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德國(guó)PTB研發(fā)出基于氦氣電學(xué)測(cè)量的壓力測(cè)量新方法


  來(lái)源: 中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院 時(shí)間:2019-12-16 編輯:儀商WXF
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作為溫度單位開(kāi)爾文重新定義工作的研究成果,德國(guó)物理技術(shù)研究院(PTB)的科學(xué)家已經(jīng)研發(fā)出一種全新的基于自然常數(shù)的壓力測(cè)量方法。它可以用于測(cè)試PTB最精準(zhǔn)的壓力表,檢查范圍從之前的10萬(wàn)帕斯卡增加到目前最高700萬(wàn)帕斯卡。這種方法首次在機(jī)械和電壓力測(cè)量之間進(jìn)行比對(duì),相對(duì)不確定度小于五百萬(wàn)分之一。此外,新測(cè)量方法還提供了研究氦的獨(dú)特機(jī)會(huì),氦是基礎(chǔ)物理學(xué)中的重要模型體系。這一研究結(jié)果發(fā)表在最近一期的《自然物理》中。


活塞壓力儀表是通過(guò)確定作用在活塞上的重力來(lái)精確測(cè)量活塞下方的氣體壓力,在某些壓力范圍內(nèi),即使最好的活塞壓力表也無(wú)法達(dá)到計(jì)量學(xué)家所希望的精準(zhǔn)度,因此長(zhǎng)期以來(lái)研究人員一直在努力研發(fā)新的壓力測(cè)量方法。PTB研制的新測(cè)量方法原理是通過(guò)電容測(cè)量進(jìn)行氦氣密度測(cè)定,主要測(cè)量電極之間的氣體在多大程度上改變了高穩(wěn)定特殊電容器的容量。


PTB的研究人員在介電常數(shù)氣體溫度計(jì)上進(jìn)行電容測(cè)量。


早在1998年,美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院(NIST)的科研人員就提出使用電學(xué)測(cè)量法(容量測(cè)量法)對(duì)氦氣的氣體特性進(jìn)行理論計(jì)算來(lái)測(cè)量壓力。然而,實(shí)現(xiàn)這一想法是一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)。精確電容測(cè)量和高穩(wěn)定電容器以及基于自然常數(shù)的理論計(jì)算一直未達(dá)到必要的水平。此外,與經(jīng)典活塞壓力計(jì)也沒(méi)有實(shí)現(xiàn)充分的比對(duì)。


PTB新研發(fā)的高精度活塞壓力計(jì)


在過(guò)去十年中,PTB逐漸克服了相關(guān)實(shí)驗(yàn)障礙,借助重新定義溫度單位開(kāi)爾文的研究,最終把經(jīng)典活塞壓力測(cè)量和容量測(cè)量均提升至世界一流水平。首次實(shí)現(xiàn)700萬(wàn)帕斯卡壓力,是正常壓力的七十倍,相對(duì)不確定度小于五百萬(wàn)分之一。同時(shí),與經(jīng)典活塞壓力計(jì)進(jìn)行了比對(duì),這也是機(jī)械壓力測(cè)量和電壓力測(cè)量之間的首次比對(duì)。


容量測(cè)量法為高精度壓力校準(zhǔn)提供了第二種方法。一方面,該方法以及與經(jīng)典壓力標(biāo)準(zhǔn)的直接比對(duì)提供了驗(yàn)證氦的理論計(jì)算可能性。另一方面,還可以用于測(cè)量其他氣體,促進(jìn)氣體計(jì)量學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展。

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