1 РАЗРАБОТАН Главным научным метрологическим центром "Стандартные справочные данные о физических константах и свойствах веществ и материалов" (ГНМЦ "ССД")

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 180 "Стандартные справочные данные о физических константах и свойствах веществ и материалов"

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 29 апреля 2020 г. N 185-ст

4 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Настоящий стандарт распространяется на стандартные справочные данные (ССД) о температурном коэффициенте линейного расширения (ТКЛР) и электрических сопротивлений.

Настоящий стандарт предназначен для использования ССД о ТКЛР Армко железа и никеля в металлургии, машиностроении, материаловедении в диапазоне температур от 300 К до 1000 К, измерения которого выполнены на кварцевом дилатометре [1], и данных об удельном электрическом сопротивлении, определяемых четырехзондовым методом на постоянном токе (см. приложение А).

В настоящем стандарте использована нормативная ссылка на следующий стандарт:

ГОСТ Р 34100.3 Неопределенность измерения. Часть 3. Руководство по выражению неопределенности измерения

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.

Тепловое (линейное) расширение - деформация, вызванная изменением температуры. ТКЛР представляет собой относительное изменение линейного размера при изменении температуры на 1 К. ССД о ТКЛР представлены в виде таблиц и рассчитаны по уравнениям, отображающим зависимость ТКЛР от значений температуры.

Относительное удлинение (тепловую деформацию) вычисляют по формуле

где - удлинение в интервале температуры (T - T₀), м;

T - конечная температура интервала, К;

T₀ - начальная температура, при которой определялись размеры образца L, К;

- размер образца при температуре T₀, м;

L_T - размер образца при температуре T, м.

Средний (интегральный) ТКЛР в интервале температуры , К^-1 вычисляют по формуле

Полученные значения относились к значениям температуры T.

Значения истинного (дифференциального) ТКЛР вычисляли путем нахождения аппроксимирующего полинома L = f(T) и его дифференцирования. Расчетная формула для истинного ТКЛР имеет следующий вид

Поправки, учитывающие тепловое расширение кварца вводили непосредственно в программу для расчетов.

Значения электросопротивления вычисляли по формуле

где - коэффициент теплового расширения образца в интервале температуры ;

- интервал температуры;

S - площадь сечения рабочего участка образца;

U_x и U₀ - падения напряжения на образце и эталонном сопротивлении R₀ соответственно;

R₀ - эталонное сопротивление;

l_p - длина рабочего участка образца (расстояние между потенциальными зондами).

Стандартные справочные данные для образцов Армко железа и никеля, востребованные в ряде отраслей техники, представлены в актуальных для практического применения интервалах температур (300 - 1100) К и (300 - 1050) К соответственно, для которых нет надежных аттестованных данных.

В таблице 1 приведены стандартные справочные значения среднего и истинного ТКЛР, а также удельного электросопротивления образцов. При составлении окончательных таблиц приведены термодинамические значения температуры, К. Температура, при которой определялся начальный размер образцов, составляла 293,15 К. Начальная температура при измерениях температурных зависимостей была, как правило, 303,15 К. Температурные зависимости после исследований экстраполировались к значению при температуре 293,15 К. Для каждого состава проводили три серии измерений "нагрев - охлаждение", итого получали шесть температурных зависимостей. Каждая серия представляла собой температурные зависимости длины образца и электросопротивления при нагреве и охлаждении. Температуры, а следовательно и значения при этих температурах не были одними и теми же. Поэтому проводилось усреднение значений (T, L, ) в каждой серии следующим образом:

1-я серия измерений:

(T_{i наг} + T_{i охл})/2 = T_{i сред1};

(L_{i наг} + L_{i охл})/2 = L_{i сред1};

.

Расчеты проводились аналогичным образом для двух последующих серий.

2-я серия измерений:

(T_{i наг} + T_{i охл})/2 = T_{i сред2};

(L_{i наг} + L_{i охл})/2 = L_{i сред2};

.

3-я серия измерений:

(T_{i наг} + T_{i охл})/2 = T_{i сред3};

(L_{i наг} + L_{i охл})/2 = L_{i сред3};

.

Далее значения трех серий усреднялись и окончательные значения для данного образца следующие:

(T_iсред1 + T_iсред2 + T_iсред3)/3 = T_iсред - температура для данного образца, усредненная по трем сериям;

(L_iсред1 + L_iсред2 + L_iсред3)/3 = L_iсред - длина для данного образца, усредненная по трем сериям;

- электросопротивление для данного образца, усредненное по трем сериям.

Для получения ССД о ТКЛР ( и ), приведенных в таблице 1, использовался аппроксимирующий полином L = f(T), результат его дифференцирования представлялся также полиномом. Для каждого значения температуры T_i, к которой относились значения и , вычислялись значения L_i, и по формулам (2) и (3) соответственно. Ниже приведены стандартные справочные данные о температурном коэффициенте линейного расширения и электросопротивлении Армко железа и никеля.

Таблицы экспериментальных данных о температурном коэффициенте линейного расширения и электросопротивлении Армко железа и никеля приведены в таблице А.1.

На рисунках 1 - 10 приведены температурные зависимости электросопротивления и ТКЛР для Армко железа и никеля и полиномы их описывающие.

- данные [1];

- аппроксимирующий полином (300 - 630) К;

- аппроксимирующий полином (630 - 690) К;

- аппроксимирующий полином (700 - 1100) К

Уравнения, описывающие температурные зависимости дифференциального ТКЛР никеля в соответствующих интервалах температур:

- данные [1];

- аппроксимирующий полином (300 - 650) К;

- аппроксимирующий полином (660 - 1100) К

Уравнения, описывающие температурные зависимости среднего ТКЛР никеля в соответствующих интервалах температур.

- данные [1];

- аппроксимирующий полином (300 - 620) К;

- аппроксимирующий полином (630 - 1100) К

Уравнения, описывающие температурные зависимости электросопротивления никеля в соответствующих интервалах температур:

- данные [1];

- аппроксимирующий полином

Уравнение, описывающее температурную зависимость дифференциального ТКЛР Армко железа во всем интервале температур

- данные [1];

- аппроксимирующий полином (300 - 500) К;

- аппроксимирующий полином (500 - 1050) К

Уравнения, описывающие температурные зависимости среднего ТКЛР в соответствующих интервалах температур:

- данные [1];

- аппроксимирующий полином

Уравнение, описывающее температурную зависимость электросопротивления Армко железа в соответствующем интервале температур

Оценка достоверности полученных данных о ТКЛР и электросопротивлении никеля и Армко железа осуществлялась многократным повторением измерений ТКЛР и электросопротивления в выбранном температурном диапазоне, с последующей совместной обработкой большого числа серий измерений, а также сопоставлением с аналогичными данными из литературных источников. Сравнение с литературными данными по электросопротивлению и ТКЛР для никеля проведено в диапазоне температур (300 - 1100) К и для Армко железа - в диапазоне температур (300 - 1050) К. Ниже приведены графики сопоставлений температурных зависимостей электросопротивления и ТКЛР никеля и Армко железа. Расширенная неопределенность данных о ТКЛР не превышает 8%. Расширенная неопределенность данных об удельном электрическом сопротивлении составляет 1,2%.

Расширенная неопределенность получена путем умножения стандартной неопределенности на коэффициент охвата k = 2, соответствующий уровню доверия 95% при допущении нормального распределения. Оценивание неопределенности проведено в соответствии с ГОСТ Р 34100.3