荧光测温方法的测量误差与测量不确定度分析综述

介绍了荧光测温方法的基本原理及典型系统的组成,分析了荧光测温方法中的系统误差和随机误差的主要来源,并探讨了基于数学模型的测量不确定度评估方法,指出了在荧光测温装置的研究与应用中测量误差分析和测量不确定度评估的重要性。在测量误差分析方面,需要充分考虑装置内部参数及测量环境对荧光测温参数(如荧光寿命或荧光强度比)的影响,通过优化激发光源、荧光材料、检测器、数据采集和数据处理方案,并进行环境因素分析与校准,最大程度地降低系统误差,提高测温结果的准确性。此外,研究荧光材料发光特征随温度以外其他因素变化的物理机制,可以为开发更具适应性的荧光测温材料提供理论基础。在测量不确定度评估方面,基于荧光寿命和荧光强度比的温度测量不确定度可以通过数学模型进行描述,以温度测量不确定度为依据可指导高精度荧光测温系统的优化设计和应用。

第54届国际物理奥林匹克竞赛实验试题介绍与解答

第54届国际物理奥林匹克竞赛实验题为铜棒中的热传导和相位阶跃衍射,铜棒中的热传导试题涉及到的内容包括热传导、对流和温度传感器的特性等内容;相位阶跃衍射试题涉及到测量透明载玻片的厚度和未知液体的折射率.2个实验题难度和题量适中,对实验仪器调节的难度不高,学生对涉及到的理论知识和实验内容均较为熟悉.本文给出了具体试题和竞赛组织者给出的标准解答.

Al在不同类型Si基中的扩散深度差异及其温度相关性研究

金属原子在半导体材料中的扩散对半导体器件的电阻率、传导率和光电学性能有直接影响。采用飞行时间二次离子质谱分析技术,结合分子动力学模拟方法研究了常用金属原子Al在不同Si基中的扩散深度差异及其温度相关性。实验结果表明,Al在本征、N型以及P型Si基中的扩散深度随温度的升高而增加,其中,Al在P型Si基中的扩散深度大于本征和N型Si基。模拟结果表明,Al在Si基中的扩散深度和扩散系数随温度的升高而增加,温度增高至625 K后其扩散行为更为显著,与实验结果相符。研究表明Al在Si中的扩散行为与Si基的性质及环境温度密切相关。相关研究为深入了解Al在Si基中的扩散及其温度相关性提供了重要基础,同时也为探索其他金属在Si基中的扩散行为以及半导体器件加工工艺的优化提供了新的思路和参考依据。

热导率测量实验中温度分布不均匀的影响

在稳态法测量非良导体热导率的实验中,分析了加热盘温度分布的不均匀性及其对实验结果的影响.待测样品的热量流入面与热量流出面的温度都不均匀,因此不能简单用某个位置的温差值来计算结果.本文建立了简单模型来描述加热盘中心区温差与边缘区温差的关系,并由此导出了有效的修正计算公式.

基于红外辐射的发动机涡轮叶片温度测量方法综述

介绍了辐射测温技术的基本原理以及研究中的关键问题。归纳了基于红外辐射的发动机涡轮叶片温度测量方法的国内外应用现状,对测量时产生的误差进行了分析,并提出降低误差的措施。指出在环境辐射方面,需要充分考虑燃烧气体和环境表面辐射的影响,建立准确的反射模型,融合算法,矫正辐射干扰误差;在发射率模型方面,应根据具体情况预先建立发射率模型和无发射率模型,结合机器学习等算法提高测量精准度;在光学系统设计方面,需选择合适的光学材料和涂层,增强系统在不同环境下的灵敏度;在数据处理方面,可利用神经网络、遗传算法、约束优化等方法,最大程度减小误差,提高计算精度。

基于离子阱中离子晶体的热传导的研究进展

热传导现象是物理学中最重要的研究课题之一,特别是近年来,随着对单分子器件研究的不断深入,人们越来越关注低维(一维和二维)微观系统的热传导问题.离子阱中的离子晶体处于真空环境中,没有与外部环境进行能量交换,其晶体结构和温度可以通过电场和光场精确操控,为研究低维晶体在经典或量子状态下的热传导提供了理想的实验平台.本文综述了近年来离子晶体中热传导的理论研究,包括一维、二维和三维模型中温度分布和稳态热流的计算方法,以及在不同维度离子晶体构型下热流与温度分布的特性.此外,还讨论了无序度对离子晶体热导性的影响.

