中国计量科学研究首次实现辐射法测量热力学温度

中国计量科学研究院承担的国家"十一五"科技支撑计划重点项目"以量子物理为基础的现代计量基准研究"中《辐射法测量热力学温度研究》通过了验收。该课题通过对金属——碳高温热力学温度的研究,在国内首次实现辐射法测量热力学温     

辐射测温学研究进展

系统介绍了近年来辐射测淡不巫基础研究到应用研究的４个研究方向：热力学温度绝对测量，１ＴＳ－９０国际温标复现与比对，辐射法真温测量和应用技术研究，并针对辐射测温学的前沿课题提出了适宜于我国的研究方向。     

推动开尔文复现重大变革的高温新量值体系研究

介绍中国计量科学研究院在辐射法热力学温度测量、新型高温固定点和国际温标高温基准三个研究方向历时10余年的研究取得的成果、创新点,代表我国在高温固定点国际联合研究及热力学温度联合赋值中做出的贡献。项目推动了高温热力学温度的原级法复现和基于高温固定点的内插法复现首次进入温度的国际量值复现体系。     

孔径光阑对辐射源尺寸效应（SSE）的影响研究

辐射源尺寸效应（SSE）是辐射测温的重要不确定度来源,本文设计了辐射温度计实验测试装置,在理论分析的基础上通过改变孔径光阑设置,研究辐射温度计SSE的变化。孔径适宜的孔径光阑在光轴任意位置都能起到限制接收立体角的作用,但实验表明设置在会聚透镜之后的SSE明显小于其他位置。本实验研究结果可为辐射温度计和绝对辐射法热力学温度测量的SSE优化设计提供参考依据。     

噪声法测量热力学温度研究

噪声法是目前国际计量界采用的测量热力学温度的3种方法中的一种,目前只有少数几个国家计量实验室建有计量级的噪声温度计.介绍了中国计量科学研究院开展的噪声法测温新研究,及测量镓熔化点热力学温度的工作.新噪声温度计采用了相关法结构,参考点为水三相点.电子测量系统与当前国外计量级噪声温度计的基本一致,但对前置放大器的性能和开关的结构做了改善.采用新研制的噪声温度计测量了镓熔化点的热力学温度,测量积分时间210 h,测量得到的镓熔化点热力学温度302.9176 K,标准合成不确定度8.9 mK.通过分析测量结果值可知,新噪声温度计测量积分时间达到1750 h,可以将标准合成不确定度减小到3 mK.     

Pd-C和Ru-C固定点的热力学和ITS-90温度测量

报告了中国计量科学研究院在参与高温固定点热力学温度国际联合研究后对Pd-C和Ru-C两个新高温固定点的研究成果,为Pd-C(1492℃)和Ru-C(1953℃)设计了两种类型坩埚,可用于校准辐射温度计和高温热电偶.Pd-C和Ru-C的国际温标值(T90)是由固定点-基准高温计外推测量,热力学温度(T)则利用精密光电高温...     

基准声学温度计的研究进展

热力学温度是一切温度测量(包括国际实用温标)的基准,是国际上公认的最基本的温度.声学温度计是测量中低温区热力学温度精度最高的方法之一,也是定容理想气体温度计最有效的替代方法之一.综述了声学温度计测量热力学温度的研究进展,分析了目前建立声学温度计的最主要方法-球共鸣声学法的测量原理及其进展,并对声学温度计的未来发展进行了展望.     

