玻璃-水热管热特性的实验研究

研究了中国计量科学研究院研制的四阱玻璃-水热管的热特性.实验结果表明:当水热管在70～100℃的温区内运行时,热管测温计阱内2h温度稳定性及均匀性的技术指标分别为2.8mK和2.2mK.在该温区内,恒温槽温度稳定性和均匀性分别为8.1mK和4.2mK.此外,研究了热管放置方式及浸没深度对热管热特性的影响.     

Rossini型气体热量计非稳态温度场的优化分析

为优化Rossini型气体热量计温度场均匀性以减小测量不确定度,采用多重参考系法(MRF)和标准k-ε湍流模型对Rossini型气体热量计的温度场进行三维瞬态数值模拟,分别得到搅拌器转速、燃烧室高度对量热容器内非稳态温度场的影响,特别是对燃烧室与吸热介质之间热传递的影响以及对吸热介质温度均匀性的影响,同时确定温度传感器的最佳安装位置。结果表明:搅拌器桨叶最佳转速为420 r/min,这时燃烧室壁面与吸热介质之间的传热效率最大,并且吸热介质内监测点温度的标准偏差保持在1.5 mK以内。燃烧室高度减小可以提高吸热介质的温度均匀性,加热阶段中,燃烧室高度从180 mm降低到140 mm时,监测点温度的标准偏差从26 mK降低到7.5 mK。温度传感器的最佳安装位置在燃烧室对称轴及导流筒对称轴的等距线上离壳体底部25 mm处。     

衰荡光腔温度控制研究

研制出一套光腔衰荡光谱中的温度控制系统。首先,设计了内壁带有硅胶加热片的控温箱体,将光腔置于箱体中并模拟内部温度分布;然后,对箱体进行有限元分析及参数化扫描,得到最优化情况下加热片的分布及功率大小,保证光腔通光部分温度的均匀性;根据仿真结果完成实际控温箱体和加热片的加工,以比例积分微分（PID）控制算法为核心,设计包括温度采样模块、控制模块、驱动电路模块等在内的硬件电路系统,开发相应的控制算法,精密控制光腔内部的温度变化,实现衰荡光腔通光部分8 h内温度变化标准差不超过0.01 ℃。     

靶丸材料及氘氚冰层分布对冷冻靶温度场的影响

冷冻靶靶丸氘氚(DT)内冰层均匀性直接影响到惯性约束聚变(ICF)点火成功率,衡量冰层均匀性的重要指标为靶丸表面温度均匀性。本文利用CFD软件对球腔内的温度场与速度场变化进行模拟,包括恒定冷臂温度下的稳态工况和非稳态降温过程,研究了不同烧蚀层材料以及冰层形貌下的冷冻靶丸传热特性和温度场分布。结果表明,高导热性烧蚀层材料对于提高冷冻靶温度场均匀性具有积极作用,当材料的导热系数高于400 W/(m·K)时,该球形冷冻靶靶丸外表面温差已小于0.01 mK。在非稳态降温过程中,比热容和导热系数大的高密度碳(HDC)材料的靶丸外壁面温差比碳氢聚合物靶(CH)靶丸约减少81%。     

硅基微腔光子学测温技术研究进展

硅基微腔光子学测温包括基于热折变效应的协议温度测量以及基于光机谐振原理的热力学温度测量,国际温度咨询委员会（CCT）在2018-2027战略规划中,将硅基微腔光子学测温确定为接触测温新兴技术的主要发展方向。本文简要介绍上述两种测温理论机理,综述近年来美国国家标准与技术研究院（NIST）、欧洲计量合作组织（EURAMET）等发达国家计量院与计量组织在上述领域的研究进展,以及来自于学术界的探索性研究内容;最后介绍中国计量科学研究院在毫开尔文（mK）级微腔光子温度计制备与测试、基于法诺共振的亚mK级分辨力提升方法、基于氮化硅微腔的亚mK级自热温升抑制等研究进展。     

多普勒展宽测温验证实验中的精确控温系统研究

玻尔兹曼常量的定值和温度基本单位开尔文的重新定义将使国际协议温标向热力学温标融合过渡。基于铯原子直接吸收光谱的多普勒展宽测温可实现实用、芯片级热力学温度测量,其实验原理验证依赖高准确度的控温环境。该文搭建面向室温验证范围的恒温腔体,利用制冷循环水浴提供基础温度,使用自研PID程序调控比例-积分控制参数,输出电压动态改变加热功率,采用接触电加热方式实现精确温度调节与稳定。结果表明:在25℃实验条件下,该系统温度均匀性小于8 mK,12 h内稳定性优于0.2 mK,整体控温标准不确定度11.02 mK(k=1)。研究为实现芯片级、在线免校准的热力学温度传感器实验验证奠定一定的基础。     

