用于现场温度传感器标定的微型共晶点性能研究

发布时间：2017-08-14 07:18

  本文关键词：用于现场温度传感器标定的微型共晶点性能研究

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【摘要】：温度是国际单位制中七个基本量之一,温度量值测量的准确与否,关乎国防和民生等领域温度测量水平的高低。当前,国际上温标水平在几个毫开尔文,而实际工业应用水平比温标水平差几十倍,甚至几百倍,温标水平与实际的工业及科学研究的水平形成了较大差距。为了解决工业现场精密铂电阻温度计标定的问题,中国计量科学研究院按照国际趋势,把基准固定点传递技术应用于现场温度标定,致力于研究微型共晶点的特性,研制便携式多点自动复现装置。通过研究微型共晶点Ga-In(15.7℃),Ga-Sn(20.5℃),Ga-Zn(25.2℃)及Ga固定点(29.7℃)的熔化温坪特性,研制了两套便携式多点自动复现装置(恒功率装置和控温装置),探索基于微型镓基共晶点及镓点的现场精密铂电阻温度计校准方法,用于提升现场精密铂电阻温度计的校准水平,同时本装置将为发展星载标准辐射源在轨标定提供技术支撑。研究结果表明:恒功率和控温装置的Ga-In、Ga-Sn、Ga-Zn共晶点以及Ga点的温坪可持续时间2小时,复现性小于5 mK。分析实验结果总结出三种切实可行的标定方法——比较法、定点法和定温坪法,比较法和定点法的复现性都小于5mK。由于研究装置将为发展星载标准辐射源在轨标定提供技术支撑,共晶点和镓点的过冷度特性的研究,就显得尤为重要。通过实验发现以下几种可以改变微型镓点过冷度的因素:镓点熔体的保温时间、镓点熔体的冷却速率、镓点熔体保温温度、镓点凝固时具有明显的尺寸效应、添加石墨粉、改变镓点坩埚表面的粗糙程度等。为了验证实验结果、对改进实验装置提供指导,用ANSYS有限元分析软件模拟了微型镓点的熔化过程。模拟分析发现:镓点熔化温度为29.3℃,与建模模拟镓点中熔化温度(29.5℃)相差0.2℃,且能描述清楚镓点的熔化过程。模拟了微型镓点的均热块,得出加热后温度分布特性及空腔温度梯度。
【关键词】：计量学 镓基共晶点 多固定点标定 精密铂电阻温度计 现场标定
【学位授予单位】：成都理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH811;TP212.11
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-24
• 1.1 引言9-12
• 1.2 文献综述12-17
• 1.2.1 国外研究现状12-16
• 1.2.2 国内现状16-17
• 1.3 基本原理和方法17-23
• 1.3.1 金属凝固17
• 1.3.2 热力学平衡条件17-19
• 1.3.3 曲率对相变温度的影响19
• 1.3.4 凝固过程中的均匀形核19-20
• 1.3.5 非均匀形核20-21
• 1.3.6 金属二元共晶理论21-23
• 1.4 研究内容与预期23-24
• 第2章 微型共晶点装置的研制24-32
• 2.1 共晶点相变材料24-25
• 2.2 共晶点的灌注25-26
• 2.3 容器的研制26-32
• 2.3.1 恒功率容器的设计26-29
• 2.3.2 控温容器设计29-32
• 第3章 微型共晶点复现结果32-41
• 3.1 恒功率装置实验过程及复现结果32-36
• 3.2 控温装置实验过程及复现结果36-40
• 3.3 复现结果小结40-41
• 第4章 标定方法41-46
• 4.1 精密铂电阻温度计标定方法41-42
• 4.2 标定步骤42-44
• 4.3 标定方法小结44-46
• 第5章 微型镓点过冷度的研究46-56
• 5.1 微型镓点过冷度实验装置47-49
• 5.2 微型镓点过冷度复现结果49-50
• 5.3 镓熔体升温后的保温时间对镓形核过冷度的影响50-51
• 5.4 镓熔体降温速率对形核过冷度的影响51-52
• 5.5 镓熔体保温温度对镓过冷度的影响52-53
• 5.6 尺寸效应对镓过冷度的影响53-54
• 5.7 石墨粉添加对镓过冷度的影响54-55
• 5.8 镓过冷度实验小结55-56
• 第6章 ANSYS热学仿真验证56-68
• 6.1 相变分析57-59
• 6.1.1 潜在的热量和焓57
• 6.1.2 相变分析基本思路57-59
• 6.2 微型镓点熔化过程模拟59-65
• 6.2.1 微型镓点坩埚装置物理模型59-60
• 6.2.2 微型镓点的数学模型60
• 6.2.3 微型镓点的数值求解60-65
• 6.3 微型镓点均热块的分析65-68
• 结论68-70
• 致谢70-71
• 参考文献71-75
• 攻读学位期间取得学术成果75

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本文编号：671409