溫度是國(guó)際單位制中七個(gè)基本單位之一,在物理學(xué)單位中占有非常重要的地位。目前國(guó)際上公認(rèn)的最基本的溫度是根據(jù)熱力學(xué)第二定律來(lái)定義的,稱為熱力學(xué)溫度。
理想氣體的等容和等壓的延長(zhǎng)線都交于一點(diǎn),即在溫度坐標(biāo)軸的t=-273.15℃處,如右圖所示。熱力學(xué)溫標(biāo)給出了絕對(duì)零度為-273.15℃的概念,也稱絕對(duì)溫標(biāo)。熱力學(xué)溫標(biāo)的起點(diǎn)為絕對(duì)零度。
水三相點(diǎn)是國(guó)際溫標(biāo)中的一個(gè)極為重要的定義固定點(diǎn),是用來(lái)定義熱力學(xué)溫度單位——開(kāi)爾文的基本點(diǎn)。水的三相點(diǎn)就是水的固、液、汽三相共存的溫度,水三相點(diǎn)壓力為610.75Pa,溫度為273.16K(0.01℃)。水三相點(diǎn)的復(fù)現(xiàn)性優(yōu)于0.1mK。
熱力學(xué)溫度的單位為開(kāi)爾文,定義為水三相點(diǎn)的熱力學(xué)溫度的1/273.16,符號(hào)為K。


水三相圖
溫度測(cè)量的基礎(chǔ)是溫標(biāo),溫標(biāo)實(shí)際上就是溫度的數(shù)值表示方法,它用來(lái)保證溫度量值的準(zhǔn)確、一致和正確傳遞。溫標(biāo)包括定義固定點(diǎn)、內(nèi)插儀器和內(nèi)插公式三個(gè)基本要素。
我國(guó)目前采用的溫標(biāo)是ITS-90國(guó)際溫標(biāo),它是我國(guó)溫度量值統(tǒng)一的基礎(chǔ)。ITS-90通過(guò)各溫區(qū)和分溫區(qū)來(lái)定義開(kāi)爾文溫度T90:
0.65K到5.00K之間, T90由3He和4He的蒸氣壓與溫度的關(guān)系式來(lái)定義。
3.0K到氖三相點(diǎn)(24.5661K)之間,T90用氦氣體溫度計(jì)來(lái)定義。
平衡氫三相點(diǎn)(13.8033K)到銀的凝固點(diǎn)(961.78℃)之間,T90用鉑電阻溫度計(jì)來(lái)定義。它使用一組規(guī)定的定義固定點(diǎn)和規(guī)定的參考函數(shù)以及內(nèi)插溫度的偏差函數(shù)來(lái)分度。
銀凝固點(diǎn)(961.78℃)以上的溫區(qū),T90是借助于一個(gè)定義固定點(diǎn)和普朗克輻射定律來(lái)定義。

ITS-90分溫區(qū)定義固定點(diǎn)
83.8058K~273.16K溫度副基準(zhǔn)裝置
我院建立保存的83.8058K~273.16K溫度副基準(zhǔn)裝置主要由水三相點(diǎn)裝置、汞三相點(diǎn)裝置、氬三相點(diǎn)裝置以及副基準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)組成,用于準(zhǔn)確復(fù)現(xiàn)ITS-90溫標(biāo)規(guī)定的83.8058K~273.16K溫區(qū)內(nèi)的溫度量值。該裝置與中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院共同承擔(dān)著我國(guó)83.8058K~273.16K溫區(qū)的量值傳遞工作,維持全國(guó)溫度量值的統(tǒng)一。
根據(jù)ITS-90溫標(biāo)的定義,在83.8058K~273.16K 溫度范圍內(nèi)的溫度值,T90用鉑電阻溫度計(jì)來(lái)定義。它使用氬三相點(diǎn)、汞三相點(diǎn)和水三相點(diǎn)三個(gè)定義固定點(diǎn)和規(guī)定的參考函數(shù)以及內(nèi)插溫度的偏差函數(shù)來(lái)分度鉑電阻溫度計(jì)。
參考函數(shù)為:

偏差函數(shù)為:

式中,a,b系數(shù)由標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)在水三相點(diǎn),氬三相點(diǎn),汞三相點(diǎn)測(cè)量求得的W與對(duì)應(yīng)的參考函數(shù)的偏差求得。
裝置技術(shù)指標(biāo):
測(cè)量范圍: 83.8058K~273.16K
不確定度: U=0.22mK~1.0mK,k=2

氬三相點(diǎn)裝置結(jié)構(gòu)圖

83.8058K~273.16K 副基準(zhǔn)主要裝置圖
273.15K~933.473K 溫度副基準(zhǔn)裝置
我院建立保存的273.15K~933.473K溫度副基準(zhǔn)裝置主要由水三相點(diǎn)裝置、銦凝固點(diǎn)、鎵熔點(diǎn)、錫凝固點(diǎn)裝置、鋅凝固點(diǎn)、鋁凝固點(diǎn)裝置以及副基準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)組成,用于準(zhǔn)確復(fù)現(xiàn)ITS-90溫標(biāo)規(guī)定的273.15K~933.473K溫區(qū)內(nèi)的溫度量值。該裝置與中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院共同承擔(dān)著我國(guó)273.15K~933.473K溫區(qū)的量值傳遞工作,維持全國(guó)溫度量值的統(tǒng)一。
根據(jù)ITS-90溫標(biāo)的定義,在273.15K~933.473K溫度范圍內(nèi)的溫度值,T90用鉑電阻溫度計(jì)來(lái)定義。它使用鋁凝固點(diǎn)、鋅凝固點(diǎn)、錫凝固點(diǎn)、銦凝固點(diǎn)、鎵熔點(diǎn)、水三相點(diǎn)六個(gè)定義固定點(diǎn)和規(guī)定的參考函數(shù)以及內(nèi)插溫度的偏差函數(shù)來(lái)分度鉑電阻溫度計(jì)。
參考函數(shù)為:

偏差函數(shù)為:

式中,a,b,c系數(shù)由標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)在水三相點(diǎn),錫凝固點(diǎn),鋅凝固點(diǎn)和鋁凝固點(diǎn)溫度測(cè)量求得的W值與對(duì)應(yīng)的參考函數(shù)的偏差求得。
裝置技術(shù)指標(biāo):
測(cè)量范圍: 273.15K~933.473K
不確定度: U=0.22mK~2.1mK,k=2

鋅凝固點(diǎn)裝置結(jié)構(gòu)圖


273.15K~933.473K 副基準(zhǔn)主要裝置圖
鉑銠10-鉑熱電偶固定點(diǎn)裝置
我院建立和保存的鉑銠10-鉑熱電偶固定點(diǎn)裝置主要由銅凝固點(diǎn)裝置、鋁凝固點(diǎn)裝置、鋅凝固點(diǎn)裝置和標(biāo)準(zhǔn)組鉑銠10-鉑熱電偶組成,是熱電偶傳遞系統(tǒng)的最高標(biāo)準(zhǔn)裝置。該裝置擔(dān)負(fù)著西南地區(qū)和其他地區(qū)的熱電偶的量值傳遞工作,與中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院共同維持著我國(guó)熱電偶溫度傳感器的量值統(tǒng)一,并與各國(guó)在熱電偶溫度傳感器的量值保持一致。
技術(shù)指標(biāo):
測(cè)量范圍:419.527℃~1084.62℃
不確定度:U=0.1℃,k=2
固定點(diǎn)爐結(jié)構(gòu)圖
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