一种高精度薄膜铂电阻温度计测量迟滞性的研究

为了研究热迟滞性对工业铂电阻温度计测量不确定度的影响,选取了8支高精度铂电阻温度计进行实验。在-50～150℃内,选择3个温度区间,采用两种标准方法(IEC 60751,ASTM E644)测量水三相点(0.01℃)和所选温度范围内的中间点的迟滞性变化。实验结果表明:4支薄膜铂电阻温度计在两种标准方法测量下,随着温度区间跨度增大,热迟滞性影响增大,IEC 60751标准方法测量的热迟滞性最大值为14.2mK,ASTM E644标准方法测量的热迟滞性最大值为20.5mK;选取4支铂丝铂电阻温度计在温度范围为-50～150℃测量时,IEC 60751和ASTM E644标准方法测量的热迟滞性数据最大值分别为1.1mK和0.9mK;铂丝铂电阻温度计热迟滞性明显小于薄膜铂电阻温度计。     

高精度复现银凝固点

建立了包括银点容器、高精度定点炉、微型机炉温群控与数据采集系统和真空充氩系统等在内的整套复现银凝固点的装置。用这套装置分度高温铂电阻温度计的复现性(标准偏差)为±1.3mK。对不同纯度的银样品的液相点温度进行了比较,纯度为99.999％的银的液相点温度比纯度为99.9999％的银低6.8mK,两个不同来源名义纯度均为99.999％的银样品的液相点温度之差小于1mK。用四支温度计考察了银凝固点的长期稳定性,年变化均不超过2.2mK。对银固、液两相平衡温度的压力系数进行了测量,结果为5.8mK/atm。大量实验数据表明,高温铂电阻温度计在银凝固点温度的稳定性很好,现有的高温铂电阻温度计就可以代替铂10％铑-铂热电偶作为实用温标630.74℃以上的内插仪器,其上限至少可达银凝固点。     

新型镓熔点自动复现装置

介绍了中国计量科学研究院新型镓熔点自动复现装置, 该装置的固定点炉采用半导体三段冻制及加热技术实现了镓熔点复现的自动化, 通过精密控温及合理的结构设计获得优良的温度稳定性与均匀性。该装置镓熔点使用当前最新提纯技术的99.999 99%高纯镓金属及完善的灌注技术。实验结果显示, 该固定点装置温坪持续了70 h以上,前20%～80%温坪变化小于0.15 mK,复现性为0.07 mK, 该装置的扩展不确定度为0.36 mK（k=2）。     

三段控温固定点炉复现铝凝固点研究

固定点炉垂直温场均匀性是影响ITS-90国际温标固定点温坪质量的重要因素。为了提高铝凝固温坪的复现水平,设计了三段控温固定点炉,利用金属外壳铝固定点容器,研究了垂直温场均匀性及其影响因素;在此基础上,采用连续热流密度法高精度复现了铝凝固点。实验结果表明:通过调整上部、中部、下部炉温的设置,可改善固定点炉温场均匀性,铝凝固温坪4h内的温度变化在1mK以内;此外,在实验条件下,高纯铝相变的过冷度约为0.14℃。     

检定温度计用精密恒温装置——RTS-30制冷恒温槽

本文所介绍的RTS-30制冷恒温槽以酒精或水为工作介质,使用温度范围为-30℃～+100℃,工作区温场均匀性优于3mK,短期稳定性优于±3mK,长期稳定性优于±5mK。本装置采用了内外绝热良好的结构设计,灵敏、稳定和热惯性小的控温、加热和冷却系     

微型致冷机在温度计量中的应用

本文介绍了用微型致冷机作冷源检定温度传感器的方法与结果。检定传感器时,恒温器温度在30分钟内变化不超过1.5mK。     

用黑体辐射法复现铝凝固点

本文叙述用精密直流光电温度计昨现纯金属铝凝固点的实验装置和实验方法，复现铝凝固点的总不确定度小于50mK，置信度为99%。实验中对3个铝点黑体石墨坩埚容器的凝固温度进行了多次测量，3个容器的铝凝固点温度之差不大于10mK。在8个月的时间内，对同一铝点坩埚容器的铝凝固点温度进行了11次测量，其标准偏差为15mK，长期重复性也很好。     

冷却装置嵌入式数据中心机柜供冷效果研究

针对目前数据中心空调系统在冷量供应环节普遍存在的能耗大、冷却效果差等问题,本文提出将冷却装置嵌入机柜内部以实现对服务器的定量化精确供冷,利用已通过实验验证的CFD仿真平台,研究了冷却装置的排布方式和运行参数对供冷效果的影响。结果表明:当冷却装置位于两排服务器中间时冷却效果最好,温度合格系数为100%,相比于冷却装置位于两排服务器之下的初始结构,标准差和均匀系数均下降了66.67%。在风机的额定风量达到2000 m^3/h后,增大额定风量对冷却效果的提升明显减弱,在2000~2400 m^3/h范围内,平均温度和最高温度的变化量均在0.5℃左右;当风机的额定风压为250 Pa时,机柜的冷却效果最好,标准差和均匀系数最小,分别为0.66℃和0.016;当进风温度由25℃升至29℃时,服务器整体温度提高,但温度均匀性几乎不受影响,标准差和均匀系数的变化幅度最大值分别仅为0.05℃和0.002。     

