ГОСТ Р 8.992-2020. Национальный стандарт Российской Федерации. Государственная система обеспечения единства измерений. Стандартные справочные данные. Армко железо. Никель. Температурный коэффициент линейного расширения и удельное электрическое сопротивление в диапазоне температур от 300 К до 1000 К
(утв. и введен в действие Приказом Росстандарта от 29.04.2020 № 185-ст)
Примечание
Документ введен в действие с 01.02.2021.
Утвержден и введен в действие Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 29 апреля 2020 г. № 185-ст
НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ГОСУДАРСТВЕННАЯ СИСТЕМА ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЕДИНСТВА ИЗМЕРЕНИЙ
АРМКО ЖЕЛЕЗО. НИКЕЛЬ. ТЕМПЕРАТУРНЫЙ КОЭФФИЦИЕНТ ЛИНЕЙНОГО РАСШИРЕНИЯ И УДЕЛЬНОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ В ДИАПАЗОНЕ ТЕМПЕРАТУР ОТ 300 К ДО 1000 К
State system for ensuring the uniformity of measurements. Standard reference data. Armko iron. Nickel. Temperature coefficient linear expansion and electrical resistivity in the temperature range from 300 K to 1000 K
Дата введения 1 февраля 2021 года
Предисловие
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. № 185-ст
Правила применения настоящего стандарта установлены в статье 26 Федерального закона от 29 июня 2015 г. № 162-ФЗ «О стандартизации в Российской Федерации». Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе «Национальные стандарты», а официальный текст изменений и поправок — в ежемесячном указателе «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя «Национальные стандарты». Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.gost.ru)
1 Область применения
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).
2 Нормативные ссылки
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.
3 Общие положения
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) \Delta L вычисляют по формуле
\Delta L = \Delta L_{(T - T_{0})}L_{T_{0}} = (L_{T} - L_{T_{0}})L_{T_{0}} , (1)
где \Delta L_{(T - T_{0})} — удлинение в интервале температуры (T — T0), м;
T — конечная температура интервала, К;
T0 — начальная температура, при которой определялись размеры образца L, К;
L_{T_{0}} — размер образца при температуре T0, м;
LT — размер образца при температуре T, м.
Средний (интегральный) ТКЛР в интервале температуры (T - T_{0})\overline{\alpha_{(T - T_{0})}} , К-1 вычисляют по формуле
\overline{\alpha_{(T - T_{0})}} = (1L_{T_{0}}) \cdot \Delta L_{(T - T_{0})}(T - T_{0}) . (2)
Полученные значения \overline{\alpha_{(T - T_{0})}} относились к значениям температуры T.
Значения истинного (дифференциального) ТКЛР \alpha вычисляли путем нахождения аппроксимирующего полинома L = f(T) и его дифференцирования. Расчетная формула для истинного ТКЛР имеет следующий вид
\alpha_{i} = (\delta L\delta T) \cdot (1L_{i}) . (3)
Поправки, учитывающие тепловое расширение кварца вводили непосредственно в программу для расчетов.
Значения электросопротивления \rho вычисляли по формуле
\rho = (1 + \overline{\alpha}\Delta T) \cdot \frac{SU_{x}R_{0}}{U_{0}l_{p}} , (4)
где \overline{\alpha} — коэффициент теплового расширения образца в интервале температуры \Delta T = T - T_{0} ;
\Delta T = T - T_{0} — интервал температуры;
S — площадь сечения рабочего участка образца;
Ux и U0 - падения напряжения на образце и эталонном сопротивлении R0 соответственно;
lp — 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 \overline{\alpha_{(T - T_{0})}} 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 \Delta L 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, \rho ) в каждой серии следующим образом:
(Ti наг + Ti охл)/2 = Ti сред1;
(Li наг + Li охл)/2 = Li сред1;
(\rho_{i\text{наг}} + \rho_{i\text{охл}})2 = \rho_{i\text{сред}1} .
Расчеты проводились аналогичным образом для двух последующих серий.
(Ti наг + Ti охл)/2 = Ti сред2;
(Li наг + Li охл)/2 = Li сред2;
(\rho_{i\text{наг}} + \rho_{i\text{охл}})2 = \rho_{i\text{сред}2} .
(Ti наг + Ti охл)/2 = Ti сред3;
(Li наг + Li охл)/2 = Li сред3;
(\rho_{i\text{наг}} + \rho_{i\text{охл}})2 = \rho_{i\text{сред}3} .
