Karbon dioksit üçlü nokta ve buhar basınç termometresi yapımı ve karakterizasyonu

Abstract

Ölçüm en üst standart, bir ölçüm cihazı yerine her zaman fiziksel bir olaydır. Sıcaklık ölçümleri için en üst düzey standart, saf maddelerin donma ve erime noktalarıdır. Hacim değişimi çok küçük olduğu için hacmi sabit olarak kabul edilen bir sistemde sıvı?katı faz geçişleri meydana gelir. Faz geçişleri, sıcaklık dışında basınç parametresine de bağlıdır.Bu tez çalışması, yüksek doğrulukta, düşük belirsizliğe sahip karbon dioksit üçlü noktası sıcaklığını elde etmek amacıyla karbon dioksit sabit nokta yapımı ve karakterizasyonunu ve buhar basınç-sıcaklık ilişkileri elde etmek için buhar basınç termometresini geliştirmesi hedeflenmiştir.Bu çalışma kapsamında, en az % 99,99 saflığa sahip karbon dioksit gazı kullanılarak farklı tasarımlara sahip üçlü noktası hücresi oluşturulmuş ve ölçümleri alınarak optimum hücre seçilmiştir. Sabit nokta hücresinin platosu sıcaklığının elde edilmesi, sıcaklığının basınçla değişimi, daldırma derinliği testi gerçekleştirilerek hücrenin metrolojik karakterizasyonu yapılmıştır. Üçlü nokta sıcaklığındaki farkın nedeni araştırılması esnasında safsızlığın sıcaklığa olan etkisi incelenmiştir.Tez çalışmasının son aşamasında karbon dioksit buhar basınç termometresi geliştirerek, 217 K ile 293 K arasında gazın termo-fiziksel özellikleri kullanılarak buhar basıncı ile sıcaklık arasındaki ilişki elde etmek için ITS-90 sıcaklık ölçeğinde değerleri tanımlı sabit noktalarda basınç ölçümleri alınmış ve ölçümlerin belirsizlikleri hesaplanmıştır. Elde edilen deneysel verilerin literatürdeki verilerle karşılaştırılmıştır.Yapılan çalışma sonucunda hem sıcaklık (216,592 K) hem de basınç (0,51795 MPa) ölçümlerinde kullanılacak sırasıyla 1,16 mK ve 266 Pa belirsizliğe sahip ulusal standart ülkemize kazandırılmıştırAnahtar Kelimeler: Buhar Basınç Termometresi, ITS-90, Karbon Dioksit Üçlü Nokta Sıcaklıgı ve Basıncı, Sabit Nokta Faz Geçisleri, Safsızlık.

The most confident reference should be a physical event instead of a measuring equipment. For the temperature measurement, the best reference is the freezing and melting points of pure substances. The liquid?solid phase transition occurs at the freezing/melting point in a system with negligible volume deviation. Phase transition is related to the temperature and also the pressure.This thesis is aimed to construction and characterization of carbon dioxide fixed point to obtain high-accurate temperature pressure values with low uncertainty and also to develop a vapour pressure thermometer.Several fixed point cells having at least 99.99 % purity with different designs were constructed at TÜBİTAK UME. After getting the triple point plateaus, the selected cell was metrologically characterized by obtaining the melting/freezing plateau temperature, the pressure dependency and immersion depth of the cell. The effect of the impurities was also investigated by using carbon dioxide gas with different purities.The vapor pressure thermometers were developed to obtain experimental thermo-physical properties of carbon dioxide. The experimental values were compared with values given in literature. Finally, the uncertaintiy components of the fixed-point and vapor pressure measurements have been determined and calculated in this thesis.The consequence of this study, the cell having the values of temperature (216.592 K) and pressure (0.51795 MPa) will be used in our country as a new national secondary reference cell with an uncertainties 1.16 mK and 266 Pa simultaneously.Key words: Vapor Pressure Thermometer, ITS-90, Triple Point Temperature and Pressure of CO2, Fixed Point Phase Transition, Impurity