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2011年，当中国计量科学研究院将玻尔兹曼常数测量推进至目前国际上四个最高准确度的测量结果之一时，中国在参与温度单位开尔文的再定义与国际温标赋值等方面的基础研究领域取得了里程碑式的进展。
那么，是什么催生了这样的蝉变？
在采访中国计量科学研究院张金涛研究员的过程中，答案慢慢浮出水面：一个智于思、慧于行的科研团队，能将全部力量自由运筹于科研战场之上，世人眼里的科研神话，对他们而言，更像是铁杵磨针、水到渠成的平实演绎。
敢为天下先
玻尔兹曼常数是国际计量委员会建议用来定义热力学温度单位开尔文(K)的自然基本常数。准确绝对地测量玻尔兹曼常数，使其不确定度达到新定义可以接受的水平，多年来一直是国际计量界面临的极大挑战。在美国、英国、法国等发达国家计量研究院流行于采用球形或准球形声学共鸣法测定玻尔兹曼常数时，张金涛研究员带领课题组另辟蹊径，独立地开展了定程圆柱声学共鸣法测定玻尔兹曼常数的研究。
记者：您能给我们简单介绍一下“玻尔兹曼常数重新定义”这个课题和目前国内外的研究成果吗？
张金涛：国际计量委员会提议并已批准，未来七个基本单位将定义在自然基本常数上。其中时间和长度单位已被定义在自然基本常数上了。但是，热力学温度单位开尔文目前还定义在水三相点上，受到水的物理化学性质影响，未来将被定义在玻尔兹曼常数kB这个自然基本常数上，使得热力学温度单位开尔文完全不依赖于具体物质的性质。
为了使得新定义对现有热力学温标造成的冲击降低到最低，国际计量委员会温度咨询委员会，要求采用三种以上独立的基准方法，在水三相点上基于当前科学知识和技术所能达到极限能力，对KB进行最准确地测定，即重新定义KB。声学共鸣法是目前已知的具有最高准确度的测量kB的基准方法。基本常数的绝对测量，是基于某个包含该常数的基本物理关系式，采用当今测量技术所能达到的极限能力，对该常数所涉及的每个物理参数进行最准确测量；然而任何真实物理过程，只是基本物理关系式所代表的理想物理模型的逼近，因此绝对测量一个基本常数，必然需要对造成真实物理过程偏离理想物理模型的每种因素（称为非理想因素）的作用有充分的刻画了解，并给予准确的修正和扣除。鉴于声学共鸣法准确测定kB所具有的极大的技术挑战，目前测量相对标准不确定度接近1×10－6的研究机构只有美国国家标准技术研究院、法国国家计量院、英国国家物理实验室、意大利国家计量院和中国计量科学研究院。
近年来，我们课题组在国家科技支撑项目的支持下，开展了独创的定程圆柱形声学共鸣法重新定义KB的研究。第一阶段的实验研究，获得的KB值与国际科技基本常数委员会公布的当前参考值的相对偏差为0.12×10－6，是国际上已有的4个最好测量结果之一，也是我国首次实现的最精密的kB测量。在此，非常感谢国内外合作伙伴对我们的支持与帮助。
记者：您带领的课题组在国际上独立提出了采用定程圆柱声学共鸣法确定玻尔兹曼常数，能给我们简单介绍一下这种方法吗？
张金涛：声学共鸣法测定KB，美、英、法、意国家计量都采用球形或准球形共鸣腔，我们是唯一提出采用定程圆柱形共鸣腔的实验室。定程圆柱声学共鸣涉及的能量耗散模式不同于球形或准球形共鸣（球形和准球形共鸣法所采用的非缔合模式是一样的、非理想扰动机理和修正也是一样的），选择这种方法使我们的工作具有相当的独立性。因此，我们的结果与美英法意结果的相互印证，对发现某种方法可能存在的系统误差具有重要的意义，符合国际温度咨询委员会提出的三种以上独立方法验证的要求。采用定程圆柱声学共鸣法的技术难点在于：首先是圆柱形共鸣腔的品质因素比较球形低，球形是一个对称的形状，而圆柱并非完全对称，圆柱形声学共鸣法所涉及的非理想扰动的因素更多、更大。球形声学共鸣法测定KB的研究已开展了近三十年，对其非理想因素已有充分的认识，而定程圆柱形声学共鸣法是首次采用，没有先行研究可参考。因此，我们研究的困难就在于，需要对每种可能的微小非理想因素扰动进行深入的理论分析和实验研究，对它们的作用机理和影响有充分的了解。比方说圆柱共鸣腔上很小进气导管，其内部有气体，即使共鸣腔体很大、导管腔体很小，但是导管内部的气体仍然会耗散共鸣腔气体共鸣的能量，扰动声学共鸣。我们就和美国国家标准技术研究院合作，对这个问题做了深入的理论和实验分析，所获得的结果也被英法意同行用于球形腔测量的修正。还有，为达到百万分之一水平的测量不确定度，必须充分地了解共鸣腔内0.7克工作气体的声学共鸣引起的20公斤金属腔壳体的径向和轴向拉伸运动；腔体端盖虽然很厚实，被螺栓拧死，我们也必须认识它们随气体的运动；气体运动产生的腔体和其固定基座的来回反冲运动也必须被清楚地刻画。声学共鸣法测定KB所依据的是理想气体热力学温度和其声学间的热力学理论关系。实际气体非理想气体，具有粘性。因此，必须充分地了解实际气体粘性所产生的各种偏离理想气体的影响。再比如，我们还在设备上装了压电陶瓷传感器，让它激励声波在定程圆柱共鸣腔体内产生声共鸣，就相当于麦克风。传感器装上去的时候，也会产生影响，它会让几何形状发生变形。一个完整的端盖装传感器得打个小孔进去形成一个薄膜，那个时候就破坏了原来整体的几何结构，这个影响也要研究清楚。
记者：我们知道，课题组还在国际上首次提出了双圆柱玻尔兹曼常数测量方法，该方法有什么特点？
张金涛：针对我们发现的单圆柱研究中难以解决的问题，如端盖运动对测量频率的扰动不能被准确地刻画和修正，在研究掌握了端盖运动机理的基础上，我们提出了双圆柱方法，其思想是双倍圆柱的非缔合声学共鸣模式具有共鸣频率相等的特性，从原理上讲，可以通过相减的方法，完全消除端盖运动产生的对共鸣频率的扰动效应。
2010年我们发表了第一个单圆柱kB测定结果，该结果被国际温度计量界广泛接受，成为中国计量科学研究院基本常数重新定义研究的重要标志。我们最新的单圆柱结果和双圆柱结果，都比以前有了明显的改善，预计到2013年夏季，国际计量界kB重新定义研究介绍前，单圆柱方法测量不确定度能够达到百万分之三的水平，双圆柱方法测量不确定度能够达到小于百万分之二的水平，使得我们的结果在国际计量委员会重新定义kB的数值中，有重要的权重。 压力下的突围
创新之路，一开始就遭遇了重重障碍，在这种情况下，张金涛和他的“士兵”们并未退缩，而是扎扎实实地下起了“兵来将挡、水来土掩”的苦功夫。由此，两项创新成果应运而生：先是在国际上首次采用压电陶瓷传感器替换电容式麦克风用于声学共鸣频率测量，将测量信噪比提高了一个数量级；继而在国际上首次建立了激光双波长干涉法圆柱声学共鸣腔体长度绝对测量系统。
记者：遇到困难的时候，课题组是通过什么方法克服的呢？
张金涛：任何基本常数的最高准确度测量，是对所掌握知识和先进测量技术的挑战，创新是克服研究瓶颈的关键途径。其实，在这一点上，我们的体会还是很深的。
记者：请您具体谈一谈。
