کالیبراسیون دماسنج: زمانی که آزمایش کوتاه می شود

مقیاس بین المللی دما در سال 1990 (ITS-90) استاندارد کالیبراسیون صنعتی برای اندازه گیری دما در سراسر جهان است. آزمایشگاه ملی فیزیکی (NPL) برای ایجاد و نگهداری ITS-90 از طریق آزمایش‌ها، به ویژه کالیبراسیون دماسنج، کار می‌کند. برای درک بهتر و غلبه بر کاستی‌های فرآیند آزمایشی، جاناتان پیرس، در آزمایشگاه ملی فیزیک بریتانیا، به شبیه‌سازی روی آورد. نتایج او نتایج شگفت انگیزی در مورد رفتار میکروسکوپی سطح مشترک مایع-جامد در طول فرآیند انجماد به دست آورد.

کار آزمایشگاه ملی فیزیک در مورد کالیبراسیون دماسنج

بخش دما و رطوبت در آزمایشگاه ملی فیزیکی، که جاناتان پیرس یکی از اعضای تیم آن است، برای افزایش دقت اندازه‌گیری دما برای حفظ و بهبود ITS-90 کار می‌کند. NPL مشخص شده در ITS-90 از دماسنج های استاندارد مقاومتی پلاتین استفاده می کند که به طور گسترده به عنوان دقیق ترین دماسنج پذیرفته شده است. با این حال، هنگام کالیبره کردن این دماسنج‌ها ، سطحی از عدم قطعیت وجود دارد. برای مدل استفاده شده توسط جاناتون پیرس (اندازه گیری نقطه انجماد روی)، محدوده عدم قطعیت 1 میلی کلوین است.

دماسنج استاندارد مقاومت پلاتین که توسط آزمایشگاه ملی فیزیک طراحی شده است
سطح مقطع یک دماسنج استاندارد مقاومتی پلاتین (SPRT) که برای کالیبراسیون استفاده می شود. تصویر با حسن نیت ارائه شده: آزمایشگاه ملی فیزیک.

بهینه سازی آزمایش از طریق شبیه سازی

اگرچه دماسنج مقاومتی پلاتین دقیق‌ترین وسیله مورد استفاده برای کالیبراسیون دما است، اما عدم قطعیت 1 میلی‌کلوین می‌تواند بهبود یابد. این عدم قطعیت باعث شد پیرس به شبیه سازی روی آورد تا فرآیند انجماد را در سطح میکروسکوپی بهتر درک کند و حسگرها را اندازه گیری کند. پیرس در کار با متیو لارج، دانشجوی دانشگاه ساری، از COMSOL Multiphysics برای بررسی عملکرد درونی فرآیند انجماد استفاده کرد. نتایج نشان داد که فرآیند انجماد مسطح نیست. در سطح مشترک مایع و جامد صاف نیست. هنگامی که مایع شروع به یخ زدن می کند و تبدیل به یک جامد می شود، موج هایی در سطح مشترک ایجاد می شوند و به سلول تبدیل می شوند و به طور ناهموار به سمت بیرون بیرون می زنند (همانطور که در تصویر زیر مشاهده می شود). این پدیده را نمی توان با استفاده از آزمایش پیش بینی یا اندازه گیری کرد، اما از طریق شبیه سازی،

کالیبراسیون دماسنج با استفاده از شبیه سازی برای مدل سازی رابط مایع و جامد
سلول هایی که در سطح مشترک مایع و جامد به سمت بیرون بیرون زده اند.