单圆柱微波谐振法测量热力学温度的研究

利用氩气的量子力学“从头算”理论和相关实验测量结果,基于圆柱微波谐振法建立了气体折射率热力学温度计实验系统,测量了253~303 K范围内的热力学温度。通过测量圆柱微波谐振腔内4个横磁模式的微波谐振频率,获得了氩气在700 kPa附近的气体折射率,不同微波模式得到的氩气折射率一致性优于1×10^-8,进一步结合氩气的维里状态方程得到热力学温度。热力学温度T和ITS-90国际温标T90差异不确定度为11.6 mK,与国际温度咨询委员会的评估值具有良好的一致性。未来随着氩气理论计算和实验系统压力测量不确定度的深入研究,该方法测定热力学温度的不确定度会进一步改善。     

绝对辐射温度计杂散光抑制的仿真分析

绝对辐射温度计可用于高温段热力学温度测量,其滤光片辐射计所接收的信号十分微弱,杂散光将会对实验结果产生一定影响.使用基于蒙特卡罗法的光线追迹模拟软件Trace Pro建立模型进行仿真测试,可以得到因内壁多次反射而产生的杂散光情况.通过安装挡光板和使用高吸收率涂层等方式,可对杂散光进行抑制.本文为减小绝对辐射温度计多次反射杂散光提供了解决思路,并给出了相应的模拟结果.     

基于噪声温度计的铟凝固点热力学温度研究

热力学温度研究表明,国际温标ITS-90定义的一系列固定点与真实热力学温度有一定差异。以量子电压标定的噪声温度计为基础,设计了用于铟凝固点测量的温度探测装置,解决了高温复杂环境下电磁干扰的抑制问题。实验采用研制的噪声温度计系统测量了铟凝固点的热力学温度,测量积分时间100h,在20～500kHz的测量带宽内得到的铟凝固点热力学温度为429.7476K,相对不确定度为11.58×10^-6,与ITS-90给出的铟凝固点值相差0.9mK。实验结果可以为国际温标的修订提供参考。     

测量理想气体状态下单原子分子输运性质的双毛细管黏度计研究

热力学温度是客观世界真实的温度,是制定国际温标的基础,目前声学基准测温法是测量中低温区热力学温度不确定度最小的方法,中国计量科学研究院采用圆柱型定程共鸣腔建立了声学温度计,但是圆柱型共鸣腔的热边界层和黏性边界层修正是影响这种测量方法最主要因素之一,而决定边界层修正的参数是理想气体状态下气体工质的输运性质(黏度和导热系数).双毛细管黏度计测量气体介质黏度和导热系数具有很高的准确性,该方法结合了基准毛细管黏度计和量子化“从头算”的优势,可以有效地降低毛细管基准黏度计的测量不确定度与温度的依赖关系.本文介绍了作者在中国计量科学研究院开展的双毛细管黏度计测量氩气输运性质的研究,测量温度范围为240 ～400 K,测量相对标准不确定度为0.083％.     

建立高温温标的基本理论和方法

高温温标建立的理论基础是光测高温学。该理论用普朗克公式将热学量的温度与辐射量的光谱辐射亮度联系起来。普朗克公式为:E_(bλ)(T)=C_1λ~(-5)(e~(C_2/(λT)-1))~(-1) (1)式中:E_(bλ)(T)-绝对黑体在热力学温度T及波长为λ时的单色辐射亮度。 C_1、C_2-分别为第一、第二辐射常数,C_2=0.014388m.K. 从式(1)可知,若测定出E_(bλ)(T),则黑体的热力学温度T即可确定。但E_(bλ)(T)的绝对测量是较困难的,而且不易准确。为此,     

实用氦气声学温度计初步研究

对高温气冷堆堆芯温度的可靠测量是目前的技术难题之一。传统温度计依靠实验室标定的材料特性与温度的关系进行测温,然而,长期暴露在高温、高辐照环境中,其测温材料的性质会发生改变且得不到及时校准,温度传感器易发生漂移甚至失效。气体声学温度计通过测量单原子气体的声速可以直接获得热力学温度;由于气冷堆内氦气介质相对稳定,利用氦气声速获得温度具有较高的可靠性。针对实用氦气声学温度计开展了初步研究,基于圆柱声学共鸣法设计了实用声学温度计测试系统,采用声波导管声学传感器测量了488 K至806 K圆柱共鸣腔内氦气的声学共振频率,修正了热边界层和粘性边界层的影响;基于量子力学从头算得到的氦气声学维里状态方程,获得了热力学温度。对氦气共振频率的测量相对标准偏差小于0. 07%,温度测量的信噪比可满足需求,声学温度计与热电偶测温结果差异小于1%。研究结果为未来持续开展极端环境下气体声学温度计的应用研究提供了支持。     

