., Кулагин В. И., Власова В. В Ходунков В. П.; патентообладатель Федеральное государственное унитарное предприятие «Всероссийский научно-исследовательский институт метрологии им. Д.И.Менделеева» - 10 с.

21. DEPatentNr. 10 2020 126 865 Adiabatisches Kalorimeter; № 2019133121, Unionspriorität 16.10.2019, Veröffentlichungstag der Patenterteflung: 23.09.2021 /KompanT.A., KhodunkovV.P., KulaginV.I., VlasovaV.V. / Patentinhaber: D.I. Merxdeleyev Institute for Metrology, St. Petersburg, RU

- 9 p.

22. Т. А. Андреева, Н. Ю Быков., В. В. Власова, Т. А. Компан, В. И. Кулагин, А. Я Лукин. Эталонный адиабатический калориметр: аппаратная реализация и алгоритмы управления // Измерительная техника - 2021 - № 11 - с. 38-45 - https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2021-11-38-45

23. Andreeva T. A., Bykov N. Y., Kompan Т. А., Kulagin V. I., Lukin A.Y., Vlasova V.V. Precision Calorimeter Model Development: Generative Design Approach // Processes - 2023 - Vol. 11

- № 152 - https://doi.org/10.3390/pr11010152.

24. Т. А. Компан, В. И. Кулагин, В. В. Власова, С. В. Кондратьев, А. Я Лукин, Н. Ф. Пухов Государственный первичный эталон единицы удельной теплоёмкости твердых тел ГЭТ 60-2019 // Измерительная техника - 2020 - № 6 - с.3-8 - DOI: 10.32446/0368-1025it.2020-6-3-8.

25. Компан Т. А., Кулагин В. И., Власова В. В., Кондратьев С. В., Пухов Н. Ф. Система метрологического обеспечения измерений единицы удельной теплоемкости в диапазоне температур от 260 до 870 К. Государственный первичный эталон и средства передачи // Эталоны. Стандартные образцы - 2020 - Т. 16 - № 2 - с. 21-29 - DOI: 10.20915/2687-0886-2020-16-2-21-29.

26. Компан Т.А, Кулагин В.И., Власова В.В, Усовершенствованный государственный первичный эталон единицы удельной теплоемкости твердых тел ГЭТ 60-2019 // Материалы Международной научно-практической конференции «Метрология-2022», Республика Беларусь, г. Минск, БелГИМ - 2022 - с. 183-187.

27. Kompan T.A., Kulagin V.I , Vlasova V.V. Specific heat of molybdenum, copper and tungsten in temperature range 250 - 700 K // Сборник тезисов 14th Symposium on Temperature and Thermal Measurements in Industry and Science & Metrology and Meteorology for Climate 2019, MMC 2019, TEMPMEKO & TEMPBEIJING 2019 Symposium, Китай, Чэнду - 2019 - p.277.

28. Компан Т. А., Кулагин В. И., Власова В. В., Кондратьев С. В., Пухов Н. Ф. Измерение удельной теплоемкости бериллия в диапазоне температур 260-870 К // Измерительная техника -

2021 - № 3 - с. 29-32 - DOI: 10.32446/0368-1025it.2021-3-29-32.

29. Компан Т.А., Кулагин В.И., Власова В.В., Кондратьев С.В., Пухов Н.Ф. Результаты исследования теплофизических свойств перспективных материалов // Измерительная техника -

2022 - № 7 - с. 58-62 - https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2022-7-58-62.

30. Компан Т. А., Кулагин В. И., Власова В. В. Применение висмута для изготовления средств передачи единицы удельной теплоёмкости в диапазоне температур 240-520 К // Измерительная техника - 2025 - № 74 (6) - с. 69-73.

31. ГОСТ Р 8.1034-2024 Бериллий. Температурный коэффициент линейного расширения и удельная теплоемкость в диапазоне температур от 260 К до 870 К - М.: Издательство стандартов, 2024, - 28 с.

32. ГСССД 454-2024. Таблицы стандартных справочных данных. Вольфрам. Температурный коэффициент линейного расширения в диапазоне температуры от 150 К до 2700 К и удельная теплоёмкость в диапазоне от 260 К до 870 К / М.: Государственная служба стандартных справочных данных - 2024 - 37 с.

33. Компан Т. А., Кулагин В. И., Власова В.В. Методические аспекты повышения точности измерения удельной теплоёмкости дифференциальными сканирующими калориметрами / Законодательная и прикладная метрология. 2020. № 2 (164). С. 24-29.

34. Компан Т. А., Кулагин В. И., Власова В. В., Метод энтальпийной калибровки дифференциальных сканирующих калориметров // Метрология - 2021 - № 4 - с. 40-52 -https://doi.org/10.32446/ 0132-4713.2021-4-40-52.

35. Власова В.В. Оценка остаточной нелинейности шкалы мощности ДСК // Мир измерений - 2026 - №1 - с.40-43.

36. Государственная поверочная схема для средств измерений удельной теплоёмкости и удельной энтальпии твердых тел в диапазоне температур от 260 до 870 К, утвержденная Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии № 925 от 02.06.2021 г. - 6 с.

37. Компан Т. А., Кулагин В. И., Власова В. В.К вопросу обеспечения единства измерений удельной теплоемкости и удельной энтальпии в диапазоне температуры 2 - 1800 К // Законодательная и прикладная метрология - 2021 - № 4 - с.14-16.

38. У. Уэндландт Термические методы анализа - М.: Мир, 1978, 528 с.

39. Киттель, Ч. Введение в физику твердого тела, перевод А.А. Гусева и А.В. Пахнева; под общ. ред. А.А. Гусева. - М.: Наука, 1978. - 791 с.

40. Скуратов С.М., Колесов В.П., Воробьев А.Ф. Термохимия в 2-х частях/ М.: Издательство Московского университета, 1964-1966гг., - 702с.

41. Стромберг А. Г. Физическая химия - М.: Высшая школа - 2003 - 527 с.

42. Кабанов А. В. Теплоёмкость высокочистых металлов IIIa-IVa групп периодической системы Д. И. Менделеева: дис. ... канд. хим. наук: 02.00.04, 02.00.19 - Нижний Новгород: ННГУ им. Н. И. Лобачевского - 1993 -128 с.

43. Минакова Н. Н., Ушаков В. Я. Теплофизические характеристик полимерных композиционных материалов с углеродными компонентами для электротехнических устройств // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов - 2023 - Т. 334 - № 6 - с. 134-139.

44. Платунов Е.С., Буравой С.Е., Курепин В.В., Петров Г.С. Теплофизические измерения и приборы - Л.: Машиностроение, 1968 - 256 с.

45. Олейник Б.Н. Точная калориметрия - М.: Издательство стандартов, 1973 - 208 с.

46. Реестр утвержденных методик измерений [электронный ресурс]: ЕИС «Аршин» -ФИФ ОЕИ, 2026 - (дата обращения 23.02.2026 г.).

47. Реестр методик стандартных справочных данных РФ [электронный ресурс]: Государственная служба стандартных справочных данных - ФБУ «НИЦ ПМ - Ростест»,2026 -URL: https://www.rostest.m/upload/docs/Реестр%20методик%20ГСССД.pdf (дата обращения 23.02.2026 г.).

48. Реестр методик стандартных справочных данных СНГ [электронный ресурс]: МГС, 2026 - URL: https://easc.by/images/document/metrologia/Reestr%20SSD%20SNG% 2016_12_2024.pdf (дата обращения 23.02.2026 г.).

49. Ю. С. Яковлева, А. Н. Бирюков Моделирование физических характеристик теплоаккумулирующих строительных материалов // Омский научный вестник - 2023 - № 2 (186)

- с. 97-104.

50. Аккуратов И. Л., Алямовский А. И., Виноградов А. С., Герасимова Т. И., Земцова Е. В. Результаты исследований свойств углепластиков на основе различных полимерных связующих, перспективных для изготовления конструкций космической техники // Космическая техника и технологии - 2018 - № 1 (20) - с. 54-66.

51. Гусев А.В., Гибин А.М., Андрющенко И.А., Гавва В.А., Козырев Е.А. Теплоемкость высокочистого изотопно-обогащенного германия-76 в интервале 2-15 K - Физика твердого тела

- 2015 - Т. 57 - вып. 9 - с.1868-1870.

52. Патент № 97104389 Способ повышения термического КПД двигателя: 19.03.1997 А.Х., опубл.10.02.1999 / Родионов А.Х., патентообладатель Родионов А.Х. - 8 с.

53. Хемингер В., Хене Г. Калориметрия. Теория и практика - М.: Химия, 1990 - 176 с.

54. Тулеков Я., Бердиева О., Энермурадов Б., Нурягдыева А. Методы калориметрического анализа // Символ науки - 2024 - № 6-1-1 - с.116-117.

55. Торчик М. В., Котов М. А. Экспериментальные методы определения теплофизических свойств: от однородных твердых тел до высокотемпературных композитных материалов // Физико-химическая кинетика в газовой динамике [электронный ресурс] - 2023 - Т.24 - вып. 3. -URL: http://chemphys.edu.ru/issues/2023-24-3/articles/1047/ (дата обращения 23.02.2026 г.).

