1990 年の国際気温目盛り

1990年の国際温度目盛り（ITS -90 ）は、国際度量衡委員会（CIPM）がケルビンと摂氏 温度目盛りの測定を行うために規定した機器校正標準です。これは熱力学的温度の近似値であり、国際的な温度測定の比較可能性と互換性を促進します。これは、14の校正点を定義し、0.65 Kから1 357 .77 K (−272.50 °Cから国際温度目盛りは、 1927 年以来 CIPM が採用してきた一連の国際温度目盛りの中で最新のものである。^{[1] 1989 年の国際度量衡総会}で 採用され、1968 年の国際実用温度目盛り (1975 年の改訂版) および 1976 年の「暫定 0.5 K から 30 K の温度目盛り」に取って代わった。CCT は、ITS-90 の実現を支援するために、オンライン ガイドブックもいくつか発行している。ITS-90 でカバーされる最低温度は 0.65 K である。2000 年には、暫定低温目盛り 2000 ( PLTS -2000) と呼ばれる補足目盛りの採用により、温度目盛りがさらに 0.9 mK まで拡張された。^[2]

2019年にケルビンが再定義されました。しかし、ITS-90の不確実性と比較すると変更はごくわずかであったため、ITS-90は大きな変更なく、推奨される実用的な温度スケールのままです。この再定義と主要な温度測定方法の改善により、将来的にはITS-90とPLTS-2000への依存が段階的に廃止されることが予想されます。^[3]

ITS-90 は、その範囲全体にわたって熱力学的 (絶対) 温度スケール(絶対零度を基準とする) を可能な限り正確に表すように設計されています。範囲全体をカバーするには、さまざまな温度計の設計が必要です。これには、ヘリウム蒸気圧温度計、ヘリウムガス温度計、標準白金抵抗温度計(SPRT と呼ばれる)、単色放射温度計が含まれます。

ケルビンと摂氏温度スケールは（2019年まで）水の三重点（273.16 Kまたは0.01 °C）であるため、水の三重点と大きく異なる温度でこの定義を使用することは実用的ではありません。したがって、ITS-90 では、 14 種類の純粋な化学元素と 1 つの化合物(水) のさまざまな熱力学的平衡状態に基づいた多数の定義点を使用しています。定義点のほとんどは、相転移、具体的には純粋な化学元素の融点/凝固点に基づいています。ただし、最も深い極低温点はヘリウムとその同位体の蒸気圧と温度の関係のみに基づいているのに対し、残りの低温点 (室温未満の点) は三重点に基づいています。他の定義点の例としては、平衡水素の三重点(13.8033 Kまたは−259.3467 °C）とアルミニウムの凝固点（933.473 Kまたは660.323 °C）。

ITS-90の定義固定点は、特定の同位体組成を持つ純粋な化学サンプルを指します。^[4]この結果、ITS-90には、不純物や同位体組成による温度変化を補正するための いくつかの方程式^{[5] [6] [7]が含まれています。}

ITS-90 で校正された温度計は、複雑な数式を使用して、定義された点の間を補間します。^[8] ITS-90 は、実験室間での再現性を確保するために、変数を厳密に制御することを規定しています。たとえば、大気圧がさまざまな融点に及ぼす小さな影響は補正されます (通常、さまざまな高度と気圧で発生する可能性のあるさまざまな温度範囲にわたって、0.5ミリケルビン以下になります)。この規格では、温度プローブがサンプルに深く浸されているかどうかによる圧力の影響も補正されます。ITS-90 では、「凝固」点と「融解」点も区別しています。この区別は、測定時に熱がサンプルに流入 (融解) するか、サンプルから流出 (凝固) するかによって異なります。融点で測定されるのはガリウムのみです。ITS-90 で定義される固定点を持つ他のすべての金属は、凝固点で測定されます。

ITS-90 の実際的な効果は、13 個の化学元素の三重点と凝固点/融点が、定義により固定されているため、ITS-90 に従って較正されたすべての温度測定で正確にわかることです。