置换法气体小流量标准装置能力验证

找到了置换法气体小流量标准装置的主要不确定度来源,设计了利用电子分析天平验证气体小流量标准装置的测量气体质量能力的方法,解决了高准确度气体流量装置验证没有稳定被测对象的难题。实验表明：二台装置比对结果符合JJF 1033-2008的要求,证实了置换法气体小流量标准装置通过测量流入气囊内气体体积V、压力p和热力学温度T,用气体状态方程计算出气体质量m的方法可行。     

基于表面振动法的柴油机辐射噪声测量和分析

以4120SG柴油机为研究对象，提出基于激光测振的表面振动法测量柴油机辐射噪声。重点讨论了结构辐射系数的确定及其影响因素，提出了不同结构部件计算辐射系数的方法。利用表面振动法计算了柴油机主要部件的声功率，识别了主要噪声源。通过与噪声测量结果的对比，验证了方法的准确性。     

上海市科学技术进步一等奖——定点辐射系统(金属凝固点黑体系列)介绍

在国际温标中,温度固定点的精确测量是其最基本的技术要素,在精确测量固定点热力学温度的诸方法中,辐射法即定点辐射系统是一个准确度很高,复现性非常好的辐射温度,热辐射功率及光辐照度的高水平标定和校准系统,在对标准光电高温计的校验和标定、传递温度量值,光辐照度的高水平传递以及黑体发射率的精确测定等方面已获广泛应用。因而,近几十年来已成为该领域研究的前沿和热点之一,在国际温标界受到越来越大的重视。 定点辐射系统的核心科学问题是金属固     

表面振速法在干式变压器噪声测量中的应用

变压器是变电站的主要噪声源,由于变电站实际声学环境的限制,传统的声压法和声强法已不能满足测量精度要求,而振速法是基于声振耦合建立结构表面振动和噪声的关系,不受现场环境的影响,因此研究振速法在电力变压器噪声测量中的应用具有一定的实际意义。根据结构声辐射理论推导有限平面结构的表面声辐射计算方法,通过测量干式变压器的表面振动量级和测量其声功率级,以实验的方法求得干式变压器的声辐射比。着重分析了从测量表面振动来估计干式变压器的噪声的可行性。     

红外体温测量的辐射温度溯源系统通过鉴定

2006年12月22日，受国家质检总局委托，中国计量科学研究院主持召开了“红外体温测量的辐射温度溯源系统”课题专家鉴定会。鉴定委员会由清华大学朱德忠教授等8位专家组成，专家们审查了课题组提交的红外体温测量的辐射温度溯源系统研究、测试报告、查新报告等技术材料，听取了课题负责人段宇宁博士代表课题组做的课题研究报告，并现场参观了该计量基准装置演示。     

煤油燃气温度的测量方法研究

在全面分析煤油燃气辐射特性的基础上，结合煤油燃气的具体特点，提出了适合于测量煤油燃气温度的辐射测量方法[4]，并且建立了辐射测温系统，通过对煤油燃气温度的实际测量，验证了辐射测温法测量燃气温度的可行性。     

实验测量声辐射模态

通过实验方法测量得到振动结构的声辐射模态及其辐射效率。首先通过辐射算子分析任意结构的声辐射模态,然后根据互换原理,在远场布置声源,通过测量结构表面声压,得到辐射算子。最后以一平面玻璃板为例进行实验研究,通过互换方法测量了前5阶声辐射模态和对应的辐射效率。实验结果表明通过互换方法测量声辐射模态是可行的。