56. Кондратьев Г.М. Тепловые измерения - М.: Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы, (1957) - c. 244

57. Parker, W. J., Jenkins, R. J., Butler, C. P., Abbott, G. L. Flash Method of Determining Thermal Diffusivity, Heat Capacity and Thermal Conductivity // Journal of Applied Physics - 1961 -Vol. 32 - № 9 - pp. 1679-1684

58. Archer, D.G. New NIST-traceable standards for calibration and validation of DSC // J Therm Anal Calorim - 2006 - 85 pp. 131-134 - https://doi.org/10.1007/s10973-005-7356-6/

59. Походун А.И., Шарков А.В. Экспериментальные методы исследований. Измерения теплофизических величин. Учебное пособие. СПб: СПб ГУ ИТМО, 2006. - 87 с.

60. Pramann A., Krupke H.-W., Moriya Y., Rudtsch S., and Sarge S. M. Phase transitions of gallium and indium determined by adiabatic calorimetry [электронный ресурс]: PTB, 2026 - URL: https://www.ptb.de/cms/fileadmin/internet/fachabteilungen/abteilung_1/1.4_gase/1.44 /Adiabatische_Kalorimetrie.pdf (дата обращения 20.02.2026).

61 Петухов А. А., Потапов Б. Г., Кытин В. Г., Юров Л. В. Государственный первичный специальный стандарт единицы измерения теплопроводности твердых тел в диапазоне температур от 2 К до 300 К. ГОСТ 141-2020 // Измерения и техника - 2022 - 65(9) - с. 621-625 -https://doi.org/10.1007/s11018-023-02130-y.

62. Казанцев В. В., Черепанов В. И., Сенникова В. Н., Аверкиев М. В. Государственный первичный специальный эталон единиц удельной энтальпии и удельной теплоемкости твердых тел в диапазоне температур от 700 до 1800 К ГЭТ 67-2013// Измерительная техника - 2015 - №2 -c.7-11.

63. МИ 1735-87 Методические указания. ГСИ. Государственная поверочная схема для средств измерений удельной теплоемкости твердых тел в диапазоне температур 4,2-90 К - М.: Издательство стандартов, 1987, - 6 с.

64. ГОСТ 8.178-85 Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ). Государственный специальный эталон и государственная поверочная схема для средств измерений удельной теплоемкости твердых тел в диапазоне температур 90-273,15 К - М.: Издательство стандартов, 1985, - 6 с.

65. ГОСТ Р 8.872-2014 Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ). Государственная поверочная схема для средств измерений удельной энтальпии и удельной теплоемкости твердых тел в диапазоне температуры от 700 до 1800 К- М.: Стандартинформ, 2014, -10 с.

66. ГОСТ 8.141-75 Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ). Государственный первичный эталон и общесоюзная поверочная схема для средств измерений удельной теплоемкости твердых тел в диапазоне температур 273,15-700 К - М.: Издательство стандартов, 1975, - 7 с.

67. NIST Standard Reference Materials Catalogue [электронный ресурс]: NIST, 2026 -URL: https://www.nist.gov/system/files/documents/2023/05/15/SRM%20Catalog.pdf (дата обращения 20.02.2026)

68. Васильев Я.В., Мацкевич Н.И. Поправка на теплообмен и тепловой эквивалент калориметров с адиабатической оболочкой // Журнал физической химии - 1988 - LXII - №12 -с. 3172-317.

69. Мак-Ги Э. Теплоемкость керамических материалов и масс при обжиге Перевод. инж. Щелкунова Н. П.; Под ред. Юдинсона П. И. / ВСНХ СССР. Союзстрой; Науч.-техн. совет силикатной промышленности - М.: Гос. техн. изд-во, 1930. - 72 с.

70. Чепчуров М.С., Горбачев И.А. Обработка отверстий малых диаметров в жаропрочных сплавах // Ремонт, восстановление, модернизация - 2012 - № 10 - с. 06-10.

71. Патент №123357 Гибкая протяжка для обработки отверстий малого диаметра: № 201134356412 заявл. 11.04.2012, опубл. 21.12.2012 /Горбачев И.А., Чепчуров М.С., Богданова Т.В., патентообладатель ФГБОУ ВО «Белгородский государственный технологический университет (БГТУ) им. В. Г. Шухова» - 11 с.

72. Гузман И. Я. Химическая технология керамики - М.: «Стройматериалы», 2003 - 493 с.

73. ГОСТ 34100.3-2017/ISO/IEC Guide 98-3:2008 Неопределенность измерения. Часть 3. Руководство по выражению неопределенности измерения - М.: Стандартинформ, 2018 - 112с.

74. Бабичев А. П., Бабушкина Н. А., Братковский А. М. и др Физические величины. Справочник. Под ред. Григорьева И. С., Мейлихова Е. З. - М.: Энергоатомиздат, 1991 - 232 с.

