聲波導管聲學傳感器應用于高溫環(huán)境的探索研究.pdf

1、熱力學溫度是七個基本物理量之一,其單位為開爾文(K),表征了客觀真實溫度,是物質(zhì)熱運動能的標度,然而國際溫標(ITS)是對熱力學溫度的逼近,在某些溫區(qū)與真實值存在偏差,因此準確獲得熱力學溫度是制定或修改國際溫標的基礎。目前,在所有熱力學溫度測量的基準方法中,聲學共鳴法是測量不確定度最小的,因此,利用此方法獲得的熱力學溫度值是將來國際溫標修訂時主要的數(shù)據(jù)來源之一。近年來,在國家支撐課題和國家自然科學基金等科研經(jīng)費的支持下,計量院研究小組,

2、采用雙圓柱聲學共鳴法對玻爾茲曼常數(shù)進行了重新定義,研究水平居于世界前列。作者在參與此研究和常溫區(qū)熱力學溫度實驗研究的同時,在室溫環(huán)境下對聲波導管聲學傳感器相關特性進行了實驗,隨后在高溫環(huán)境下對其聲學頻率測量進行了探索性地研究。
　　聲學共鳴法測量熱力學溫度的關鍵技術之一是腔體內(nèi)的聲學共鳴頻率和微波共鳴頻率的測量,因為依據(jù)氣體聲速與溫度的關系可知,通過頻率測量能得到熱力學溫度。目前市場上的聲學傳感器可適用的溫度范圍非常有限,無法滿足

3、高溫測量的需求,因此,開展高溫聲學溫度計的研究,首先要解決的問題是對可用于測量高溫區(qū)聲學傳感器的研制。
　　論文對所開展的“聲波導管聲學傳感器應用于高溫環(huán)境的探索研究”進行了總結(jié)。第一,總結(jié)了定程圓柱聲學共鳴法測量熱力學溫度的相關原理;第二,在圓柱共鳴腔中利用聲波導管對聲學共振頻率的響應特性進行了研究,結(jié)合已有的理論工作基礎,對腔體非理想因素展開研究,并對不同內(nèi)徑導管帶來的聲波衰減和聲場擾動進行了詳細分析;第三,建立了高純氣路和真

4、空系統(tǒng)、壓力測量控制系統(tǒng)、高溫系統(tǒng)、聲學測量系統(tǒng);第四,利用Labview軟件,編制了壓力、溫度及頻率測量程序,對實驗過程中的數(shù)據(jù)采集和相關控制實現(xiàn)了無人值守和自動完成;第五,開展了溫度在400K~900K附近的實驗測試,獲得聲學共振頻率以及信噪比,結(jié)果顯示,在337K、600K、673K、773K和873K附近,對單一模式共振頻率進行測量時,都存在頻率隨機偏差(分辨率)優(yōu)于10×10-6的情況,為今后進一步研究高溫度區(qū)熱力學溫度建立了