张金涛：好的。在实践中，我们有如下几个经验体会，首先要与该领域最前沿的顶级的科学家建立合作研究关系，其好处是借助他，我们往最前沿赶路的途中，始终都能对前沿有清楚的了解，并对路途上要碰到的困难和解决方法有比较完备的了解。2007年前，我们还是声学共鸣法的门外汉，只是了解国内有几个大学采用声学共鸣法开展气体工质声速测量和热力学关系的研究，所达到的测量不确定度在万分之一，不分析修正影响低于万分之一水平的扰动。而当时玻尔兹曼常数测量的最好结果是美国国家标准技术研究院Moldover博士所获得的，测量不确定度为百万分之一点八。打个形象的比喻，Moldover博士和英法等几个实验室站在山顶上，我们在山下。我们正在寻求上山的路，力图尽快达到山顶。我们可以有三种选择，一是自己找路，可能走的是盘山路或原地打转；二是和国内的某个大学合作，沿着他们在山底的路，找上山的路，仍然有可能原地打转；三是与山顶的人建立联系，请他们告诉我们他们上山的路，并告诉我们从山顶上看，我们上山是否有更捷径的路。显然，山顶上的人比山底的人更清楚怎样上到山顶，少走弯路。我们选择了与最顶上的人建立联系，即与Moldover博士建立合作研究关系，请他和他的同事在山顶上对我们找的一条新路进行指引。同时，也与清华大学段远源教授的流体热物性实验室建立合作关系，先登上他的平台，并请他在后面推一把。这样的选择是我们快速登顶的关键。这种合作，使得我们在最短的时间里，掌握了解了要达到最好结果所需要的知识和关键技术诀窍。
其次，在最先进知识和技术的基础上，结合国内的实际技术能力，力求创新，突破一些关键技术瓶颈，使得我们的研究在国内所具备的实际技术能力的基础上，能够更进一步、更具特点。比如，我们独立于国外同行的球形或准球形方案，选择采用定程圆柱声学共鸣腔。出发点是圆柱几何结构简单，对机械加工的要求比球形的低，我国高精密机械加工能力有限，而圆柱可以采用手工研磨满足我们尺度公差等苛刻要求。但圆柱形共鸣腔有其声学品质因素低的固有缺点，使得信号弱，对物理理想模型的偏离大，非理想因素影响大。针对这个问题，我们团队的林鸿博士，采用一种新的声激发技术，在保持同样的响应线性度的情况下，使得信噪比较国外广泛采用的技术提供了一个数量级，弥补了信号弱的缺陷。
玻尔兹曼常数上的再出发
在玻尔兹曼常数测量研究取得了突破性进展，掌握了该领域最前沿的知识和最先进的技术，使得课题组能够深入广泛地开展温度计量基础前沿研究，以及解决一些工业领域关键温度测量问题。
记者：您曾提及后玻尔兹曼常数项目是课题组下一步的攻关目标，能否给我们简单介绍一下？
张金涛：后玻尔兹曼常数项目其实在欧洲已经启动了，这是一个三年的计划，由欧盟的几个发达国家计量院来牵头，目的是为国际温标修订，在比较宽的温度范围内，基于最先进的基准温度计，提供热力学温度准确测量，温度范围从1mK到3000k，这是国际基准热力学温度测量前所未有的温度范围。我们被邀请作为非欧盟资助方。我们将采用双圆柱微波干涉法参与该项目。双圆柱微波干涉法是团队的年轻骨干林鸿博士在掌握了声学共鸣和微波干涉的原理和先进测量技术的基础上，在国际上独自提出新方法，摆脱了单微波干涉腔体测量热力学温度需要准确确定腔体气体介质绝对压力的难题。我们将采用该一方法，贡献77K至500K的热力学温度测量值。初步实验结果显示，其测量不确定度能够达到声学共鸣法的最好水平。