75. ГСО 886-76 описание типа стандартного образца термодинамических свойств стаи марок 12Х18Н9Т и 12Х18Н10Т (СОТС-2) [электронный ресурс]: ЕИС «Аршин» / Реестр утвержденных типов стандартных образцов - ФИФ ОЕИ, 2026 - URL: https://fgis.gost.ru/fundmetrology/registry/19 (дата обращения 20.02.2026).

76. M.J. O'Neil. Measurement of Specific Heat Functions by Differential Scanning Calorimetry // Analytical chemistry - 1966 - Vol.10 - № 10 рp. 1331-1336.

77. Gatta G.D., Richardson M.J., Sarge S.M., Stolen S. Standards, calibration, and guidelines in microcalorimetry. Part 2. Calibration standards for differential scanning calorimetry (Technical Report) // Pure Appl. Chem. - 2006 - Vol. 78 - No. 7 - pp. 1455-1476 - doi:10.1351/pac200678071455

78. Путинцев Д.Н., Путинцев Н.М. Теплоемкость и тепловое расширение воды// Вестник МГТУ - 2003 - T 6 - № 1 - сс.155-158

79. Abe, H. National Standard and New Reference Material for Specific Heat Capacity Measurements // Analytical Sciences - 2021 - 37 - pp. 201-210 -https://doi.org/10.2116/analsci.20SAR13

80. Реестр утвержденных типов стандартных образцов ФИФ https://fgis.gost.ru/fundmetrology/registry/19

81. Снегов В.С.// Метрология - 1976 - № 10 - c. 35-42.

82. РМГ 29-2013 ГСИ. Метрология. Основные термины и определения - М.: Стандартинформ, 2014, - 55 с.

83. Юдин М. Ф., Селиванов М. Н., Тищенко О. Ф., Скороходов А. И. Основные термины в области метрологии: Словарь-справочник / под ред. Ю. В. Тарбеева - М.: Издательство стандартов, 1989 г. - 112 с.

Приложение А

Протоколы исследования адиабатического калориметра

ФГУП «ВНИИМ им. Д.И. Менделеева», 190005, г. Санкт-Петербург, Московский пр. д. 19, корп.2

ПРОТОКОЛ ИССЛЕДОВАНИЙ Определение поправки на кривизну тепловой зависимости теплового эквивалента

пустого калориметра № 2416/ГЭТ 60-05-2019 от 14.08.2019 г.

Наименование, тип Калориметр адиабатический КА-С4

Заводской номер б/н

Изготовитель ФГУП «ВНИИМ им. Д.И. Менделеева»

Год выпуска 2018

Методика исследования: «Методика исследования государственного первичного эталона единицы удельной теплоемкости твердых тел ГЭТ 60»

Средства исследования

Наименование эталонов или СИ Метрологические характеристики

ГЭТ 60-2019 «Государственный первичный эталон единицы удельной теплоемкости» - стандартная неопределенность единичного измерения теплового эквивалента пустого калориметра, оцениваемая по типу А, ил, составляет 0,026 % для количества измерений п=50; - стандартная неопределенность результата измерений удельной теплоемкости, оцениваемая по типу В, ив, составляет 0,004 %

Прибор комбинированный Testo 622, в гос. реестре № 53505-13, зав. № 39519721/903 Диапазон измерений температуры от -10 до +60 °С; Пределы допускаемой погрешности измерений температуры ± 0,4 °С; Диапазон измерений влажности от10 до 95 %; Пределы допускаемой погрешности измерений влажности ±3 %; Диапазон измерений атмосферного давления от 300 до 1200 гПа; Пределы допускаемой погрешности измерений атмосферного давления ±5 гПа.

Условия исследования

Параметры Требования НД Измеренные значения

Температура окружающего воздуха, °С 20±10 от 20,1 до 21,5

Относительная влажность воздуха, % от 30 до 80 от 55 до 57

Атмосферное давление, кПа 101,3±4 от 101,3 до 102,4

1. Диапазон температуры, в котором проводились исследования: от 260 до 870 К.