注射成型工艺对微流控芯片微通道尺寸均匀性的影响

为了制造微通道尺寸均匀的微流控芯片,提出以梯形微通道上宽和深度的标准差来表征尺寸均匀性,研究了注射成型工艺参数对环烯烃类共聚物(COC)微流控芯片微通道尺寸均匀性的影响规律,为工艺参数的设置提供指导。结果表明,工艺参数对微通道上宽的影响较大,上宽标准差的最大极差为3.82μm;对微通道深度影响较小,深度标准差的最大极差为0.61μm。此外,模具温度对微通道尺寸均匀性的影响最显著,模具温度从80℃上升至120℃,微通道尺寸均匀性先略微下降,后逐渐提高,最低上宽标准差为3.24μm,下降幅度为54%。保压压力对微通道尺寸均匀性的影响最小,保压压力从80 MPa增加至120 MPa,微通道的尺寸均匀性逐渐提高,但最大标准差极差仅为1.29μm。     

考虑热传递的真空容腔压力响应研究

针对气动真空系统中容腔的压力响应,以往的经验方法没有研究温度变化带来的影响。而在真空发生器回路的容腔抽吸过程中,容腔内空气温度的变化会对压力响应曲线产生影响。本文围绕真空发生器回路和具有一定容积的抽吸容器,改进经验方法,建立了考虑热传递的真空抽吸模型。为了研究真空抽吸过程中传热系数,使用间接测量法("停止法")测得了容腔内温度的变化量,得出了无量纲努塞尔数随抽吸时间的变化曲线。以等温容器抽吸法获得的真空发生器流量特性为基础,使用定努塞尔数传热模型对真空容腔压力响应进行了仿真。通过比较仿真和实验结果可知,考虑热传递的真空容腔压力响应模型能较好地表示真空容腔内压力的变化。     

新型高温铂电阻温度计的研究 Ⅱ、试验研究

对研制成功的片状骨架结构高温铂电阻温度计进行了持续四年的试验研究。试验结果表明这种温度计的各种性能都很好,并突破了国外一些长期没有解决的技术难关。在1100℃退火,平均每百小时R_0的变化换算为温度约为1mK,快速热循环后(经中温补充退火)R_0的变化换算为温度也不超过1mK。温度计具有良好的抗震性能和热性能。在1064℃时的绝缘泄漏电阻大于27MΩ。石英套管的析晶问题已基本解决。     

温控仪PID参数对钠钾合金热管校准炉性能的影响

钠钾合金热管校准炉利用钠钾合金热管提供均匀、稳定的温场校准温度计。在研究钠钾合金热管校准炉热特性过程中,发现：温控仪PID参数显著影响钠钾合金热管校准炉的性能。因此,寻求合适的PID参数是研究钠钾合金热管校准炉性能的重要环节。在试凑法确定PID参数基础上,通过人工调整参数的方法,确定合适的控制参数。实验结果表明：钠钾合金热管在约200℃和400℃分别运行时,若PID参数不合适,钠钾合金热管校准炉内温度稳定性不理想;优化PID参数后,钠钾合金热管校准炉在7个小时内温度稳定性为±4mK。。     

铂-钯热电偶的均匀性及稳定性实验

本文着重描述了对一种新型热电偶———铂 -钯热电偶的主要热电性能即均匀性与稳定性的研究。其结果此热电偶的不均匀性不大于 10mK ,在 96 0℃下放置 2 30小时漂移不大于 71mK。     

汞三相点自动复现装置在海洋温度计量中的应用

汞三相点(-38. 8344℃)是ITS-90国际温标重要的定义固定点之一。为提高汞三相点复现水平,实现-38. 8344～29. 7646℃海水温度的高精度测量,满足海水温度校准需求,开展了汞三相点研究。本文介绍了金属外壳的汞三相点容器及热管自动复现装置、汞三相点的复现过程及测量结果。实验结果表明:热管汞点复现装置可高精度复现汞三相点。采用测量精度为0. 2×10~(-6)的1594A测温电桥时熔化温坪稳定后19小时温度变化小于0. 2mK。采用测量精度为0. 02×10~(-6)的6622A-XPS测温电桥时,18小时内的汞点熔化温坪变化小于0. 1mK。因此,汞点复现水平与测量电桥的精度有关。