A precise PVT property measurement technique with magnetic levitation

Size: px

Start display at page:

Download "A precise PVT property measurement technique with magnetic levitation"

ゆめじぜんじゅう
4 years ago
Views:

1 絶対塩分評価のための密度屈折率測定技術の開発粥川洋平産業技術総合研究所計量標準総合センター工学計測標準研究部門流体標準研究グループ

2 液体密度の標準 : 純水 CIPM/CCM による推奨式 (Tanaka 2001) U(ρ)/ρ = 0.83 ppm@20 ºC, 0.1MPa 2 つの絶対測定結果に基づいている : Patterson and Morris (1994) 中空ガラスシンカーを用いた液中秤量光波干渉による直径測定質量測定 Fujii and Takenaka (1995) 溶融石英球を用いた液中秤量光波干渉による直径測定質量測定密度標準として用いるには補正が必要 : 同位体補正 ( 約 3.0 ppm) 溶存空気 ( 約 2.6 ppm@20 ºC)

3 密度の 1 次標準 ( 国家標準 ): シリコン単結晶レーザー干渉計によるシリコン球の直径測定 1 kg 原器に ( ほぼ ) 直結した質量測定

4 海水密度の標準 TEOS-10 TEOS-10 manual U(ρ)/ρ = 8 ppm@(0 to 40) ºC, 0.1MPa 2 つの絶対測定結果に基づいている : Millero et al. (1976) 磁気密度計純水密度で校正 IAPSO P63 およびその希釈 U(ρ)/ρ = 2 ppm Poisson et al. (1980) 中空ガラスシンカーを用いた液中秤量測定純水密度で校正 U(ρ)/ρ = 5 ppm

5 振動密度計における課題 : 非線形性 ρ /kgm ρ /kg m µ = 0 µ = µ = Resonance model: x ρ /kg m -3 m0 ρv0 C M ρ = (1 + µ ) x A 1 µ x! Studied by Kayukawa et al.(2003) for DMA 512HP

6 研究課題と数値目標海水密度の絶対測定手法の開発密度の不確かさの目標値 : U(ρ TEOS-10 ) g cm -3 海水標準物質に関する密度絶対測定の実施 TEOS-10 の信頼性に関する定量的評価を行う

7 各国標準研の液体密度測定能力 (BIPM CMC DB) NMI, country Method Range U(ρ)/(kg m -3 ) NRC, Canada HW 630 to 2, PTB, Germany HW 600 to 2, to NMIJ, Japan MSD 600 to 1, to KRISS, Korea HW 600 to 2, NPL, UK HW 750 to 1, to NIST, US HW 600 to 2, NMIA, Australia HW 500 to 2, ppm NIM, China HW 500 to 3, to 0.2 INRiM, Italy HW 800 to 2, ppm MSL, New Zealand HW 600 to 2, ppm VNIM, Russia HW 600 to 2, to HW: 液中秤量法, MSD: 磁気懸架式密度計

8 水溶液密度の絶対測定のための液中秤量装置 U(ρ)= kg m -3 Si シンカー (100 g,43 cm 3 ) + 熱酸化膜

9 ( ) g = g g Electronic balance (0.01 mg resolution up to 210 g) Wind shield Hollow weight1 (65 g) Syringe Solid weight1 (122 g) Out Quartz-glass cell (φ40mm) φ0.05 mm tungsten wire Si sinker (100 g, 43cm 3 ) Sinker exchanger (titanium) Suspender (SUS316) Trap Seawater sample Standard PRT Water bath Lift In

10 ppm 精度で海水密度測定する際の課題低減すべき不確かさ要因シンカー密度校正シンカー質量校正気泡付着の影響密度測定値のドリフト要因 1 要因 2 要因 3

11 Challenges in sea-water density measurements 低減すべき不確かさ要因シンカー密度校正シンカー質量校正気泡付着の影響 PFM meas. for sinker density (ρ sinker - ρ S3 )/ρ S3 = -8.58(17) x 10-6 ρ sinker = (56) g cm -3

12 Challenges in sea-water density measurements 低減すべき不確かさ要因シンカー密度校正シンカー質量校正気泡付着の影響 Si sinker(100g,43cm 3 ) u m = mg OIMLweight(100g,12.5cm 3 )

13 Challenges in sea-water density measurements 低減すべき不確かさ要因シンカー密度校正シンカー質量校正気泡付着の影響 Si weight set for sub-multiple meas. 1 kg Si sphere 500g 100g 200g x2 u m = mg

n- トリデカンを用いた妥当性確認 By 1 kg Si spheres ρ tridecane = 0.