2. Результаты измерения теплового эквивалента пустого калориметра, Дж/К:

Дата Г, °С Щ, Дж/К Атмосферное Температура Относительная

измерения давление, кПа окружающей среды, °С влажность воздуха, %

31.07.2019 -10,005 265,1201 99,8 20,4 51

3,847 267,4744

11,186 268,8084

31,419 272,0283

02.08.2019 46,746 274,2938 101,4 21,0 44

46,748 274,2348

46,791 274,1624

55,112 275,7343

55,237 275,5300

56,3794 275,6127

05.08.2019 64,637 276,8572 100,3 21,4 54

74,113 278,1014

83,539 279,2343

83,942 279,2840 100,9 21,7 47

92,922 280,3960

93,305 280,4476

06.08.2019 105,399 281,8552 101,7 20,8 50

115,078 283,0272

124,299 284,0549

137,546 285,3702

144,002 285,9671

144,139 286,0810

07.08.2019 153,1162 286,9063 102,5 20,5 52

153,241 287,1028

162,306 287,8799

171,343 288,6671

08.08.2019 180,354 289,5262 101,2 21,6 58

189,768 290,2139

199,199 291,1735

217,049 292,6440

09.08.2019 226,408 293,4369 100,7 22,9 60

251,107 295,2756

269,013 296,8732

278,765 297,4338

288,493 298,1444

308,404 299,2844

318,251 300,2336

12.08.2019 325,038 300,6099 101,5 22,4 54

328,338 300,8502

353,078 302,6379

374,112 304,0361

390,978 305,2138

13.08.2019 421,752 307,3776 101,0 22,2 47

429,676 307,9699

454,881 309,7714

475,707 311,2928

14.08.2019 484,402 311,9742 99,5 20,6 51

527,204 315,3060

561,085 318,0982

590,217 320,6163

3. Расчет поправки на кривизну:

Строим полином по полученным значениям, вычисляем вторую производную и поправку

согласно МИ:

Т, К Щ, Дж/К С^ЩШТ2 83, доли 83, %

-10,005 265,12 0,005973 2,60Е-06 2,60Е-04

3,847 267,474 -0,0023 -1,39248Е-06 -1,39Е-04

11,186 268,808 -0,00668 -2,67Е-06 -2,67Е-04

31,419 272,028 -0,01876 -1,67662Е-06 -1,68Е-04

46,746 274,294 -0,02791 -1,11765Е-06 -1,12Е-04

46,748 274,235 -0,02791 -1,11784Е-06 -1,12Е-04

46,791 274,162 -0,02794 -1,11711Е-06 -1,12Е-04

55,112 275,734 -0,03291 -9,43072Е-07 -9,43Е-05

55,237 275,53 -0,03298 -9,41636Е-07 -9,42Е-05

56,3794 275,613 -0,03367 -9,22283Е-07 -9,22Е-05

64,637 276,857 -0,0386 -8,00869Е-07 -8,01Е-05

74,113 278,101 -0,04426 -6,95372Е-07 -6,95Е-05

83,539 279,234 -0,04989 -6,14431Е-07 -6,14Е-05

83,942 279,284 -0,05013 -6,11374Е-07 -6,11Е-05

92,922 280,396 -0,0555 -5,5012Е-07 -5,50Е-05

93,305 280,448 -0,05572 -5,47762Е-07 -5,48Е-05

105,399 281,855 -0,06295 -4,82511Е-07 -4,83Е-05

115,078 283,027 -0,06873 -4,40115Е-07 -4,40Е-05

124,299 284,055 -0,07424 -4,06006Е-07 -4,06Е-05

137,546 285,37 -0,08216 -3,65232Е-07 -3,65Е-05

144,002 285,967 -0,08602 -3,48139Е-07 -3,48Е-05

144,139 286,081 -0,0861 -3,4767Е-07 -3,48Е-05

153,116 286,906 -0,09147 -3,26356Е-07 -3,26Е-05

153,241 287,103 -0,09154 -3,25867Е-07 -3,26Е-05

162,306 287,88 -0,09696 -3,06848Е-07 -3,07Е-05

171,343 288,667 -0,10236 -2,89882Е-07 -2,90Е-05

180,354 289,526 -0,10775 -2,74591Е-07 -2,75Е-05

189,768 290,214 -0,11338 -2,60361Е-07 -2,60Е-05

199,199 291,174 -0,11902 -2,47226Е-07 -2,47Е-05

217,049 292,644 -0,12969 -2,2577Е-07 -2,26Е-05

226,408 293,437 -0,13529 -2,15861Е-07 -2,16Е-05

251,107 295,276 -0,15006 -1,93436Е-07 -1,93Е-05

269,013 296,873 -0,16077 -1,79602Е-07 -1,80Е-05

278,765 297,434 -0,16661 -1,72999Е-07 -1,73Е-05

288,493 298,144 -0,17243 -1,66773Е-07 -1,67Е-05

308,404 299,284 -0,18435 -1,55425Е-07 -1,55Е-05

318,251 300,234 -0,19024 -1,50145Е-07 -1,50Е-05

325,038 300,61 -0,1943 -1,4683Е-07 -1,47Е-05

328,338 300,85 -0,19628 -1,4524Е-07 -1,45Е-05

353,078 302,638 -0,21109 -1,34279Е-07 -1,34Е-05

374,112 304,036 -0,22368 -1,26157Е-07 -1,26Е-05

390,978 305,214 -0,23378 -1,20257Е-07 -1,20Е-05

421,752 307,378 -0,25221 -1,10711Е-07 -1,11Е-05

429,676 307,97 -0,25696 -1,08464Е-07 -1,08Е-05

454,881 309,771 -0,27206 -1,01869Е-07 -1,02Е-05

475,707 311,293 -0,28454 -9,69408Е-08 -9,69Е-06

484,402 311,974 -0,28975 -9,49961Е-08 -9,50Е-06

527,204 315,306 -0,31541 -8,63762Е-08 -8,64Е-06

561,085 318,098 -0,33572 -8,04589Е-08 -8,05Е-06

590,217 320,616 -0,3532 -7,58958Е-08 -7,59Е-06

Выводы: при подъеме температуры равном 5 К относительное значение поправки на кривизну 83 не превышает величину 2,7-10-6 или 2,7-10-6 % Таким образом, если не учитывать данную поправку неопределенность не превысит значение ив8з = 8 10-6 % или 2,7 10-4 % .

Измерения произвел: м.н.с. Власова В.В.

(ФИО)

ПРОТОКОЛ ИССЛЕДОВАНИЙ Определение поправки к измеренному подъему температуры, связанной с неадиабатичностью системы № 2416/ГЭТ 60-03-2019 от 13.08.2019 г.

Наименование прибора, тип Калориметр адиабатический КА-С4

Заводской номер б/н

Изготовитель ФГУП «ВНИИМ им. Д,И. Менделеева», г. Санкт-Петербург, Московский пр. д.19

Год выпуска 2018

Место проведения исследований г. Санкт-Петербург, Московский пр., д.19, корпус 2, помещение 113

Методика исследования: «Методика исследования государственного первичного эталона единицы удельной теплоемкости твердых тел ГЭТ 60»

Средства исследования

Наименование эталонов или СИ Метрологические характеристики

КА-С4 Метрологические характеристики уточняются, в том числе, в ходе данного исследования.

Прибор комбинированный Testo 622, в гос. реестре № 53505-13, зав. № 39519721/903 Диапазон измерений температуры от -10 до +60 °С; Пределы допускаемой погрешности измерений температуры ± 0,4 °С; Диапазон измерений влажности от10 до 95 %; Пределы допускаемой погрешности измерений влажности ±3 %; Диапазон измерений атмосферного давления от 300 до 1200 гПа; Пределы допускаемой погрешности измерений атмосферного давления ±5 гПа.

Условия исследований

Параметры Требования НД Измеренные значения

Температура окружающего воздуха, °С 25±10 от 21,1 до 22,8

Относительная влажность воздуха, % от 30 до 80 от 42 до 51

Атмосферное давление, кПа 101,3±4 от 100,4 до 101,9

Результаты исследований

1. Полученные значения константы охлаждения ^ в зависимости от температуры:

T, °C 80 160 280 400 530

К= (dr/dx)/(A Т), с-1 25 32,7 37 45 71

График константы охлаждения от температуры и аппроксимирующий полином:

80 70 60

гН

ъ

1Г)

о 50

т-Н

40 30 20

км = 0,0002^ - 0,03041 + 28,647 •

•

•

•

50

150

250 350

Т, °С

450

550

2. Результаты определения поправки к измеренному подъему температуры, связанной с неадиабатичностью системы в главном периоде.

Рассчитывая поправку по неадиабатичности по формулам из МИ ГЭТ 60, для экспериментов, проведенных в июле 2019 г., получаем для различных поддиапазонов:

от 20 до 100°С от 100 до 200 от 200 до 300 от 300 до 400 от 400 до 500

Д2 = +1,510-4 °С Д2 =+4,5 10-4 °С Д2 =+4,8 10-4 °С Д2 =+7,2-10"4 °С Д2 =+9,6 10-4 °С

3. Вывод: Увеличение поправки с ростом температуры обусловлено только ростом коэффициента К(7) из-за значительного возрастания теплообмена. Исходя из максимального значения поправки 81 =1 ■ 10-3 К, что составляет 0,01 % от общего подъема температуры (10 К), и учитывая неопределенность определения константы охлаждения (не превышает 20 %) получаем, что неопределенность определения поправки не превышает величины (0,01 0,2) % или 0,002 %.

Измерения произвел: м.н.с.

у-

Власова В.В.

(ФИО)

ПРОТОКОЛ ИССЛЕДОВАНИЙ Определение поправки к измеренному подъему температуры на температурный ход

№ 2416/ГЭТ 60-04-2019 от 26.07.2019 г.

