工质相变对低温谐振腔声速测量的影响分析

声学气体温度计是通过精确测量球型谐振腔内的气相声速,确定热力学温度应用最为广泛的计量器具。气体工质的相变是低温区声学气体温度计高精度测量系统不确定度的主要来源。本文基于热粘性流体动力学、热力学相变和理论声学基本方程,推导了气液混合工质对声速测量的影响公式,建立了声波波数计算模型,并进行了数值计算仿真和实例验证。拟合结果显示,气液混合物对于声速测量值的相对扰动不确定度0. 03 ppm,满足声速测量的要求。随着压强的增大,偏移量呈现缓慢减小的趋势,其中扰动值变化量分别在5. 4、3. 3 kHz时达到最大和最小。该方法计算结果精度较高,验证了其可行性。     

声学气体温度计测量不确定度分析

声学气体温度计(AGT)是当前测量热力学温度最精确和应用最广泛的计量器具。该方法通过测量声学共鸣腔内的气相声速确定热力学温度,进而得到玻尔兹曼常数,从而实现国际温标开尔文的重新定义。声学气体温度计测量的关键技术包括气体纯度、腔体体积、声波及微波频率的测量。针对当前的研究成果,本文综述了其主要不确定度来源分析,并对未来低温区的精确测量做了展望。     

低温球型共鸣腔声场分析与共振频率偏移计算

共振频率的偏移是利用声学温度计测量气相声速、进而精确测定热力学温度最主要的不确定度来源之一.为提高测温精度,基于声学微扰理论,分析了入射声波传感器激励作用下低温球型共鸣腔声场的组成,推导了因腔体做弹性振动造成的共振频率偏移表达式.研究了(0,1)到(0,6)的径向共振模态下,腔体半径与共振频率偏移量的关系曲线,结果显示在50～120mm内径范围内的腔体,共振频率偏移量随内径的增大,呈先减后增再减的趋势.根据计算结果,拟合了激励声波与共振频率偏移量的关系曲线,拟合结果与文献值吻合度较高,证实了计算方法的可行性.     

低温气体声学温度计测量原理与实验系统研制

热力学温度是温度测量的基准,应用气体声学温度计测量热力学温度是目前应用最广泛和测量最精确的方法之一。本文基于国内对于低温标准的需求,针对低温温度的精密测量,分析了采用球形谐振腔的气体声学温度计测量原理,并对谐振腔进行了静力学特性仿真模拟。在综合考虑降低非理想因素扰动的基础上,研制了一套在液氦温区4.2～20 K、利用脉冲管制冷机冷却的气体声学温度计实验系统,该系统将用于高精度低温温度测量实验以及气体工质的热物性研究。