微波干涉法还能形成热力学压力基准，该想法是美国NIST的合作伙伴提出的。现有压力基准都是基于纯力学方法，对质量砝码称重，产生绝对压力值。而热力学压力基准是利用气体介电常数的热力学关系，通过准确测量气体的折射率，确定某个温度下的气体压力。因此测量机理完全不同与现有压力基准。我们将在国内开展相关研究。
温度计可分为两大类，一个是相对法温度计，另一个是绝对法（基准法）热力学温度计。相对法温度计，依据物质的某种物理或化学性能随温度的变化，确定测量的温度值。最常见的如电阻温度计、液体温度计等。电阻温度计是利用电阻随温度的变化关系，通过测定电阻值，确定被测温度值。因此相对法电阻计必需根据国际温标标定物性与温度的对应关系。这类型温度计使用和携带方便、成本低，所以科学研究、工业生产和日常生活中所用的基本上都是相对法温度计。这类温度计在某些极端环境下的使用，有很多的局限性。比如，对核反应推进行温度测量，虽然选择了特别材料设计制作温度计保护套管，但温度计感温元件仍然会受到核辐射，使得其物性，如电阻或热电势与温度的对应关系发生显著改变，而在温度计工作期间，又不能对其进行校准，导致温度计性能随时间漂移，使用寿命短。国外同行，已开始研究将声学基准热力学温度测量方法用于核反应堆热力学温度测量，声学方法的原理是利用气体介质声速与热力学温度的关系，通过测量局部声速，获得热力学温度。声速法是绝对测量，因此无需对仪器校准，只要随时更换介质气体，保证其成分稳定，就能使得测量值不会像相对法那样，因为被恶劣环境污染而发生漂移。鉴于在课题研究过程中，积累了丰富的声学测量、流体声速热力学关系的知识，课题组将开展将声学绝对温度测量方法应用于能源等领域的研究工作。
记者：现在是十二五计划的开年，今后我们的研究课题还会有哪些方面的深化和延伸呢？
张金涛：首先是2012年年底到2013年年初，完成玻尔兹曼常数测定研究，预计测量相对不确定度将能够达到百万分之二以内的水平，在国际计量委员会玻尔兹曼常数重新定值中占据重要的权重，将中国的贡献永久地记录在国际计量委员会开尔文重新定义的贡献名单里。
火力发电是我国最重要的电力来源，提高火力发电的效率，是降低单位GDP能耗、环境气候压力的直接和有效的途径。据燃煤电力行业技术人员介绍，如果可靠准确地测量出燃煤锅炉火焰温度分布，在大型燃煤电厂现有装备系统的情况下，通过控制调整给煤和风量等参数，改善燃烧火焰温度分布的均匀性，能够使得现有燃煤电厂能源效率有最高10%的提升。
燃煤国内火焰温度分布测量的重要性被广泛重视，近二十多年里，国内许多著名高校和研究机构都在这个方向上开展了大量的研究。火焰的光学辐射特征被认为最直接地反映火焰温度，故光学辐射方法被广泛地采用。然而火焰周围的环境所产生的辐射很难以从火焰本身的辐射区分开来，测量的结果既包含火焰的辐射量，又包含周围环境的热辐射量。声学法的好处是，某个方向的声速只决定于这个方向的路径上的气体介质物性、热力学温度，排除了环境的干扰。
我们计划在十二五期间，开展与一个燃煤火电电厂的合作，将我们在声学基准法准确定义玻尔兹曼常数研究中所积累的最先进的知识和技术，用于燃煤电厂锅炉火焰温度和均匀性测量，形成具有创新和解决实际问题的技术，未来能够在大型燃煤电厂推广，提高燃烧的能源利用效率；研究解决燃煤电厂高温高压蒸汽温度测量普遍存在的问题，帮助改善生产能效和提高能效评估的可靠性及准确性。