Наименование прибора, тип Калориметр адиабатический КА-С4

Заводской номер б/н

Изготовитель ФГУП «ВНИИМ им. Д,И. Менделеева», г. Санкт-Петербург, Московский пр. д.19

Год выпуска 2018

Место проведения исследований г. Санкт-Петербург, Московский пр., д.19, корпус 2, помещение 113

Методика исследования: «Методика исследования государственного первичного эталона единицы удельной теплоемкости твердых тел ГЭТ 60»

Средства исследования_

Наименование эталонов или СИ Метрологические характеристики

КА-С4 Метрологические характеристики уточняются, в том числе, в ходе данного исследования.

Прибор комбинированный Testo 622, в гос. реестре № 53505-13, зав. № 39519721/903 Диапазон измерений температуры от -10 до +60 °С; Пределы допускаемой погрешности измерений температуры ± 0,4 °С; Диапазон измерений влажности от10 до 95 %; Пределы допускаемой погрешности измерений влажности ±3 %; Диапазон измерений атмосферного давления от 300 до 1200 гПа; Пределы допускаемой погрешности измерений атмосферного давления ±5 гПа.

Условия исследований

Параметры Требования НД Измеренные значения

Температура окружающего воздуха, °С 25±10 от 21,3 до 22,4

Относительная влажность воздуха, % от 30 до 80 от 44 до 53

Атмосферное давление, кПа 101,3±4 от 100,1 до 101,8

Результаты исследований

1. Исходные данные:

Максимальный начальный температурный ход: 210-6 К/с Максимальный конечный температурный ход: -2 10-6 К/с Время выравнивания температуры: Т1 = 500 с Время выравнивания температуры: Т2 = 2000 с Величина среднего подъема температуры: 10 К

2. Результаты поправки определения к измеренному подъему температуры на температурный ход.

Величина поправки к измеренному подъему температуры на температурный ход: Дт. ход = 2 10-6500 + 210-6 ■ 2000=0,009 К Неопределенность от внесения поправки 82 к измеренному подъему температуры на температурный ход не превышает величины 0,0009-1 10-2 = 9 10-6 или 0,0009 %

Измерения произвел: м.н.с.

Власова В.В.

(ФИО)

ПРОТОКОЛ ИССЛЕДОВАНИЙ Отладка системы регулирования. Определение времени задержки нагрева адиабатического калориметра КА-С4 № 2416/ГЭТ 60-02-2019 от 18.06.2019 г.

Наименование прибора, тип Калориметр адиабатический КА-С4

Заводской номер б/н

Изготовитель ФГУП «ВНИИМ им. Д,И. Менделеева», г. Санкт-Петербург, Московский пр. д.19

Год выпуска 2018

Место проведения исследований г. Санкт-Петербург, Московский пр., д.19, корпус 2, помещение 113

Методика исследования: «Методика исследования государственного первичного эталона единицы удельной теплоемкости твердых тел ГЭТ 60»

Средства исследования

Наименование эталонов или СИ Метрологические характеристики

КА-С4 Метрологические характеристики уточняются, в том числе, в ходе данного исследования.

Прибор комбинированный Testo 622, в гос. реестре № 53505-13, зав. № 39519721/903 Диапазон измерений температуры от -10 до +60 °С; Пределы допускаемой погрешности измерений температуры ± 0,4 °С; Диапазон измерений влажности от10 до 95 %; Пределы допускаемой погрешности измерений влажности ±3 %; Диапазон измерений атмосферного давления от 300 до 1200 гПа; Пределы допускаемой погрешности измерений атмосферного давления ±5 гПа.

Условия исследований

Параметры Требования НД Измеренные значения

Температура окружающего воздуха, °С 25±10 от 21,4 до 23,8

Относительная влажность воздуха, % 30-80 от 40,6 до 42,0

Атмосферное давление, кПа 101,3±4 от 101,03 до 101,18

1. Результаты измерений температуры ячейки

Время, с Тем-ра, °С Мощн. нагрев., % Время, с Тем-ра, °С Мощн. нагрев., % Время, с Тем-ра, °С Мощн. нагрев., %

11979 33,056 0 12198 33,288 30 12378 34,736 30

11984 33,051 0 12204 33,33 30 12383 34,769 30

11988 33,049 0 12209 33,372 30 12388 34,807 30

11993 33,048 0 12213 33,416 30 12393 34,847 30

11998 33,045 0 12218 33,449 30 12398 34,884 30

12044 33,046 0 12223 33,495 30 12403 34,922 30

12048 33,027 0 12228 33,537 30 12408 34,961 30

12053 33,028 0 12233 33,577 30 12413 35,001 30

12058 33,028 0 12238 33,618 30 12419 35,037 30

12063 33,028 0 12243 33,659 30 12424 35,078 30

12068 33,023 0 12248 33,7 30 12429 35,115 30

12073 33,023 0 12253 33,742 30 12433 35,154 0

12078 33,022 0 12259 33,784 30 12438 35,188 0

12083 33,019 0 12264 33,827 30 12443 35,224 0

12088 33,019 0 12268 33,866 30 12448 35,254 0

12094 33,017 0 12273 33,905 30 12453 35,274 0

12098 33,014 0 12278 33,942 30 12458 35,283 0

12103 33,011 0 12283 33,984 30 12463 35,292 0

12108 33,014 0 12288 34,023 30 12468 35,295 0

12113 33,01 0 12293 34,064 30 12474 35,294 0

12118 33,007 0 12298 34,106 30 12479 35,29 0

12123 33,006 0 12303 34,147 30 12484 35,285 0

12128 33,006 0 12309 34,185 30 12488 35,281 0

12133 33,002 0 12314 34,225 30 12493 35,273 0

12138 33 30 12319 34,264 30 12498 35,267 0

12143 33 30 12323 34,305 30 12503 35,265 0

12149 33 30 12328 34,341 30 12508 35,256 0

12154 33,006 30 12333 34,381 30 12513 35,251 0

12158 33,017 30 12338 34,419 30 12518 35,245 0

12163 33,031 30 12343 34,459 30 12524 35,238 0

12168 33,06 30 12348 34,498 30 12529 35,232 0

12173 33,088 30 12353 34,537 30 12534 35,227 0

12178 33,125 30 12358 34,577 30 12539 35,221 0

12183 33,164 30 12364 34,615 30 12544 35,215 0

12188 33,202 30 12369 34,654 30 12548 35,208 0

12193 33,244 30 12374 34,696 30 12553 35,207 0

а

а б

- изменение температуры ячейки в результате подачи мощности на нагреватель; б отображение определения времени задержки нагрева ячейки

- графическое

езультаты измерений температуры внутренней оболочки

Время, с Тем-ра, °С Мощн. нагрев., % Время, с Тем-ра, °С Мощн. нагрев., % Время, с Тем-ра, °С Мощн. нагрев., %

7249 30,706 0 7394 32,82 10 7540 41,453 10

7254 30,702 0 7399 33,194 10 7544 41,686 10

7259 30,697 0 7404 33,562 10 7549 41,889 10

7264 30,691 0 7409 33,933 10 7554 42,111 10

7269 30,688 0 7414 34,293 10 7559 42,331 10

7274 30,682 0 7419 34,65 10 7564 42,551 10

7279 30,677 0 7424 35,008 10 7569 42,765 10

7284 30,677 0 7429 35,363 10 7574 42,981 10

7289 30,669 0 7435 35,704 10 7579 43,198 10

7294 30,669 0 7439 36,043 10 7584 43,412 10

7299 30,662 0 7444 36,326 10 7590 43,625 0

7304 30,658 0 7449 36,64 10 7595 43,837 0

7309 30,653 0 7454 36,948 10 7599 44,028 0

7314 30,648 0 7459 37,25 10 7604 44,157 0

7319 30,644 0 7464 37,545 10 7609 44,231 0

7324 30,64 0 7469 37,834 10 7614 44,23 0

7330 30,636 0 7474 38,125 10 7619 44,17 0

7334 30,632 0 7479 38,411 10 7624 44,057 0

7339 30,629 10 7485 38,698 10 7629 43,909 0

7344 30,624 10 7489 38,975 10 7634 43,74 0

7349 30,621 10 7494 39,207 10 7640 43,555 0

7354 30,643 10 7499 39,472 10 7645 43,367 0

7359 30,73 10 7504 39,728 10 7649 43,171 0

7364 30,889 10 7509 39,98 10 7654 43,011 0

7369 31,125 10 7514 40,233 10 7659 42,826 0

7374 31,418 10 7519 40,477 10 7664 42,647 0

7379 31,752 10 7524 40,728 10 7669 42,472 0

7385 32,115 10 7529 40,972 10 7674 42,307 0

7389 32,494 10 7534 41,211 10 7679 42,141 0

и 3

7260300340380420460500540580620660700

^ с

24

7300 7310 7320 7330 7340 7350 7350 7370 7380 7390 7400 7410 7420

а б

а - изменение температуры внутренней оболочки в результате подачи мощности на нагреватель; б - графическое отображение определения времени задержки нагрева внутренней оболочки

3. Результаты измерений темпе

затуры внешней оболочки

Время, с Тем-ра, °С Мощн. нагрев., % Время, с Тем-ра, °С Мощн. нагрев., % Время, с Тем-ра, °С Мощн. нагрев., %

3786 24,548 0 3866 24,734 30 3946 49,508 30

3791 24,549 0 3871 25,131 30 3951 51,284 30