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气体温度计

气体温度计是一种利用一定质量的气体作为工作物质的温度计。用气体温度计来体现理想气体温标为标准温标。用气体温度计所测得的温度和热力学温度相吻合。气体温度计是在容器里装有氢或氮气(多用氢气或氦气作测温物质,因为氢气和氦气的液化温度很低,接近于绝对零度,故它的测温范围很广,这种温度计精确度很高,多用于精密测量)。

用气体温度计来体现理想气体温标为标准温标。用气体温度计所测得的温度和热力学温度相吻合。气体温度计是在容器里装有氢或氮气(多用氢气或氦气作测温物质,因为氢气和氦气的液化温度很低,接近于绝对零度,故它的测温范围很广,这种温度计精确度很高,多用于精密测量)。它们的性质可外推到理想气体。这种温度计有两种类型:定容气体温度计和定压气体温度计。定容气体温度计是气体的体积保持不变,压强随温度改变。定压气体温度计是气体的压强保持不变,体积随温度改变 [1]

温度计的基本原理是一切互为热平衡的系统都具有相同的温度值,温度的测量是间接测量,其依据是物体的温度发生变化时,物体的许多属性都相应地发生变化,所以可以通过温度计系统表征某一属性的状态参量标志出它的温度值。即选择一特定物质的某一随温度变化的属性来标志温度。气体温度计是应用理想气体热胀冷缩的特性来测量温度的。实际气体在温度不太低、压强不太大的情况下可视为理想气体 [2]

图1为器件的结构图。

外壳a、凹腔型谐振器n、膜片d以及4.39 mL的3氦气体容积e,都是由高导无氧铜做成的。把它们压在一起,用氦弧焊牢。最后,在<10-2Pa (10-4 mmHg)的压力下,在1000℃的温度中,真空退火5h。当由1000℃的退火冷却下来时,注意保证在气体容积中保持上述真空度。用在77K的分子筛捕集器中净化过的3氦气充人到气体容积之中,使其在室温下压力为8x10Pa(600mm/Hg)。接着,气体容积用夹焊密封。

微型同轴电缆P、电路的各部件j、k和l以及连接导线放在适当的位置上,并用阿克姆(Acme)化学制品及绝缘材料公司生产的E型粘结剂3021和银环氧树脂固定。大部分部件组装时,使用千燥箱,使感温元件的内表面在空气中的暴露程度减到最小。一条薄的黄铜带m把隧道二极管接到凹腔型谐振器的中心柱上。此处如使用导电性差的导体,在频率高达4.6GHz时,振荡器产生寄生振荡。连接的黄铜带还必须在机械上是软质的,使对应变敏感的内部免受电路和外壁应力的影响。薄环形支撑壁是用来最大限度地隔绝应力的,而在低温下,仍能保持电路高度的刚性和小的热时间常数 [3]

通常所用特定测温物质的特定测温属性建立的温标统称为经验温标一般地说,按同一种标度法但用不同种测温参量或同一种物质的不同测温参量,所建立的不同经验温标制成的不同温度计,去测量同一平衡态的温度时,除了规定的标准温度点有相同的温度值外,对其他平衡态测出的温度并不严格一致。这种差异的出现,是因为不同物质的不同属性随温度变化的关系并不相同,因此当我们规定某一测温属性随温度做线性变化而建立起某种经验温标后,再用按这种温标做成的温度计去测量其他测温属性随温度的变化关系,它就一般不再是线性的了,标度标准温度点的条件发生变化也会导致误差 [2]

由于确认锗电阻温度计不适用于40 K以下,于是就研究了小型定容气体温度计用作。0.5-40K之间的温度副基准的可能性。试验器件使用一个462MHz的隧道二极管的LC振荡器来感侧密封的“氦气体容器壁的运动。振荡器是通过把器件与处于室温的测量仪器连接起来的同轴电缆由恒定直流电流来驱动的。将从器件来的微弱的(86dBm)462MHz的射频输出信号放大,并测定其频率。在无机械振动噪声,以及温度和直流偏流不变的情况下,这些振荡器的频率噪声在1s的测量时间内,可低到0.4Hz的有效值 [1]

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