对声学共鸣、微波干涉等尖端热力学温度测量技术的掌握，是中国计量科学研究院的科研团队向玻尔兹曼常数重新定义发动总攻时烙下了夯实的脚印。积极创新、严密布局、精细测算，让团队在国际温度计量界取得了一个又一个瞩目的突破。
那么，是什么催生了这样的蝉变？
在采访中国计量科学研究院张金涛研究员的过程中，答案慢慢浮出水面：一个智于思、慧于行的科研团队，能将全部力量自由运筹于科研战场之上，世人眼里的科研神话，对他们而言，更像是铁杵磨针、水到渠成的平实演绎。
敢为天下先
玻尔兹曼常数是国际计量委员会建议用来定义热力学温度单位开尔文(K)的自然基本常数。准确绝对地测量玻尔兹曼常数，使其不确定度达到新定义可以接受的水平，多年来一直是国际计量界面临的极大挑战。在美国、英国、法国等发达国家计量研究院流行于采用球形或准球形声学共鸣法测定玻尔兹曼常数时，张金涛研究员带领课题组另辟蹊径，独立地开展了定程圆柱声学共鸣法测定玻尔兹曼常数的研究。
记者：您能给我们简单介绍一下“玻尔兹曼常数重新定义”这个课题和目前国内外的研究成果吗？
张金涛：国际计量委员会提议并已批准，未来七个基本单位将定义在自然基本常数上。其中时间和长度单位已被定义在自然基本常数上了。但是，热力学温度单位开尔文目前还定义在水三相点上，受到水的物理化学性质影响，未来将被定义在玻尔兹曼常数kB这个自然基本常数上，使得热力学温度单位开尔文完全不依赖于具体物质的性质。
为了使得新定义对现有热力学温标造成的冲击降低到最低，国际计量委员会温度咨询委员会，要求采用三种以上独立的基准方法，在水三相点上基于当前科学知识和技术所能达到极限能力，对KB进行最准确地测定，即重新定义KB。声学共鸣法是目前已知的具有最高准确度的测量kB的基准方法。基本常数的绝对测量，是基于某个包含该常数的基本物理关系式，采用当今测量技术所能达到的极限能力，对该常数所涉及的每个物理参数进行最准确测量；然而任何真实物理过程，只是基本物理关系式所代表的理想物理模型的逼近，因此绝对测量一个基本常数，必然需要对造成真实物理过程偏离理想物理模型的每种因素（称为非理想因素）的作用有充分的刻画了解，并给予准确的修正和扣除。鉴于声学共鸣法准确测定kB所具有的极大的技术挑战，目前测量相对标准不确定度接近1×10－6的研究机构只有美国国家标准技术研究院、法国国家计量院、英国国家物理实验室、意大利国家计量院和中国计量科学研究院。
近年来，我们课题组在国家科技支撑项目的支持下，开展了独创的定程圆柱形声学共鸣法重新定义KB的研究。第一阶段的实验研究，获得的KB值与国际科技基本常数委员会公布的当前参考值的相对偏差为0.12×10－6，是国际上已有的4个最好测量结果之一，也是我国首次实现的最精密的kB测量。在此，非常感谢国内外合作伙伴对我们的支持与帮助。
记者：您带领的课题组在国际上独立提出了采用定程圆柱声学共鸣法确定玻尔兹曼常数，能给我们简单介绍一下这种方法吗？
张金涛：声学共鸣法测定KB，美、英、法、意国家计量都采用球形或准球形共鸣腔，我们是唯一提出采用定程圆柱形共鸣腔的实验室。定程圆柱声学共鸣涉及的能量耗散模式不同于球形或准球形共鸣（球形和准球形共鸣法所采用的非缔合模式是一样的、非理想扰动机理和修正也是一样的），选择这种方法使我们的工作具有相当的独立性。因此，我们的结果与美英法意结果的相互印证，对发现某种方法可能存在的系统误差具有重要的意义，符合国际温度咨询委员会提出的三种以上独立方法验证的要求。