ITS-90 に従って校正された測定値と熱力学温度との間には、しばしばわずかな違いがあります。たとえば、熱力学温度の 2 点定義に厳密に従うと、正確な測定により、1 標準気圧下での VSMOW 水の沸点は実際には 373.1339 K (99.9839 °C) であることがわかります。ガリウムとインジウムの定義点の間を補間する必要がある ITS-90 に校正すると、VSMOW 水の沸点は約 10 mK 低く、約 99.974 °C になります。ITS-90 の利点は、広範囲の温度にわたる多くの便利な間隔で再現可能な定義点を備えた包括的な国際校正標準の利点により、世界の別の場所にある別のラボでまったく同じ温度を簡単に測定できることです。

「1990 年国際温度目盛り」のタイトルには「目盛り」という言葉が含まれていますが、これは誤解を招く恐れのある誤った名称です。ITS-90 は目盛りではなく、機器の校正標準です。ITS-90 に従って校正された機器で測定された温度は、摂氏、ケルビン、華氏、ランキンなどの任意の温度目盛りを使用して表すことができます。たとえば、ケルビン ベースの ITS-90 標準に校正された機器を使用して温度を測定し、その値を華氏目盛りの値 (例: 211.953 °F) に変換して表すことができます。

ITS-90 は、絶対零度に極めて近い温度を測定するために使用される高度に特殊な装置と手順については触れていません。たとえば、ナノケルビン範囲 (10 億分の 1 ケルビン) の温度を測定するために、科学者は光格子レーザー装置を使用して原子を断熱冷却し、捕捉レーザーをオフにして、原子が時間の経過とともにどれだけ移動するかを測定するだけで、原子の温度を測定します。速度が 7 mm/s のセシウム原子は、約 700 nK の温度に相当します (これは、1994 年にNISTが達成した記録的な低温です)。

熱力学温度とITS-90（T − T ₉₀）の差の推定値は2010年に発表されました。ITS-90は0.65 Kから2 Kの重複範囲でPLTS-2000から大幅に逸脱していることが明らかになりました。これを解決するために、新しい^3He蒸気圧スケールが採用されました。PTB-2006。より高い温度では、 T − T ₉₀の予想値は、4.2 K – 8 K の温度では 0.1 mK 未満、130 K に近い温度では最大 8 mK、水の三重点 (273.1600 K) では 0.1 mK ^[3]ですが、430 K に近い温度では再び 10 mK に上昇し、1150 K に近い温度では 46 mK に達します。 ^[9]

以下の表は、ITS-90 の定義固定点を示します。

• 熱力学的（絶対）温度— ITS-90 が近似しようとしている「真の温度」。
• 2000 年暫定低温目盛り(PLTS-2000) —ヘリウム 3の融解圧力に基づいた、0.0009 K から 1 K の範囲の新しい温度目盛り。
• ケルビン
• 三点
• ウィーン標準平均海洋水位（VSMOW）
• 抵抗温度計
• 白金抵抗温度計
• プランク軌跡 § 国際温度目盛り– 温度目盛りの連続的な改訂が黒体のスペクトルと温度の関係にどのような影響を与えたか

• Preston-Thomas H., Metrologia, 1990, 27(1), 3-10（改訂版）。
• 「ケルビンの定義に関する実践的方法」(PDF)。フランス、セーヴル：温度測定諮問委員会 (CCT)、国際度量衡委員会(CIPM)。2011 年。2013 年6 月 25 日に閲覧。
• 温度測定諮問委員会 (CCT) (1989)。「1990 年の国際温度目盛り (ITS-90)」(PDF)。国際度量衡委員会議事録、第 78 回会議。フランス、セーヴル:国際度量衡委員会(CIPM) 。2013年6 月 25 日閲覧。

• インターネット ITS-90 リソース (ISOTech Ltd 提供)
• ITS-90（スウェーデン国立試験研究機関）
• 温度センサーについて（情報リポジトリ）2018-12-16にWayback Machineでアーカイブされました
• NIST ITS-90 熱電対データベース (米国商務省、国立標準技術研究所)
• 異なる国際温度スケール間の変換、方程式、アルゴリズム。
• 1989年の第78回会議におけるITS-90のCIPM公式出版物。2020年8月23日にWayback Machineにアーカイブされました。
• [1]