聲波導(dǎo)管聲學(xué)傳感器應(yīng)用于高溫環(huán)境的探索研究.pdf

1、熱力學(xué)溫度是七個(gè)基本物理量之一,其單位為開爾文(K),表征了客觀真實(shí)溫度,是物質(zhì)熱運(yùn)動(dòng)能的標(biāo)度,然而國(guó)際溫標(biāo)(ITS)是對(duì)熱力學(xué)溫度的逼近,在某些溫區(qū)與真實(shí)值存在偏差,因此準(zhǔn)確獲得熱力學(xué)溫度是制定或修改國(guó)際溫標(biāo)的基礎(chǔ)。目前,在所有熱力學(xué)溫度測(cè)量的基準(zhǔn)方法中,聲學(xué)共鳴法是測(cè)量不確定度最小的,因此,利用此方法獲得的熱力學(xué)溫度值是將來國(guó)際溫標(biāo)修訂時(shí)主要的數(shù)據(jù)來源之一。近年來,在國(guó)家支撐課題和國(guó)家自然科學(xué)基金等科研經(jīng)費(fèi)的支持下,計(jì)量院研究小組,

2、采用雙圓柱聲學(xué)共鳴法對(duì)玻爾茲曼常數(shù)進(jìn)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(xué)溫度實(shí)驗(yàn)研究的同時(shí),在室溫環(huán)境下對(duì)聲波導(dǎo)管聲學(xué)傳感器相關(guān)特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn),隨后在高溫環(huán)境下對(duì)其聲學(xué)頻率測(cè)量進(jìn)行了探索性地研究。
　　聲學(xué)共鳴法測(cè)量熱力學(xué)溫度的關(guān)鍵技術(shù)之一是腔體內(nèi)的聲學(xué)共鳴頻率和微波共鳴頻率的測(cè)量,因?yàn)橐罁?jù)氣體聲速與溫度的關(guān)系可知,通過頻率測(cè)量能得到熱力學(xué)溫度。目前市場(chǎng)上的聲學(xué)傳感器可適用的溫度范圍非常有限,無法滿足

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

4、空系統(tǒng)、壓力測(cè)量控制系統(tǒng)、高溫系統(tǒng)、聲學(xué)測(cè)量系統(tǒng);第四,利用Labview軟件,編制了壓力、溫度及頻率測(cè)量程序,對(duì)實(shí)驗(yàn)過程中的數(shù)據(jù)采集和相關(guān)控制實(shí)現(xiàn)了無人值守和自動(dòng)完成;第五,開展了溫度在400K~900K附近的實(shí)驗(yàn)測(cè)試,獲得聲學(xué)共振頻率以及信噪比,結(jié)果顯示,在337K、600K、673K、773K和873K附近,對(duì)單一模式共振頻率進(jìn)行測(cè)量時(shí),都存在頻率隨機(jī)偏差(分辨率)優(yōu)于10×10-6的情況,為今后進(jìn)一步研究高溫度區(qū)熱力學(xué)溫度建立了