14 n- トリデカンを用いた妥当性確認 By 1 kg Si spheres ρ tridecane = g cm -3 By 100 g Si sinker (this work) ρ tridecane = (13) g cm -3 (Run 1) ρ tridecane = (13) g cm -3 (Run 2) NMIJ の固体密度校正設備 ( シリコン球を用いた液中秤量装置 )

15 Challenges in sea-water density measurements 低減すべき不確かさ要因シンカー密度校正シンカー質量校正気泡付着の影響

16 Challenges in sea-water density measurements 低減すべき不確かさ要因シンカー密度校正シンカー質量校正気泡付着の影響 UV light to make the sinker surface hydrophobic

17 Challenges in sea-water density measurements 低減すべき不確かさ要因シンカー密度校正シンカー質量校正気泡付着の影響 ρ/(kg m -3 ) 密度測定値のドリフト 1, , , , , 海水の蒸発? y = E-04x E+03 1, AD-pre18RM(500)2013_1218 1, Hours since charging

18 Challenges in sea-water density measurements 低減すべき不確かさ要因シンカー密度校正シンカー質量校正気泡付着の影響 ρ/(kg m -3 ) 密度測定値のドリフト 1, , , , , 海水の蒸発? シンカー溶出 y = E-04x E+03 1, AD-pre18RM(500)2013_1218 1, Hours since charging

19 Challenges in sea-water density measurements 低減すべき不確かさ要因シンカー密度校正シンカー質量校正気泡付着の影響 Thermal oxidation (TO) layer (thickness: 100 nm) to prevent Si dissolution from the surface 密度測定値のドリフト海水の蒸発? シンカー溶出

20 Challenges in sea-water density measurements AD-Pre18RM(500)-026( )B2+B4_ 低減すべき不確かさ要因シンカー密度校正シンカー質量校正気泡付着の影響 AD-Pre18RM(500)-066( )B2+B4_ 密度測定値のドリフトシンカー溶出海水の蒸発 ρ/(g cm -3 ) Hours since charging

21 Challenges in sea-water density measurements 低減すべき不確かさ要因シンカー密度校正シンカー質量校正気泡付着の影響 AD-Pre18RM(500)- 369( _1120+tridecane) 密度測定値のドリフトシンカー溶出海水の蒸発 ρ/(g cm -3 ) Hours since charging

22 測定結果 (ρ meas - ρ meas )/(g cm -3 ) n-tridecane ρ NMIJ_HW = g cm -3 SW (P160) ρ TEOS-10 = g cm -3 Pure water ρ Tanaka2001 = g cm -3 SW (Pre18) ρ TEOS-10 = g cm ρ meas /(g cm -3 )

23 屈折率による絶対塩分測定

24 屈折率を用いた絶対塩分センサの開発最大深度 10,000 m 相対分解能 10-8 を持つ絶対塩分センサを開発 Deep-tow 光ファイバ伝送システムへ石英ガラス製分光干渉セル This work Valeport CTD(C) Valeport (sound velocity) レーザー分光変位センサ KEYENCE SI-F80 分解能 :1nm@80mm

velocity [m/s] 1485.0 1484.5 33.7 33.6 33.

25 屈折率を用いた絶対塩分センサの開発最大深度 10,000 m 相対分解能 10-8 を持つ絶対塩分センサを開発 JAMSTEC において耐圧試験を実施し 20 Mpa( 水深 2,000 m) をクリア Sound velocity [m/s] Absolute salinity (Sp) [ ] Deep-tow (AIST) に搭載 Time elapsed [s]

PVT性質の標準と熱力学性質

PVT性質の標準と熱力学性質 SMOW の密度の絶対測定ー CIPM と IAPWS の合意事項についてー産業技術総合研究所計測標準研究部門物性統計科流体標準研究室藤井賢一これまでの絶対測定結果国際度量衡委員会 (CIPM) の推奨値国際水蒸気性質協会 (IAPWS) の推奨値 CIPMとIAPWSの合意事項 CIPM Standard Density of water Brief history Method