基于微型镓固定点的精密铂电阻温度计原位校准的研究

基于固定点温标传递技术,设计可在镓熔点原位校准的精密铂电阻温度计,并对微型固定点相变温坪特性进行实验分析.实验结果表明:微型镓固定点温坪可持续最大时长为1.2h,温坪在20 min内稳定性优于2.8 mK,复现性优于2.3 mK;微型固定点温坪值与加热温度之间存在线性关系,并且随着加热温度的升高,固定点温坪值越高,通过...     

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。     

基于微型镓基共晶固定点的温度传感器在轨校准方法研究

介绍了微型镓基共晶固定点的灌注工艺和准绝热相变特性测量系统;结合空腔黑体和非近位安装的温度传感器,研究了Ga-Sn和Ga-Zn共晶固定点的相变温坪重复性和Ga固定点的相变温坪长期稳定性;通过特定的热环境下镓及2个镓基共晶固定点三者熔化过程中温度传感器测量到的相变温坪值,对嵌入空腔黑体底部的温度传感器进行校准,其校准结果与实验室常规校准方法得到的结果差异均小于2mK。实验结果表明:在热环境保持不变的条件下,随着相变时间的增加,相变温坪值就越靠近理论上相变物质的熔化温度,即固定点与温度传感器测孔之间的异位温差越小;对于Ga-Sn和Ga-Zn共晶固定点,温度传感器测量到的相变温坪值与加热功率呈线性关系,零功率下的单点校准温度分别为20.352℃和25.187℃。     

Ga-In-Sn微型共晶点相变特性研究

以Ga-In-Sn三元合金为研究对象,研制了可用于现场及在线标定的微型Ga-In-Sn共晶点容器,开展了3种不同配比对相变温度和温坪复现影响的研究。结果表明:3种配比的共晶点温坪可持续1.2~2 h,实验的复现性优于4.5 mK,合成扩展不确定度为9.3 mK(k=2),3种配比的共晶点相变温度平均值为10.748 ℃;在相同热工况下Ga-In-Sn合金发生共晶反应的相变温度不受配比的影响;改变合金熔体的降温速率可改变微型共晶点过冷度。     

便携式锡凝固点复现技术研究

以中国计量科学研究院最新研制的小型锡凝固点装置为基础,开展不同的凝固速率及诱导技术对锡凝固点温坪复现影响的研究,致力于获得适合本装置最优的复现技术.实验结果显示:两支室温下的石英诱导棒分别诱导60s左右,固定点炉温度设置在比温坪值低0.6K,能够获得较理想的温坪曲线,温坪时长约9h,复现性为0.18mk,扩展不确定度1.40mK(k =2)     

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）。     

高精度复现铟凝固点

利用金属外壳密封铟点容器,采用连续热流密度法,高精度复现了铟熔化温坪和凝固温坪。通过线性拟合方法确定铟的液相温度,并将其与凝固温坪最大值之间的差异作为评判铟点容器质量的重要依据。实验结果表明:液相温度和凝固温坪最大值之间的差异在0.27mK范围内一致;距离容器温度计阱底部16cm内垂直温场均匀度为13mK。因此,该金属外壳铟点容器可以满足高精度温度量值传递需求。此外,研究了炉温设定对铟凝固温坪时长及过冷度的影响。     

便携式锡凝固点装置的研制

研制了小尺寸金属壳锡凝固点容器,配合干体炉使用,温度计插入深度为250 mm,锡凝固点复现性为0.22mK,与参考容器的差值小于0.2mK,温坪持续时间16h,复现方法简单,便于携带,满足了短杆铂电阻温度计高精度校准的需求。     

基于准绝热的锌固定点复现装置

ITS-90温标固定点温坪受到诸多方面的影响,温场是其中重要影响因素之一。为提升温场性能弥补漏热造成的影响,借鉴低温固定点中广泛采用的绝热原理,设计基于准绝热的锌固定点装置,温场梯度性能由传统固定点的100 mK提升至20 mK,固定点高纯金属使用量由2.0kg降至200 g。实验结果表明该装置的温坪可持续时间较长,复现性0.1 mK,既能大幅度提升温场性能,同时达到了装置小型化、可重复使用经济实用的目的,又为高纯金属中微量杂质对相变温度的影响评估降低温场因素的干扰提供研究基础。     

溴苯熔点研制及复现方法研究

研制了可用于工业铂电阻温度计现场校准的溴苯熔点.对溴苯过冷度、熔点复现性进行了实验研究,并比较了基于曲线拟合法和切线交点法的两种熔点取值方法,最后对溴苯熔化温坪用于现场校准的实用性进行分析,提出了溴苯熔点的使用建议.实验表明:溴苯凝固前的保温温度越接近其凝固点温度,过冷度越小;溴苯熔化时保温温度越高,升温速率越大,熔化...     

Bi-In-Sn合金熔化温坪优化方法探索

为了提高红外遥感高精度测量水平,研发适用于红外遥感测温范围的次级固定点已成为提高在轨温度标定精度的重要手段.针对红外遥感领域涉及的温度范围(190～350 K),研制了Bi-In-Sn三元合金固定点.为提高三元合金温坪复现水平,采用预熔方法对三元合金固定点进行预处理,分析不同热工况对三元合金温坪的影响,获得适用于该三元...     

Ga-In共晶固定点复现及赋值研究

次级固定点进一步分度温度计应用于温度校准已成为减小温度量值传递不确定度的重要方法.围绕Ga-In二元合金,以高复现水平为目标,详细介绍了大尺寸固定点容器研制、固定点灌注过程,开展了固定点复现性、亚配比剩余镓温坪验证实验研究;采用了切线交点法、均值法、三次多项式拟合法3种相变温度取值方法对Ga-In固定点进行了评价和分析...     

SF6及CO2三相点替代Hg三相点内插方法可行性探究

在不改变90国际温标内插方程形式的基础上,针对83.8058 K到273.16 K温区,分析了六氟化硫(SF6)和二氧化碳(CO2)三相点替代汞(Hg)三相点后,导致的内插方程变化带来的温度偏差以及传播不确定度变化规律.研究结果表明:SF6和CO2三相点替代Hg三相点后,该方程在该温区仍具有适用性;在复现不确定度相同的...     

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。     

Thermodynamic Temperature Measurement to the Indium Point Based on Radiance Comparison

A multi-national project (the EMRP InK project) was completed recently, which successfully determined the thermodynamic temperatures of several of the high-temperature fixed points above the copper point. The National Metrology Institute of Japan contributed to this project with its newly established absolute spectral radiance calibration capability. In the current study, we have extended the range of thermodynamic temperature measurement to below the copper point and measured the thermodynamic temperatures of the indium point (\(T_{90} =\) 429.748 5 \(\hbox {K}\)), tin point (505.078 K), zinc point (692.677 K), aluminum point (933.473 K) and the silver point (1 234.93 K) by radiance comparison against the copper point, with a set of radiation thermometers having center wavelengths ranging from \(0.65\,\upmu \hbox {m}\) to \(1.6\,\upmu \hbox {m}\). The copper-point temperature was measured by the absolute radiation thermometer which was calibrated by radiance method traceable to the electrical substitution cryogenic radiometer. The radiance of the fixed-point blackbodies was measured by standard radiation thermometers whose spectral responsivity and nonlinearity are precisely evaluated, and then the thermodynamic temperatures were determined from radiance ratios to the copper point. The values of \(T-T_{90}\) for the silver-, aluminum-, zinc-, tin- and indium-point cells were determined as ?4 mK (\(U = 104\,\hbox {mK}, k=2\)), ?99 mK (88 mK), ?76 mK (76 mK), ?68 mK (163 mK) and ?42 mK (279 mK), respectively.     

Realization of PLTS-2000 for Low-Temperature Resistance Thermometer Calibration Services Below 650 mK

In this study, the Provisional Low Temperature Scale of 2000 (PLTS-2000) was realized below 650 mK for the purpose of launching low-temperature resistance thermometer calibration services in Japan. A Straty–Adams-type \(^{3}\)He melting pressure thermometer (MPT) and a dilution refrigerator were used to realize the PLTS-2000. Offsets due to hydrostatic pressure head in a filling capillary line of the MPT were adjusted using the minimum pressure fixed point on the \(^{3}\)He melting curve. A rather large MPT hysteresis between the decreasing and increasing pressures was observed during pressure calibration of the MPT and was the main source of uncertainty. The combined standard uncertainty (\(k = 1\)) between 50 mK and 650 mK was estimated to be in the range of 0.40 mK to 2.62 mK. The MPT and a number of resistance thermometers with negative temperature coefficients were mounted on the experimental platform with a thermal connection to a mixing chamber and compared in a multiple-temperature-point calibration. The temperature range around the melting pressure minimum, 250 mK to 400 mK, was not used for the calibration. The expanded uncertainty (\(k = 2\)) in the calibration based on realization of the PLTS-2000 between 50 mK and 650 mK was estimated to be in the range of 0.86 mK to 5.25 mK.