双圆柱声学共鸣法测量水三相点附近热力学温度
热力学温度是确保全球范围内温度测量准确和一致的前提。随着科学研究的不断深入，发现国际温标T90与新的热力学温度T存在一定的偏差，因此有必要获得准确的热力学温度进而对国际温标进行修订。本文作者所在的中国计量科学研究院课题组，于2017年采用圆柱共鸣腔测定玻尔兹曼常数的相对标准不确定度达到 2×10-6，为国际科技数据委员会(Committee On Data For Science And Technology，CODATA)调整值贡献权重。本文作者参与了课题组玻尔兹曼常数测量的研究工作，基于玻尔兹曼常数测量取得的经验，首次采用双圆柱声学共鸣法测量了水三相点附近的热力学温度，主要研究工作如下： （1）搭建了双圆柱共鸣腔测量水三相点附近热力学温度实验系统。共鸣腔可同时进行声学与微波频率的测量；改进了高纯气路和压强测量系统，采用气体流动的方式保证气体纯度，测量10小时腔内压强的波动在±3 Pa以内；改进了温度测量和控制系统，改进了共鸣腔主动控温方法，实现了长达10小时共鸣腔温度稳定性小于±0.2 mK。 （2）测量了在充满高纯氩气双圆柱腔的声学共振频率。确定了双圆柱共鸣腔声学测量模式；分别测量了温度(270~280) K、压强(550~100) kPa 的声学共振频率；改进了低压测量方法，分析了压电陶瓷的激励电压对声学测量的影响，以及气体流动状态相对于气体非流动状态声学共振频率的影响；修正了非理想因素的扰动，得到声学共振频率的相对标准不确定度小于2×10-6。 （3）研究了采用微波谐振测量双圆柱腔体尺寸的方法。分别测量了温度(270~280) K、压强(550~50) kPa 的微波谐振频率；分析了声学测量时压电陶瓷传感器对腔体尺寸测量的影响较小，以及折射率对腔体尺寸测量的影响可忽略；采用多模式拟合法获得不同温度压强腔体的真实尺寸，分析得到腔体长度的拟合值与测量值的相对偏差小于±0.05×10-6。 （4）计算获得了水三相点附近热力学温度与国际温标 ITS-90 温度值的偏差。根据不同工况下声学共振频率和腔体长度通过最小二乘法加权拟合得到理想气体的声速；采用相对法中参考温度为水三相点，获得了 3 个温度点的热力学温度，其中T-T90与国际上采用球形共鸣腔的结果具有良好一致性，为ITS-90国际温标的修订提供不同方法的数据来源。
双圆柱声学共鸣法;声学温度计;热力学温度;气相声速
中国计量大学
硕士
仪器仪表工程
李东升;张金涛
2018
中文
TB942
2019-04-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）