采用定程圆柱声学共鸣法的技术难点在于：首先是圆柱形共鸣腔的品质因素比较球形低，球形是一个对称的形状，而圆柱并非完全对称，圆柱形声学共鸣法所涉及的非理想扰动的因素更多、更大。球形声学共鸣法测定KB的研究已开展了近三十年，对其非理想因素已有充分的认识，而定程圆柱形声学共鸣法是首次采用，没有先行研究可参考。因此，我们研究的困难就在于，需要对每种可能的微小非理想因素扰动进行深入的理论分析和实验研究，对它们的作用机理和影响有充分的了解。比方说圆柱共鸣腔上很小进气导管，其内部有气体，即使共鸣腔体很大、导管腔体很小，但是导管内部的气体仍然会耗散共鸣腔气体共鸣的能量，扰动声学共鸣。我们就和美国国家标准技术研究院合作，对这个问题做了深入的理论和实验分析，所获得的结果也被英法意同行用于球形腔测量的修正。还有，为达到百万分之一水平的测量不确定度，必须充分地了解共鸣腔内0.7克工作气体的声学共鸣引起的20公斤金属腔壳体的径向和轴向拉伸运动；腔体端盖虽然很厚实，被螺栓拧死，我们也必须认识它们随气体的运动；气体运动产生的腔体和其固定基座的来回反冲运动也必须被清楚地刻画。声学共鸣法测定KB所依据的是理想气体热力学温度和其声学间的热力学理论关系。实际气体非理想气体，具有粘性。因此，必须充分地了解实际气体粘性所产生的各种偏离理想气体的影响。再比如，我们还在设备上装了压电陶瓷传感器，让它激励声波在定程圆柱共鸣腔体内产生声共鸣，就相当于麦克风。传感器装上去的时候，也会产生影响，它会让几何形状发生变形。一个完整的端盖装传感器得打个小孔进去形成一个薄膜，那个时候就破坏了原来整体的几何结构，这个影响也要研究清楚。
记者：我们知道，课题组还在国际上首次提出了双圆柱玻尔兹曼常数测量方法，该方法有什么特点？
张金涛：针对我们发现的单圆柱研究中难以解决的问题，如端盖运动对测量频率的扰动不能被准确地刻画和修正，在研究掌握了端盖运动机理的基础上，我们提出了双圆柱方法，其思想是双倍圆柱的非缔合声学共鸣模式具有共鸣频率相等的特性，从原理上讲，可以通过相减的方法，完全消除端盖运动产生的对共鸣频率的扰动效应。
2010年我们发表了第一个单圆柱kB测定结果，该结果被国际温度计量界广泛接受，成为中国计量科学研究院基本常数重新定义研究的重要标志。我们最新的单圆柱结果和双圆柱结果，都比以前有了明显的改善，预计到2013年夏季，国际计量界kB重新定义研究介绍前，单圆柱方法测量不确定度能够达到百万分之三的水平，双圆柱方法测量不确定度能够达到小于百万分之二的水平，使得我们的结果在国际计量委员会重新定义kB的数值中，有重要的权重。 压力下的突围
创新之路，一开始就遭遇了重重障碍，在这种情况下，张金涛和他的“士兵”们并未退缩，而是扎扎实实地下起了“兵来将挡、水来土掩”的苦功夫。由此，两项创新成果应运而生：先是在国际上首次采用压电陶瓷传感器替换电容式麦克风用于声学共鸣频率测量，将测量信噪比提高了一个数量级；继而在国际上首次建立了激光双波长干涉法圆柱声学共鸣腔体长度绝对测量系统。
记者：遇到困难的时候，课题组是通过什么方法克服的呢？
张金涛：任何基本常数的最高准确度测量，是对所掌握知识和先进测量技术的挑战，创新是克服研究瓶颈的关键途径。其实，在这一点上，我们的体会还是很深的。
记者：请您具体谈一谈。
