Разработан новый метод измерения давления - можно проверить самые точные манометры

Ученые PTB разработали новый первичный метод измерения давления, основанный на электрических измерениях, проводимых на газообразном гелии.

Исследователи из Физико-технического федерального института (PTB) внедрили новый метод измерения давления, почти как побочный продукт работы над «новым» Кельвином. Помимо того, что эта процедура является новой, она является основным методом, то есть зависит только от естественных констант. В качестве независимого метода его можно использовать для проверки наиболее точных манометров, в которых PTB известен как мировой лидер. Проверка таких инструментов ранее была возможна только в диапазоне до 100 000 паскалей; сейчас выполнимо  - до 7 миллионов паскалей.

Новый высокоточный баланс давления

Таким образом, впервые было проведено сравнение измерений механического и электрического давления с относительной погрешностью менее 5 × 10^-6. Более того, этот новый метод предлагает уникальные возможности для исследования гелия - важной модельной системы для основ физики. Ученые сообщили о своей работе в текущем выпуске журнала «Nature Physics».

Давление соответствует силе на единицу поверхности или, если быть более точным, это результат воздействия силы, приложенной вертикально к поверхности. Это также принцип, согласно которому работают самые точные методы измерения давления. При использовании баланса давления вы измеряете давление газа под поршнем точно известной поверхности, определяя гравитационную силу, действующую на поршень.

Балансеры давления PTB в настоящее время являются самыми точными поршневыми манометрами в мире - высокоточными приборами, каждый из которых изготавливается с большим усилием. Однако, поскольку существуют диапазоны давления, в которых даже самые лучшие балансы давления измеряются не так точно, как хотелось бы метрологам. В течение долгого времени предпринимались попытки разработать альтернативные методы измерения давления.

«Наш новый метод на самом деле очень прост: он основан на измерении плотности измеряемого газового гелия с помощью измерения емкости. Это означает, что мы измеряем, в какой степени газ меняет емкость специального, высокостабильного конденсатора между электродами», - объясняет Кристоф Гайзер, физик из PTB. Этот метод относится только к одному универсальному свойству газообразного гелия, которое выражается через диэлектрическую проницаемость; поэтому это основной метод.

Таким образом, Гайзер и его коллеги впервые на практике смогли реализовать принципиально новый теоретический подход. Еще в 1998 году Майк Молдовер из американского института метрологии США NIST озвучил свою идею измерения давления с помощью электрического (емкостного) измерения с использованием теоретических расчетов газовых свойств гелия. Однако в последующие годы реализация этой идеи оказалась реальной проблемой. Как точное измерение емкости, так и высокостабильные конденсаторы, необходимые для этой цели, а также теоретические расчеты с использованием исключительно естественных постоянных (расчеты ab initio) еще не были возможны с требуемой точностью. Более того, не было точной возможности сравнить их с обычными балансами давления.

Каждое из препятствий было устранено в PTB за последнее десятилетие. В связи с мероприятиями, проводимыми в рамках проекта переопределения базовой единицы «кельвин», которые достигли своего апогея 20 мая этого года с введением усовершенствованной системы блоков, были повышены до беспрецедентного уровня измерения давления как с балансами давления, так и с помощью измерений емкости. Благодаря последним теоретическим расчетам, выполненным различными исследовательскими группами по всему миру, теперь стало возможным измерять давление в 7 миллионов паскалей (то есть в 70 раз больше нормального давления) с относительной погрешностью менее 5 × 10^-6. Это измерение было подтверждено сравнением с обычным балансом давления.

Таким образом, теперь доступен второй метод для калибровки давления с высокой точностью. Сам метод и прямое сравнение с общепринятым стандартом давления предлагают, с одной стороны, возможность проверки теоретических расчетов гелия - важной модельной системы в атомной физике. С другой стороны, они также позволяют измерять другие газы и, таким образом, происходит дальнейшее развитие как теории, так и газовой метрологии. опубликовано econet.ru по материалам scitechdaily.com

Подписывайтесь на наш youtube канал!

Подписывайтесь на наш канал Яндекс Дзен!

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet