气体压力不大的条件下,热力学温度、压力和密度的关系如图 1 所示:Р图 1 热力学温度、热力学压力、密度和折射率的关系图Р其中,P 代表压强,n 为气体的折射率,R 代表通用气体常数,ρ代表气体的密度,B、 C 分别代表密度二阶、三阶维里系数。已知或测得这些参量的精确数值,就可以准确得到热力学温度 T。由于压力测量的不确定度很大,为了消除其对测量结果的影响,气体折射率温度计采用双圆柱微波谐振腔的测量装置,腔体的大小、尺寸和材料完全相同, 将两个谐振腔分别置于水三相点温度为 Ttpw 和待测温度为 T 的恒温槽中,根据以下公式:Рp = rRT (1+ Br + Cr +……)Р r?éë1 + B (T?)r?+ C (T?)r 2?+ D (T?)r3?+ ùûР?Р(1)РT?=?TPWР?r?TPW?TPWР?r?TPW?TPWР?r?TPW?TPWР?Р(2)РT?r éë1+ BР?(T ) r + CР?(T ) r 2 + DР?(T ) r3 +?ùûРTPWР?r?r?rРn 2 -1Р?Ae m + Am + Ae Am rmР?Р1?r?r 2Р=?,(m = + b + c?)Р3r?(1- Ae rm)(1- Am r )Р?(3)Р其中,b 和 c 分别代表介电二阶、三阶维里系数,Aε代表理想气体的摩尔极化率,Aμ代Р表磁导率的第一维里系数,Aε和 Aμ是已知量,因此,只要求得准确的气体折射率,就可以推导出待测温度 T 的大小。Р近年来,中国计量科学研究院对气体折射率温度计的理论进行了研究[28],并在此基础上搭建了气体折射率温度计的实验平台,利用微波技术对 200 K~400 K 范围内的热力学温度进行了探索性实验。实验中选用氦气为工质进行测量,由于氦气的密度非常小, 为了提高测量氦气折射率的信噪比,气体压力需达到兆帕以上。根据已有的研究成果可
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