제3절 해양관측장비의 해양표준 유지 및 보급 가. 검정 및 교정 표준기의 유지 방안
우리나라의 해양관측장비에 대한 표준은 아직 설정되어 있지 않았다. 국 내에서 연구사업에 사용되고 있는 해양장비의 정밀정확도에 관한 표준은 국 내는 물론 국제표준과 소급성(Traceability)이 유지되어야 한다. 즉 각 연구자 들이 사용한 해양장비의 측정결과에 대한 품질은 국제적으로 통용되고 있는 해양표준과 통일성이 유지되어야 한다. 국내에는 해양표준에 대한 국가표준분 야가 확립되어 있지 않아서 국내 해양장비는 국외 제조사로 보내서 해양장비 에 대한 해양표준은 연구자 개개인들이 유지해 오고 있지만 검정 및 교정 의 뢰기간, 비용문제 등 현실적으로 여러 가지 어려움에 직면에 있는 상황이다.
따라서 본 장에서는 국내 육상 측정분야에 확립된 온도와 압력 표준분야 를 응용, 수온과 수심 해양표준분야의 표준기 유지방법, 절차와 그 표준기를 이용한 해양표준의 보급 즉 검정 및 교정 실시를 기술하였다. 그리고 국내 측정표준분야가 없는 전기전도도(염분)는 국제적으로 통용되고 있는 해양표 준을 기술하였다.
Ÿ 표준온도 고정점 셀 (Hg, H20, Ga) Ÿ 표준백금저항온도계
Ÿ 저항브리지
Ÿ 표준저항
Ÿ 초정밀 수조
구 분 관측범위 분해능 정확도 비 고
IOC
(Manual and Guide 26) -2℃～+32℃ 0.001℃ 0.005℃
WHP Operation and
Methods -2℃～+35℃ 0.0005℃ 0.002℃
표 3-13 IOC 및 WHP 지침서에서 제시한 수온분야 정밀정확도
가) 수온분야 표준기
현재 온도의 국제표준은 국제도량형총회에서 공인한 국제온도 눈금 -1990 (International Temperature Scale of 1990, ITS-90) 이다. 국제온도 눈금-1990은 열역학적 온도(T)로서 단위는 K(Kelvin)로 나타내며, 1K는 물 의 삼중점(Water Triple Point)의 열역학적 온도의 1/273.16 로 정의된다.
현재 실용되고 있는 섭씨온도(t90[℃])와 열역학적인 온도(T90[K])의 관계는
t90[℃] = T90[K] - 273.15
로 주어진다. 국제온도눈금-1990 (ITS-90)은 국제실용온도눈금-1968 (International Practical Temperature Scale of 1968, IPTS-68)을 1990년 1월 1일부터 대체되어 사용하고 있다.
그림 3-22 수온분야 표준기
국제온도눈금-1990은 표 3-13과 같이 17개의 표준온도 고정점을 실현 시킨 후 표준백금저항온도계를 고정점 셀 내에 삽입한 후 저항브리지로 측 정된 저항 값을 ITS-90 내삽공식을 이용, 3 K~1357.77 K (-270.15[℃] ~ 1084.62[℃])까지의 표준 온도를 산출한다.
순서 온 도
물 질 상태 Wr(T90) 비 고 T90[K] t90[℃]
1 3 to 5 -270.15
to -268.15 He VP
2 13.8033 -259.3467 e-H2 TP 0.001 190 07 3 ≈ 17.0 ≈ -256.15 e-H2(or He) VP(or G)
4 ≈ 20.3 ≈ -252.85 e-H2(or He) VP(or G)
5 24.5561 -248.5939 Ne TP 0.008 449 74 6 54.3584 -218.7916 O2 TP 0.091 718
04 7 83.8058 -189.3442 Ar TP 0.215 859
75 8 234.3156 -38.8344 Hg TP 0.844 142
11 해양표준
적용 및 응용 9 273.1600 0.0100 H2O TP 1.000 000
00 10 302.9146 29.7646 Ga MP 1.118 138
89 11 429.7485 156.5985 In FP 1.609 801
85 12 505.078 231.928 Sn FP 1.892 797
68 13 629.677 419.527 Zn FP 2.568 917
30 14 933.473 660.323 Al FP 3.376 008
60 15 1234.93 961.78 Ag FP 4.286 420
53 16 1337.33 1064.18 Au FP
17 1357.77 1084.62 Cu FP
TP: Triple Point, G: Gas Thermometer Point, VP: Vapour Pressure Point, MP: Melting Point, FP: Freezing Point
표 3-14 국제온도눈금-1990 에서 정의된 표준온도 고정점
특히 해양분야 수온 관측범위는 -2[℃]~35[℃]로 협소하므로 Hg, H20 및 Ga의 3개 고정점을 실현, 정확도가 0.13 mK의 수온 표준 값을 얻을 수 있다.
t90 = 0.010015 + 250.7140(Wr - 1) + 9.71421(Wr - 1)2
(여기서 백금저항온도계의 온도 저항비 Wr(t90)은 임의의 온도 R(t90)과 물 의 삼중점에서의 저항 R(0.010 ℃) 비, Wr(t90) = R(t90) / R(0.010 ℃)로부 터 얻어진다.)
표준백금저항온도계는 자기가열에 따른 저항변화가 최소가 되도록 전류 를 1 mA 이하로 한다.
물의 삼중점셀의 온도 재현성은 숙련된 전문가에 의해서 0.5 mK까지 가 능하고 해양분야의 온도영역에서는 ITS-90 표준을 1 mK까지 이동시킬 수 있다. 해양분야의 온도 표준기의 교정주기는 적어도 6개월 이하 자주 교정 을 해야 한다. 그렇지 않으면 초정밀 해양장비를 교정하는 동안에 드리프트 가 0.5 mK를 초과할 것이다.
나) 수온분야 해양표준 소급성 유지 체계도
수온분야에 있어서 국제표준과 우리연구원간 해양표준을 통일적으로 일 치시키는 표준 소급성 유지 체계도는 그림 3-23과 같다.