超材料光谱选择性热辐射实验研究

热辐射是物理实验研究的一个重要方面。基于金属-介质-金属“三明治”式微纳米结构,制作了一种超材料光谱选择性窄带热辐射源。测量结果表明,该辐射源能够将热辐射能量集中在9.03μm波长附近,峰值发射率高达98.0%,发射带宽仅为1.58μm。实验还展示了这种热辐射源峰值辐射波长的灵活调控特性。

基于集成谐振及干涉效应的温度自补偿薄膜厚度检测方法

塑料薄膜厚度检测结果受环境温度影响较大。基于微纳光纤环形谐振腔(MLR)和法布里—珀罗(F-P)干涉仪,提出一种集成薄膜厚度检测温度自补偿方法,先利用聚二甲基硅氧烷(PDMS)封装的MLR监测温度变化,再利用薄膜前后表面形成的F-P腔测量薄膜厚度,最后根据反射光谱表现的MLR和F-P干涉的集成效应,实现单光源单解调装置的温度和薄膜厚度同时解调,达到薄膜厚度测量的温度自补偿效果。结果表明:集成薄膜厚度检测温度自补偿方法能够准确检测由温度波动引起的薄膜厚度变化,温度灵敏度为166 pm/℃,温度为25~55℃时可实现温度自补偿,最大相对误差由0.51%降低至0.11%。与其他厚度检测方法相比,集成于检测厚度传感器的温度自补偿薄膜厚度检测方法灵敏度高、实现无损检测、快速检测及测量不受温度影响,在石油化工及生物检测领域提高薄膜测厚效率、提升测厚准确度方面具有较好应用。

原位电镜观测氧化石墨烯的加热还原过程

近年来石墨烯导热膜在高性能手机等电子产品里获得了广泛的应用。通过加热的方式还原氧化石墨烯是一种被应用于石墨烯导热膜批量制备的商业方法,但其原子尺度上的结构演化过程并不很清楚。本文利用球差校正扫描透射电镜原位观测了氧化石墨烯在加热条件下还原的微观结构演化,结果表明,氧化石墨烯在还原初期会释放大量气体从而形成丝状网络结构,且层间距会随着还原进程而减小,经过高温石墨化的还原氧化石墨烯能够具有稳定的结构。本论文的研究揭示了氧化石墨烯在还原过程的微观结构演化,为指导优化还原氧化石墨烯基导热膜的制备和应用提供了有参考价值的信息。

利用单窗算法反演喀斯特城市地表温度

针对桂林喀斯特城市快速扩展呈现的热岛问题，提出喀斯特山峰混合像元比辐射率估算方法，使单窗算法适用于喀斯特城市地表温度遥感反演。结果表明，地表温度反演值与测量值的误差在2。C内；桂林中心老城区的地表温度相对低于新开发区和城市南北部工厂区，地表温度随植被覆盖度的增加而降低，呈明显的负相关关系；水体的表面温度最低，约17。C，植被覆盖度较高的喀斯特山峰的地表温度较低，阴坡为18～19℃，而阳坡为22～24℃；水泥广场、大面积建筑区的地表温度较高，为32～35℃；厂房密集且生产过程释放热量的工厂的地表温度最高，为33～36℃，个别像元达到40℃。植被覆盖的喀斯特山峰呈现显著的城市凉岛现象，对调节喀斯特城市气候环境具有重要作用。

基于有限体积法的巷道围岩散热无因次分析

根据巷道围岩散热的特点,建立了非稳态围岩导热微分方程,运用有限体积法对方程进行了处理。引入无因次准数,对导热微分方程及运用有限体积法进行离散处理后的方程进行无因次分析。通过编写Visual Basic计算机程序对方程进行解算,得到巷道围岩内部在不同时间点下不同节点处的温度变化曲线、不同毕渥数时不同时间点下的巷道壁面温度和不稳定换热准数曲线。通过查图得到不稳定换热准数,进而可以计算一定长度的巷道围岩散热量。

稳态法测算导热系数的原理

分析了测量导热系数传统模型与相关文献中的修正模型的原理与不足,提出一个较为严密的三维传热学模型,利用MATLAB数值模拟验证了其合理性。推导出计算圆柱型试样导热系数的公式,并得到了适合实际应用的简化公式。以真空橡皮盘为例,定量分析了侧壁散热对导热系数测量值的影响程度,给出了试样规格与测算精度的关系曲线。当试样半径与厚度的比值大于28.9时,侧壁散热的影响将小于5%,故可忽略。

流动型高压液体及其混合物定压比热容测量装置的建立

建立了流动型高压液体及其混合物定压比热容测量装置．该装置测量压力可达１２ＭＰａ，温度范围为２８０～４７０Ｋ．利用所建的装置测量了纯水的定压比热容，测量结果与文献值比较，其偏差在±０．６％以内，证明了实验装置的可靠性．