张金涛：好的。在实践中，我们有如下几个经验体会，首先要与该领域最前沿的顶级的科学家建立合作研究关系，其好处是借助他，我们往最前沿赶路的途中，始终都能对前沿有清楚的了解，并对路途上要碰到的困难和解决方法有比较完备的了解。2007年前，我们还是声学共鸣法的门外汉，只是了解国内有几个大学采用声学共鸣法开展气体工质声速测量和热力学关系的研究，所达到的测量不确定度在万分之一，不分析修正影响低于万分之一水平的扰动。而当时玻尔兹曼常数测量的最好结果是美国国家标准技术研究院Moldover博士所获得的，测量不确定度为百万分之一点八。打个形象的比喻，Moldover博士和英法等几个实验室站在山顶上，我们在山下。我们正在寻求上山的路，力图尽快达到山顶。我们可以有三种选择，一是自己找路，可能走的是盘山路或原地打转；二是和国内的某个大学合作，沿着他们在山底的路，找上山的路，仍然有可能原地打转；三是与山顶的人建立联系，请他们告诉我们他们上山的路，并告诉我们从山顶上看，我们上山是否有更捷径的路。显然，山顶上的人比山底的人更清楚怎样上到山顶，少走弯路。我们选择了与最顶上的人建立联系，即与Moldover博士建立合作研究关系，请他和他的同事在山顶上对我们找的一条新路进行指引。同时，也与清华大学段远源教授的流体热物性实验室建立合作关系，先登上他的平台，并请他在后面推一把。这样的选择是我们快速登顶的关键。这种合作，使得我们在最短的时间里，掌握了解了要达到最好结果所需要的知识和关键技术诀窍。
其次，在最先进知识和技术的基础上，结合国内的实际技术能力，力求创新，突破一些关键技术瓶颈，使得我们的研究在国内所具备的实际技术能力的基础上，能够更进一步、更具特点。比如，我们独立于国外同行的球形或准球形方案，选择采用定程圆柱声学共鸣腔。出发点是圆柱几何结构简单，对机械加工的要求比球形的低，我国高精密机械加工能力有限，而圆柱可以采用手工研磨满足我们尺度公差等苛刻要求。但圆柱形共鸣腔有其声学品质因素低的固有缺点，使得信号弱，对物理理想模型的偏离大，非理想因素影响大。针对这个问题，我们团队的林鸿博士，采用一种新的声激发技术，在保持同样的响应线性度的情况下，使得信噪比较国外广泛采用的技术提供了一个数量级，弥补了信号弱的缺陷。
玻尔兹曼常数上的再出发
在玻尔兹曼常数测量研究取得了突破性进展，掌握了该领域最前沿的知识和最先进的技术，使得课题组能够深入广泛地开展温度计量基础前沿研究，以及解决一些工业领域关键温度测量问题。
记者：您曾提及后玻尔兹曼常数项目是课题组下一步的攻关目标，能否给我们简单介绍一下？
张金涛：后玻尔兹曼常数项目其实在欧洲已经启动了，这是一个三年的计划，由欧盟的几个发达国家计量院来牵头，目的是为国际温标修订，在比较宽的温度范围内，基于最先进的基准温度计，提供热力学温度准确测量，温度范围从1mK到3000k，这是国际基准热力学温度测量前所未有的温度范围。我们被邀请作为非欧盟资助方。我们将采用双圆柱微波干涉法参与该项目。双圆柱微波干涉法是团队的年轻骨干林鸿博士在掌握了声学共鸣和微波干涉的原理和先进测量技术的基础上，在国际上独自提出新方法，摆脱了单微波干涉腔体测量热力学温度需要准确确定腔体气体介质绝对压力的难题。我们将采用该一方法，贡献77K至500K的热力学温度测量值。初步实验结果显示，其测量不确定度能够达到声学共鸣法的最好水平。
微波干涉法还能形成热力学压力基准，该想法是美国NIST的合作伙伴提出的。现有压力基准都是基于纯力学方法，对质量砝码称重，产生绝对压力值。而热力学压力基准是利用气体介电常数的热力学关系，通过准确测量气体的折射率，确定某个温度下的气体压力。因此测量机理完全不同与现有压力基准。我们将在国内开展相关研究。
