Энергетика, природные ресурсы, инженерные системы

Информационный портал ТЕПЛОКАРТА
  • Главная
    • Главная

      • Твердотопливные котлы и печи, камины
      • Системы отопления и охлаждения
      • Альтернативная энергия
      • Водоснабжение и водоотведение
      • Вентиляция и кондиционирование
      • Оборудование и материалы
      • Энергоэффективность и энергосбережение
      • Природные ресурсы, экология и строительство
      • Ядерная энергетика
      • Новости, обзоры, события
      • Исследования
  • Указатель терминов
  • Облако тегов
  • О портале
    • О портале

      • Контакты
      • Разместить статью
Эталон давления. Газовый термометр с диэлектрической постоянной в PTB. Предоставлено: Christof Gaiser DCGT
Эталон давления. Газовый термометр с диэлектрической постоянной в PTB. Предоставлено: Christof Gaiser DCGT

Измерение давления газа, свободное от ртути и механических устройств

Новости, обзоры, события

Опубликовано: 13.09.2020

Обновлено: 13.09.2020

 642

Метод включает в себя измерение того, как изменяется электрическая емкость, когда пространство между электродами конденсатора заполняется сжатым газом. Изменение емкости связано с диэлектрической проницаемостью газа, которая, в свою очередь, зависит от его плотности

Исследователи из Германии разработали новый стандарт для измерения давления, который не зависит от таких элементов измерительных приборов, как механические поршни или столбики ртути. Предлагаемый метод основан на расчетах, основанных на физических принципах и точных измерениях показателей электрических свойств газообразного гелия. Получаемая точность измерений находится в пределах пяти на миллион частей при давлении до 7 МПа и в конечном итоге может заменить общепринятые нормы и правила измерения давления.

В середине 1600-х годов такие ученые, как Эванджелиста Торричелли и Христиан Гюйгенс, для измерения давления начали использовать трубки с открытым концом и ртутные столбики, показывающие отношение давлений измеряемого газа к атмосферному. Системы этого типа до сих пор используются в качестве эталонных, однако в последние десятилетия метрологи продвинулись в разработке других методов, в которых отсутствует необходимость использования токсичной ртути. Новый стандарт давления стал результатом одной из таких попыток ученых из Национального института метрологии Германии (PTB) в Берлине.

Первым шагом стала замена ртутных столбиков поршнями. Давление под поршнем можно рассчитать простым способом, умножив площадь поверхности поршня на массу груза, воздействующего на него. Трудность состоит в том, что площадь поверхности поршня и зазор между поршнем и окружающей стенкой цилиндра должны быть измерены с очень высокой степенью точности. Более того, поскольку поршни являются физическими объектами, каждый из них немного отличается друг от друга.

Чтобы превзойти точность имеющихся механических поршневых манометров, был разработан альтернативный эталон давления газа, основанный на методе, известном как «термометрия газа с диэлектрической постоянной» (ТГДП). Этот метод был изобретен в начале 1980-х годов, а PTB в рамках международных усилий по установлению значения постоянной Больцмана (а значит и по переопределению единицы измерения температуры в кельвинах) провели его усовершенствование.

Метод включает в себя измерение того, как изменяется электрическая емкость, когда пространство между электродами конденсатора заполняется сжатым газом. Изменение емкости связано с диэлектрической проницаемостью газа, которая, в свою очередь, зависит от его плотности. Если известна плотность, то, используя модифицированную версию закона идеального газа, легко вычислить и его температуру.

Достигнутый результат исследователей PTB предлагает новое направление в ТГДП. Вместо того, чтобы для расчета температуры использовать изменение емкости, они использовали этот метод для определения давления, зная фиксированное значение температуры и теоретически рассчитывая две величины: электрическую поляризуемость газа и силу взаимодействия между его атомами.

Для гелия атомарные расчеты давно известны: первые значения электрической поляризуемости гелия были получены в 1920-х и 1930-х годах. Совсем недавно проект переопределения градуса Кельвина стимулировал значительный прогресс в точности этих вычислений, и несколько исследовательских групп независимо друг от друга разработали более эффективные методы их выполнения. Эти улучшения, вместе с проделанной лабораторной работой группы исследователей из PTB, позволили разработать новый стандарт на основе электрической емкости газа.

Новый метод может лечь в основу будущего немеханического определения стандарта измерения давления газа. Однако механические стандарты не исчезнут в одночасье, «в более долгосрочной перспективе, когда устаревшие стандарты прекратят действие, новый метод станет для их замены серьезной альтернативой».

«Это довольно масштабный эксперимент, и необходимо учитывать, что для его проведения необходим очень чистый газ и хорошая температурная стабильность». Для выхода метода за пределы текущего предела в 7 МПа также потребуются дальнейшие теоретические успехи в изучении газообразного гелия, находящегося при очень высоких давлениях.

Связанная статья журнала Nature Physics: https://doi.org/10.1038/s41567-019-0722-2

 

Источник: Physics World

0.00%
0 0
 Теги:

Публикации на похожую тему:

Фото: Чтобы понять, как образуются пузыри метана, была разработана модель, для создания которой исследователи работали над образцами отложений, богатых гидратами природного газа, взятыми из Мексиканского залива во время исследовательской миссии под руководством UT в 2017 году. Dylan Meyer / Техасский университет в Остине

Метан может существовать в гидратных отложениях как газ

Обновлено: 08.01.2021
 943
Фото: Прототип плазменного реактивного двигателя может удерживать на весу над кварцевой трубкой диаметром 24 миллиметра стальной шарик весом 1 килограмм. https://doi.org/10.1063/5.0005814.1

Плазменный реактивный двигатель для движения в атмосфере

Обновлено: 07.05.2020
 1690
Фото: Максены (MXenes) - это 2D-материалы, образующие многослойные структуры (слева), ведущие себя как псевдо-конденсаторы. Присутствие молекул мочевины существенно меняет электрохимические свойства максенов. © HZB/Martin Künsting

Псевдо-конденсаторы для хранения энергии большей емкости

Обновлено: 04.01.2021
 1715

Комментарии ()

    Написать комментарий

    Недавние публикации

    Звуковые эффекты в зданиях напрямую зависят от материалов, из которых сделаны потолки, стены, двери и другие ограждающие конструкции. Фото: Rockfon

    Звукопоглощение, звукоизоляция и фоновый шум в зданиях

    Обновлено: 26.07.2022  636
    Тепло выделяется из оксида марганца, когда молекулы воды поглощаются слоистой структурой. Ⓒ Norihiko L. Okamoto

    Вода усиливает способность материала поглощать и отдавать тепло

    Обновлено: 21.04.2022  640
    Струи пламени нагревают теплообменник в печи с принудительной подачей разогретого воздуха в систему отопления. Service Champions

    Отопительные печи с принудительной подачей воздуха в помещение

    Обновлено: 07.05.2022  606

    Популярные категории

    • Природные ресурсы, экология и строительство91
    • Энергоэффективность и энергосбережение44
    • Новости, обзоры, события113
    • Оборудование и материалы85
    • Твердотопливные котлы и печи, камины34

    Разместить статью

    Портал TEPLOKARTA.RU доступен в Google Play

    Ссылки:

    • Контакты
    • Разместить статью
    • Конфиденциальность
    VK Telegram

    © 2023 Россия. Копировать без ссылки запрещено.  TEPLOKARTA.RU

    Отправить сообщение об ошибке?

    Ошибка:
    Выделите опечатку и нажмите Ctrl + Enter, чтобы отправить сообщение об ошибке.