Далее значения трех серий усреднялись и окончательные значения для данного образца следующие:
(Tiсред1 + Tiсред2 + Tiсред3)/3 = Tiсред — температура для данного образца, усредненная по трем сериям;
(Liсред1 + Liсред2 + Liсред3)/3 = Liсред — длина для данного образца, усредненная по трем сериям;
(\rho_{i\text{сред}1} + \rho_{i\text{сред}2} + \rho_{i\text{сред}3})3 = \rho_{i\text{сред}} — электросопротивление для данного образца, усредненное по трем сериям.
Для получения ССД о ТКЛР ( \overline{\alpha} и \alpha ), приведенных в таблице 1, использовался аппроксимирующий полином L = f(T), результат его дифференцирования представлялся также полиномом. Для каждого значения температуры Ti, к которой относились значения \overline{\alpha_{(T - T_{0})}} и \alpha_{i} , вычислялись значения Li, (L_{T_{i}} - L_{T_{0}}) и (\delta L\delta T)_{i} по формулам (2) и (3) соответственно. Ниже приведены стандартные справочные данные о температурном коэффициенте линейного расширения и электросопротивлении Армко железа и никеля.
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.
Экспериментальные данные о ТКЛР \alpha и электросопротивлении \rho Армко железа и никеля
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
Рисунок А.1 — Экспериментальные данные о температурной зависимости дифференциального ТКЛР никеля и аппроксимирующие полиномы
Уравнения, описывающие температурные зависимости дифференциального ТКЛР \alpha никеля в соответствующих интервалах температур:
- данные [1];
- аппроксимирующий полином (300 — 650) К;
- аппроксимирующий полином (660 — 1100) К
Рисунок А.2 — Экспериментальные данные о температурной зависимости среднего ТКЛР никеля и аппроксимирующие полиномы
Уравнения, описывающие температурные зависимости среднего ТКЛР \overline{\alpha} никеля в соответствующих интервалах температур.
- данные [1];
- аппроксимирующий полином (300 — 620) К;
- аппроксимирующий полином (630 — 1100) К
Рисунок А.3 — Экспериментальные данные о температурной зависимости электросопротивления никеля и аппроксимирующие полиномы
Уравнения, описывающие температурные зависимости электросопротивления \rho никеля в соответствующих интервалах температур:
- данные [1];
- аппроксимирующий полиномРисунок А.4 — Экспериментальные данные о температурной зависимости дифференциального ТКЛР Армко железа и аппроксимирующий полином
Уравнение, описывающее температурную зависимость дифференциального ТКЛР \alpha Армко железа во всем интервале температур
\alpha \cdot 10^{6} = - 0,08234 + 0,03876 \cdot T - 2,36552 \cdot 10^{- 5} \cdot T^{2}
- данные [1];
- аппроксимирующий полином (300 — 500) К;
- аппроксимирующий полином (500 — 1050) К
Рисунок А.5 — Экспериментальные данные о температурной зависимости среднего ТКЛР Армко железа и аппроксимирующие полиномы
Уравнения, описывающие температурные зависимости среднего ТКЛР \overline{\alpha} в соответствующих интервалах температур:
- данные [1];
- аппроксимирующий полиномРисунок А.6 — Экспериментальные данные о температурной зависимости электросопротивления Армко железа и аппроксимирующий полином
Уравнение, описывающее температурную зависимость электросопротивления \rho 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
- данные [1]; 
- данные [2]; 
- данные [3]
Рисунок А.7 — Экспериментальные данные температурных зависимостей ТКЛР никеля
- данные [1]; 
- данные [4];
- данные [5]; 
- данные [6]
Рисунок А.8 — Экспериментальные данные о температурной зависимости электросопротивления никеля
- данные [1]; 
- данные [2]; 
- данные [3]
Рисунок А.9 — Экспериментальные данные температурных зависимостей ТКЛР Армко железа
- данные [1]; 
- данные [8]; 
- данные [7];
- данные [9]; + — данные [10]
Рисунок А.10 — Экспериментальные данные о температурной зависимости электросопротивления Армко железа
БИБЛИОГРАФИЯ
| УДК 669.539.5-536:006.354 | ОКС 17.020 |
| Ключевые слова: стандартные справочные данные, вещества, материалы, свойства, неопределенность | |