Mise en pratique of the definition of the kelvin

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Mise en pratique for the definition of the kelvin 

 

Adopted by the CCT in 2011 

 

 

 

 

Scope 

 

This  document  provides  the  information  needed  to  perform  a  practical  measurement  of  temperature  in 

accord with the 

International System of Units (SI)

. 

 

 

 

Introduction 

 

The  unit  of  the  fundamental  physical  quantity  known  as  thermodynamic  temperature,  symbol  T,  is  the 

kelvin, symbol K, defined as the fraction 1/273.16 of the thermodynamic temperature of the triple point 

of  water  [13th  CGPM, 

Resolutions  3  and  4

].  The  International  Committee  for  Weights  and  Measures 

(CIPM)  [

Recommendation  2,  CI-2005

]  recently  clarified  the  definition  of  the  triple  point  of  water  by 

specifying  the  isotopic  composition  of  the  water  to  be  that  of  Vienna  Standard  Mean  Ocean  Water 

(V-SMOW).  Triple-point-of-water  cells  provide  a  convenient  realization  of  this  definition.  For 

temperatures  other  than  the  triple  point  of  water,  direct  measurements  of  thermodynamic  temperature 

require a primary thermometer based on a well-understood physical system whose temperature may be 

derived  from  measurements  of  other  quantities.  In  practice,  primary  thermometry  is  difficult  and  time 

consuming  and  not  a  practical  means  of  disseminating  the  kelvin.  As  an  alternative,  the 

International 

Temperature  Scale 

provides  an  internationally  accepted  recipe  for  realizing  temperature  in  a  practical 

way. Beginning in 1927, the CIPM, acting under the authority of the General Conference on Weights and 

Measures  (CGPM)  and,  since  1937,  on  the  advice  of  its  Consultative  Committee  for  Thermometry 

(CCT),  has  adopted  a  series  of  International  Temperature  Scales.  Subsequent  to  the  1927  scale,  new 

scales have been adopted in 1948, 1968, and 1990, with occasional minor revisions in intervening years. 

The present scale, the International Temperature Scale of 1990 (ITS-90) [

Recommendation 5, CI-1989

], 

was  extended  downward  in  temperature  in  2000,  when  the  CIPM  adopted  a  supplemental  scale,  the 

Provisional  Low  Temperature  Scale  from  0.9 mK  to  1 K  (PLTS-2000)  [

Recommendation  1,  CI-2000

]. 

The  ITS-90  and  the  PLTS-2000  define  temperatures  T

90

  and  T

2000

  that  are  good  approximations  to 

thermodynamic temperature. 

 

The  ITS-90  is  the  most  recent  descendant  of  the  original  International  Temperature  Scale  of  1927  and 

replaced  the  International  Practical  Temperature  Scale  of  1968  (IPTS-68)  and  its  extension,  the  1976 

Provisional 0.5 K to 30 K Temperature Scale. The ITS-90 covers the temperature range from 0.65 K to 

the  highest  temperatures  that  can  be  determined  practically  by  radiometric  means.  Supplementary 

information is available for both the 

ITS-90 

and 

approximations to the ITS-90

. 

 

Considerable research has been conducted on establishing a temperature scale extending to temperatures 

lower  than  0.65 K;  the  PLTS-2000  is  the  resulting  outcome,  defining  temperature  from  1 K  down  to 

0.9 mK.  The  PLTS-2000  is  explicitly  a provisional scale,  recognizing  that the data  sets comprising  the 

basis  of  the  scale  were  somewhat  inconsistent  below  10 mK.  In  the  temperature  range  0.65 K  to  1 K, 

temperature may be defined on either the ITS-90 or the PLTS-2000. Either scale is acceptable; the choice 

of  scale  typically  is  dictated  by  convenience  or  the  attainable  uncertainty  of  realization.  In  those  rare 

cases  where  use  of  either  scale  is  convenient,  T

2000

  is  a  better  approximation  of  thermodynamic 

temperature  than  T

90

  in  the  region  of  overlap. 

Supplementary  information  for  the  realization  of  the 

PLTS-2000

 is also available. 

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Historically,  the  best  guide  for  the  realization  of  the  kelvin  has  been  the  text  and  corresponding 

supplemental information for the International Temperature Scales. Recent developments in thermometry 

have  motivated  the  creation  of  a  broader,  more  flexible  document  that  incorporates  the  temperature 

scales  in  current  use:  the  mise  en  pratique  for  the  definition  of  the  kelvin.  As  envisioned  by  the  CCT 

[

Recommendation T 3 (2005)

], the mise en pratique will serve as a reference for: 

 

 

the text of the ITS-90 and PLTS-2000; 

 

 

a Technical Annex of material deemed essential to realization of the ITS-90 or PLTS-2000, but not 

included in the scale definitions themselves; 

 

 

descriptions of primary thermometers for direct measurement of thermodynamic temperature; and 

 

 

assessments  of  the  uncertainty  of  the  ITS-90,  PLTS-2000,  and  measurements  made  by  primary 

thermometry. 

 

In its present form, the mise en pratique presented here consists of the text of the ITS-90 (Section 1), the 

Technical Annex for the ITS-90 (Section 2), the text of the PLTS-2000 (Section 3), and estimates of the 

differences between thermodynamic temperatures and the ITS-90, T-T

90

, together with their uncertainties 

(Section 4).  The  documentation  of  ITS-90  biases  in  Section 4  will  support  thermodynamically  highly 

accurate measurements. The user can now easily convert measurements obtained in terms of T

90

 to T and 

vice versa. It is anticipated that future versions of the mise en pratique will also address the differences 

T-T

2000

  together  with  their  uncertainties  as  well  as  the  uncertainty  associated  with  direct,  primary 

determinations of T. 

 

 

 

Section 1. 

Text of the ITS-90

 

 

Section 2. 

Technical Annex for the ITS-90

 

 

Section 3. 

Text of the PLTS-2000

 

 

Section 4. 

Estimates of the differences T-T

90