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Darstellung der Internationalen Temperaturskala von 1990 (ITS-90)

Temperaturskalen wie die derzeit gültige Internationale Temperaturskala von 1990 (ITS-90) werden aufgestellt, um weltweit einheitliche Temperaturmessungen mit möglichst geringen Messunsicherheiten zu gewährleisten. Hierzu verwendet man thermometrische Fixpunkte, welche auf Schmelz-, Erstarrungs-, bzw. Tripelpunktstemperaturen von Reinstoffen beruhen. Der Vergleich von Fixpunktemperaturen und die Interpolation der Skala zwischen den Fixpunkten erfolgt im Temperaturbereich von ca. -259 °C bis 962 °C  mittels Platin-Widerstandsthermometrie.

Die Unsicherheit bei der Darstellung der ITS-90 wird maßgeblich durch die Reinheit der verwendeten Fixpunktmaterialien bestimmt. Bei den derzeit in der PTB verwendeten  Metallen (Hg, Ga, In, Sn, Zn, Al, Ag, Cu) liegt die Reinheit zwischen 99,9999 % und 99,99999 %, mit resultierenden Messunsicherheiten im Bereich von 0,2 mK bis 3 mK.

Um die die Langzeitstabilität der Skalenrealisierung gewährleisten zu können, bezieht man sich bei der Definition der Fixpunkttemperatur immer auf die Eigenschaften der ideal reinen Substanz. Dafür benötigt man neben einer sehr anspruchsvollen quantitativen Spurenanalytik auch Kenntnisse der entsprechenden binären Phasendiagramme im extremen Randbereich. Die publizierten Phasendiagramme beruhen auf Messungen mit Methoden der thermischen Analyse (DSC, DTA), deren Bestimmungsgrenze für den Massenanteil einer Verunreinigung beträgt etwa 0,1 % (10-3 g/g), bei der Messung von Phasenumwandlungstemperaturen werden Unsicherheiten von ca. 100 mK erreicht.

Wir untersuchen binäre Phasendiagramme durch Dotierexperimente mit modifizierten Fixpunktzellen und quasiadiabatischen Kalorimetern bei Verunreinigungskonzentrationen ab 1 ppm (10-6 g/g) mit Unsicherheiten von ca. 100 µK.