【摘 要】
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热力学温度是国际单位制七个基本单位之一。低温区尤其5K～25K温区的高准确度热力学温度测量,对于前沿科学研究、大科学装置运行和国防安全保障具有重要的战略意义。温度量值溯源系统按照测温准确度从高至低,可依次划分为基准装置、标准装置和工业应用装置。目前,我国尚未建立该温区测温基准装置,更未参与国际温标赋值,严重制约我国的基础研究和科技发展。针对该“卡脖子”问题,本课题组提出了“极低温区定压气体折射率基
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热力学温度是国际单位制七个基本单位之一。低温区尤其5K～25K温区的高准确度热力学温度测量,对于前沿科学研究、大科学装置运行和国防安全保障具有重要的战略意义。温度量值溯源系统按照测温准确度从高至低,可依次划分为基准装置、标准装置和工业应用装置。目前,我国尚未建立该温区测温基准装置,更未参与国际温标赋值,严重制约我国的基础研究和科技发展。针对该“卡脖子”问题,本课题组提出了“极低温区定压气体折射率基准测温新方法”,拟建立我国5～25K温区测温基准及自主可控的温度量值溯源体系。理论上新方法测温标准不确定度可达0.25m K,有望冲击世界最高水平。定压气体折射率基准测温装置主要由低温恒温系统、微波谐振系统和压力控制系统组成。为实现该方法的超高精度热力学测温,需要为其微波测量装置提供高稳定的工作环境（控温精度:＜0.2m K,控压精度:＜4 ppm）以及参考点温度的高精确测量（ITS-90固定点温度复现）。针对基准装置建设中存在的测、控温难题,本文开展了以下研究工作:1.设计和搭建了以脉管制冷机为冷源的低温恒温系统,通过对其性能的分析,揭示了系统内、外部热噪声的传递规律,并通过传递函数法建立了该恒温器控温的数值模型;2.提出了两级联控的控温策略:将核心压力舱上法兰的低精度快速控温、压力腔的慢速高精度控温与热开关相结合,在5K～25K温区实现了0.02m K的超高控温稳定性,优于国际公开报道的最好结果。3.在5K～25K温区,实现了国际温标ITS-90中固定点温度的高精度复现,测温标准不确定度优于0.25m K。在此基础上,在该温区实现了多支基准级温度计的对比,为基准装置进行热力学测温提供了高准确度的参考点。
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