温度计可分为两大类，一个是相对法温度计，另一个是绝对法（基准法）热力学温度计。相对法温度计，依据物质的某种物理或化学性能随温度的变化，确定测量的温度值。最常见的如电阻温度计、液体温度计等。电阻温度计是利用电阻随温度的变化关系，通过测定电阻值，确定被测温度值。因此相对法电阻计必需根据国际温标标定物性与温度的对应关系。这类型温度计使用和携带方便、成本低，所以科学研究、工业生产和日常生活中所用的基本上都是相对法温度计。这类温度计在某些极端环境下的使用，有很多的局限性。比如，对核反应推进行温度测量，虽然选择了特别材料设计制作温度计保护套管，但温度计感温元件仍然会受到核辐射，使得其物性，如电阻或热电势与温度的对应关系发生显著改变，而在温度计工作期间，又不能对其进行校准，导致温度计性能随时间漂移，使用寿命短。国外同行，已开始研究将声学基准热力学温度测量方法用于核反应堆热力学温度测量，声学方法的原理是利用气体介质声速与热力学温度的关系，通过测量局部声速，获得热力学温度。声速法是绝对测量，因此无需对仪器校准，只要随时更换介质气体，保证其成分稳定，就能使得测量值不会像相对法那样，因为被恶劣环境污染而发生漂移。鉴于在课题研究过程中，积累了丰富的声学测量、流体声速热力学关系的知识，课题组将开展将声学绝对温度测量方法应用于能源等领域的研究工作。
记者：现在是十二五计划的开年，今后我们的研究课题还会有哪些方面的深化和延伸呢？
张金涛：首先是2012年年底到2013年年初，完成玻尔兹曼常数测定研究，预计测量相对不确定度将能够达到百万分之二以内的水平，在国际计量委员会玻尔兹曼常数重新定值中占据重要的权重，将中国的贡献永久地记录在国际计量委员会开尔文重新定义的贡献名单里。
火力发电是我国最重要的电力来源，提高火力发电的效率，是降低单位GDP能耗、环境气候压力的直接和有效的途径。据燃煤电力行业技术人员介绍，如果可靠准确地测量出燃煤锅炉火焰温度分布，在大型燃煤电厂现有装备系统的情况下，通过控制调整给煤和风量等参数，改善燃烧火焰温度分布的均匀性，能够使得现有燃煤电厂能源效率有最高10%的提升。
燃煤国内火焰温度分布测量的重要性被广泛重视，近二十多年里，国内许多著名高校和研究机构都在这个方向上开展了大量的研究。火焰的光学辐射特征被认为最直接地反映火焰温度，故光学辐射方法被广泛地采用。然而火焰周围的环境所产生的辐射很难以从火焰本身的辐射区分开来，测量的结果既包含火焰的辐射量，又包含周围环境的热辐射量。声学法的好处是，某个方向的声速只决定于这个方向的路径上的气体介质物性、热力学温度，排除了环境的干扰。
我们计划在十二五期间，开展与一个燃煤火电电厂的合作，将我们在声学基准法准确定义玻尔兹曼常数研究中所积累的最先进的知识和技术，用于燃煤电厂锅炉火焰温度和均匀性测量，形成具有创新和解决实际问题的技术，未来能够在大型燃煤电厂推广，提高燃烧的能源利用效率；研究解决燃煤电厂高温高压蒸汽温度测量普遍存在的问题，帮助改善生产能效和提高能效评估的可靠性及准确性。
对声学共鸣、微波干涉等尖端热力学温度测量技术的掌握，是中国计量科学研究院的科研团队向玻尔兹曼常数重新定义发动总攻时烙下了夯实的脚印。积极创新、严密布局、精细测算，让团队在国际温度计量界取得了一个又一个瞩目的突破。