新一代的温度固定点

    1　引　言

    传统的固定点主要用于复现国际温标,分度标准铂电阻温度计,标准热电偶等高准确度的温度计。固定点具有复现性好,准确度高和分度中不需要标准温度计等突出优点。比较法检定需要多次重复测量标准温度计及被检温度计的示值,以减少温度漂移引起的误差。固定点分度,由于其温度恒定不变,且其温度值已知,原则上只需一次读数。但是传统的固定点,装置复杂,价格昂贵,工作效率又低,不适合二级分度。短于450mm的温度计也无法用这些装置分度。至今,极大部分二级温度计和工业温度计都采用比较法进行检定。近些年来,我们改进了实现固定点的技术[1~5]。采用这些新技术后,我们研制了适用于二级及工业检定的新一代固定点装置。

    传统的固定点以追求最小的不确定度为其主要目标,主要用于二级及工业检定的新一代固定点装置,除了保留不确定度较小,复现性好等传统固定点的优点外,使用方便,成本低,效率高和工作可靠也是我们研制的重要目标。这种新一代固定点装置,应能检定各种各样的温度传感器,包括二级铂电阻温度计,各种工业热电阻,各种标准热电偶和工业热电偶,以及热敏电阻温度计等(包括长度较短的温度计)。

    2　小水三相点瓶及其半自动装置

    传统的水三相点瓶需用液氮或干冰冻制冻套,并需用恒温槽或杜瓦瓶保存冻制好的水三相点瓶。为了方便二级及工业检定,我们研制了一套半自动水三相点装置。这套装置可检定长度不短于150mm的温度计。

    装置的核心是一个小尺寸的水三相点瓶,外径为30mm,总长为165mm(图1)。小水三相点瓶的制造工艺和传统的水三相点瓶相同[6]。这套便携式装置高度仅为489mm,重量约为6·6kg(图2)。装置内的半导体制冷器件,可在水三相点瓶内生成固相(冰)。内置程序极大地简化了装置的操作。程序预设了三个温度点:融化工作模式:5℃;冻制工作模式:-4℃;保存工作模式:约为0℃。融化工作模式是备用模式。从前面板上通过按键可进入冻制工作模式,约30分钟后水三相点瓶中的水温降至-4℃。此时装置会发出声响讯号,操作人员此时应将水三相点瓶从装置中取出,轻轻摇晃数次。瓶中处于过冷状态的水会立即开始结冰。细针状冰晶会在数秒钟内均匀地布满整个水三相点瓶。大约5%的水会结成冰。将水三相点瓶放回装置中。通过前面板操作,使装置进入保存工作模式。

    温坪曲线通常持续约30小时,如图3所示。新冻制的水三相点瓶,其平衡温度比定义的水三相点温度约低0·001℃,这是冰晶体中应力所引起的。随着应力的逐渐消失,平衡温度会逐渐上升,并按近于定义的水三相点温度。在水三相点瓶中插入一根室温下的玻璃棒进行内融,可加速这一平衡过程,这样形成的水三相点与传统的水三相点进行过比较,其差值在0·0005℃以内(图4)。