激光熔池三维非稳态对流传热过程的数值模拟

建立了带有移动热源的激光熔池流体流动及传热过程三维非稳态数学模型。采用自适应网格技术离散求解动量方程 ,计算出了不同时刻激光熔池温度分布和速度分布。结果表明 ,激光熔池对流传热非稳态过程是一个预热过程 ,随着时间的推移 ,熔池最高温度不断升高 ,熔深和熔池半径不断增大。非稳态过程按时间先后次序分为 3个阶段 :初始阶段 (加热熔化阶段 )、准稳态阶段和快速升温阶段。准稳态阶段熔池形貌、温度分布和速度分布增加幅度不大 ,且持续时间比另两个阶段长 ,说明三维准稳态模型是三维非稳态模型的较好近似。

铁矾渣热分解过程研究

采用DSC-TG和XRD分析方法对铁矾渣热分解过程进行了研究。结果表明:铁矾渣的热分解包括脱水、脱氨、氧化和晶型转变等复杂步骤;经750℃焙烧,铁矾渣呈红棕色,最终产物主要为ZnFe_2O_4和Fe_2O_3;基于Kissinger法和Flynn-Wall-Ozawa法得到铁矾渣在350~450℃和630~720℃温度区间热分解反应的活化能分别约为260和230 k J/mol,频率因子分别为3.07×10^(19)和1.29×10^(12)。

热流计的发展、国际领先技术与改进方向研究

热流计是热能转移过程的量化检测仪器,国外已经大量应用在发电、炼钢、化工产品的分解与合成、建筑采暖、空调等热力过程的能耗检测与热能设施的安全保护检测,而我国还处于推广初期。研究自有知识产权的热流计是基于国家经济的发展对节能的迫切需要,创新研究要高于现有技术必须对国内、外现有的技术进行深入的研究,发扬其优势、改进其不足。广泛检索、消化国内、外专利成果与实用技术的基础上对热流计的发展历程进行了概括、对已有的热流计进行了分类、归纳热流计原理和制作方法,综合比较、分析提炼出性价比和通用性最高的绕线热阻式热流计测头及核心技术热电堆,指出其存在的问题和改进的方向。为下一步创新奠定坚实基础,最终使研究获授予中国发明专利权。

伴行血管在高强度聚焦超声下对温度场的影响

在高强度聚焦超声(HIFU)下,研究了管径不同的伴行血管对于组织温度分布的影响.基于3个热平衡方程提出了1个生物热传导模型,针对带有直径为50～300μm成对血管的组织,利用有限元方法进行了3-D温度瞬态仿真,并对血管直径、血液流速和血液灌流率对3-D温度分布的影响进行了比较.结果表明,血管直径和血流速度是影响HIFU作用下组织温度分布的决定因素,此外,该模型可以给出较为准确的组织消融量.

基于复合相变材料的电池热管理性能模拟

随着储能技术的不断发展,锂离子电池由于具有高能量密度的优点被广泛应用于电动新能源汽车、新能源储能系统等领域。然而,锂离子电池的性能受温度影响较大,温度过高或者温度过低都会影响其性能,因此对锂离子电池进行高效热管理研究具有实际意义。相变材料热管理技术具有温度均匀性好和无须额外能量输入等优点,受到了研究者们的广泛关注。本文以典型方形电池为研究对象,基于有限元方法,探究相变材料热管理系统几何形状对电池热管理热性能的影响。研究结果表明,相变材料用量相同时,圆柱形结构温度分布更加均匀,具有更好的热管理性能。

计算导热系数的新公式

在传统的一维传热模型下导热系数的计算公式误差较大.本文通过建立试样内部的三维传热模型,更为科学地考虑了侧壁散热的影响,推导出了计算导热系数的新公式.以橡胶为研究材料进行实验,证明了新公式的合理性.引入影响因子P来衡量侧壁散热对系统的影响程度,分析得到P值随着试样厚度增加而增大.

手机OLED屏幕子像素排布的观察与颜色合成实验

三基色原理是彩色显示器件的基本原理之一,颜色合成实验是物理实验体系中体现三基色原理的常见实验。将实验内容与日常生活紧密结合,激发学生的学习兴趣,是提升实验教学效果的有效手段。学生自己的手机作为实验仪器设计的手机OLED屏幕子像素分布的观察与颜色合成实验能够在完成颜色相加混合实验的同时,调动学生的探究热情,实现良好的教学效果。与现行实验相比,开展实验不需要额外光源和颜色合成仪,成本大幅降低,具有良好的推广意义。