应用高温固定点校准精密光电高温计

通过复现温度间隔相近的3个高温固定点黑体,可以实现0.65μm高温计在900-2 500℃、0.9μm高温计在600~2 000℃范围内的内插,不确定度最好水平分别达到0.3~1.2℃和0.3~0.6℃(k=2)。通过其他非分度固定点黑体和高温变温黑体的验证,2种波长高温计与高温基准温标的一致性优于0.1℃。应用高温固定点可以满足精密光电高温计接近国际最高水平的校准,提升高温校准的不确定度水平。

基准光电高温计的光谱响应度测量

基准光电高温计的光谱响应度是复现ITS-90银点以上温标的重要参数,中国计量科学研究院新建了一套基于单色仪的光谱响应度测量装置.在这套装置上高温计的光谱响应度作为一个整体参数进行测量,系统能够自动完成单色仪的波长标定和高温计的响应度测量.初步完成了基准光电高温计的600～1 200 nm之间的光谱响应度测量,并计算了基准光电高温计的有效波长及其不确定度.

以“固定点-高温计”方式传递961．78℃以上国际温标

中国计量科学研究院在持续对高温基准装置研究工作的基础上，提升了光电高温计信噪比、非线性和辐射源尺寸效应等关键性能，并完善了光电高温计性能参数测量平台。与之前高温温标通过钨带灯传递不同，以“参考固定点-光电高温计”方式进行了银点以上高温温标的复现和传递，该方式可以避免光电高温计长期稳定性的影响，并将高温温度上限从2200℃延伸至2474℃，实验分析得到961．78—2474℃的温标扩展不确定度（k=2）为0．08—0．62℃。2009年中英西三国温标复现比对结果验证了三国国际温标的一致性，并支持了上述不确定度评定。新传递方法可为精密光电高温计提供最高水平校准，并可扩展应用于900nm等红外高温计校准。

光栅单色仪的波长标定实验研究

采用具有线光谱的氖灯和汞灯的谱线为波长标准,研究精密双光栅单色仪的波长特性.进行了波长标定、重复性和稳定性实验,重复性为0.005 nm,稳定性为0.035 nm.给出了相同缝宽设置下波长标定的不确定度评定.实验结果表明,被标定单色仪的波长修正值与波长基本上呈线性关系,并由此确定线性拟合方程.发现单色仪波长误差与狭缝宽度设置有关,对精密测量有不可忽略的影响.

热流计校准装置测量控制系统的建立

对采用绝对法的检零式箔加热热流源进行了改进,建立了校准热阻式热流计的整套新控制装置。采用PID调节实现主加热器与辅助加热器之间绝热面的零热流控制,基于LabVIEW软件平台实现整个装置的自动化控制、数据采集及处理。对检零热流计的热损失进行了实验评价和修正。校准结果因控制系统引起的标准不确定度优于1%。

煤油催化重整可燃燃气发生器的试验研究

设计了新型煤油催化重整燃气发生器，在较大油量和较高压力情况下，进行了一系列相关参数的影响试验．试验结果表明：在催化温度较高、头部余气系数保持在0．6～0．8时，其出口燃气温度为400～700℃，可燃气体成分占15％～30％，氢气体积分数最高可达16％，从而可为超燃冲压发动机提供良好的高温含氢可燃燃气，有利于超燃室内的点火和稳定燃烧．

RCE-4结构改造及其抗肿瘤活性的研究

RCE-4是一种甾体皂苷,具有良好的抗肿瘤活性.水解RCE-4可得到一种新的甾体皂苷元,利用SOCl2和吡啶体系进行氯代产率较高,两个产物产率共达92%,利用PCC氧化也得到两个产物,共计5个新化合物.利用核磁、红外、质谱等对他们进行了结构表征,并测试了其抗肿瘤活性.探讨了皂苷的糖和苷元上不同取代基对其活性的影响,为同类天然产物的结构修饰和构效关系研究提供了一定的科学基础.

基于LabVIEW的光栅单色仪波长标定装置

为研究在光谱响应度测量中使用的精密光栅单色仪McPherson的Model207的波长特性,介绍了为此建立的基于LabVIEW的光栅单色仪波长标定装置系统。通过RS232与GPIB总线接口将装置的各自动控制部件连接到计算机,实现光谱的自动标定;针对光栅单色仪的性能研究,编写了对应的性能实验程序;在程序中给出了对采集的数据进行处理分析。通过实验得到单色仪波长准确度能达到0.02nm。

小型化催化重整煤油燃气发生器的数值模拟

催化重整燃气发生器是在线产生氢气的有效途径,有助于碳氢燃料超燃冲压发动机的着火和燃烧.通过对新设计的小型化燃气发生器乳化煤油的燃烧及催化重整进行数值模拟,在计算结果和试验数据吻合基础上,分析了出口燃气的总体状态和影响催化重整各参数的变化规律,确定了研究涉及到的参数范围内的最佳工况点,并揭示了内部的燃烧状态和一些难测量成分含量变化趋势,从而进一步指导设计和试验.

催化重整反应在乳化油着火过程中的研究

为研究乳化油的点火延迟,从实验和计算两方面研究了催化重整反应对乳化油着火过程的影响,对比了柴油和掺水量为20%(质量比)乳化油在有、无催化剂条件下的温升曲线。从实验和计算结果都可以看出,乳化油的温升曲线比柴油滞后,但在有催化剂的情况下能够减小与柴油之间的差异。通过本实验还证实了燃料的着火首先发生在涂有催化剂的表面,然后向空间传播,使着火变得容易。可见催化重整反应对乳化油的着火有着积极的作用。

高温温标复现与传递技术的改进

为了改善高温温标复现,研制了新的基准光电高温计和光谱响应度测量装置.采用基于参考点-高温计的亮度比测量的温标量值确定方式,将显著减小温标复现的不确定度.利用单固定点分度方法和Sakuma-Hattori方程的多固定点内插方法校准标准光电高温计,可大幅度减少温标传递环节,提高校准不确定度水平.

基于高温黑体的傅里叶光谱测量系统响应度分段线性标定

傅里叶红外光谱仪(FTIR)光谱响应度的标定工作是FTIR红外光谱精准测量的基础。基于中国计量科学研究院(NIM)的ThermoGage HT9500型高温基准黑体辐射源,对NIM搭建的FTIR高温黑体红外辐射特性测量系统的光谱响应度,通过分段线性标定法进行了标定实验。建立并描述了FTIR测量高温黑体红外辐射特性系统响应度函数标定模型,并通过测量的黑体辐射源在1273~1973K温区、1~14μm宽频谱内的红外光谱,对FTIR测量系统的光谱响应度进行了标定实验研究。结果表明:分段线性标定FTIR红外光谱测量系统方法具有良好可靠性。1373~1873K温区的测量光谱与基于黑体标定的计算光谱在1~14μm频谱内平均偏差优于1%,黑体光谱辐射亮度峰值波长上反演得到的黑体计算温度与实际温度偏差优于0.45%。

激光大动态范围线性测量

为研究探测器在单色光照射下大动态范围的辐射响应度是否不变,建立了基于激光的线性测量装置,并对该装置的测量不确定度进行评价。实验根据双光路叠加法,分别采用功率和照度两种模式研究了光电探测器的线性。对于功率模式,实验测量了6个数量级光功率变化下探测器的大动态范围非线性系数;对于照度模式,将激光导入积分球输出光辐射,测量了探测器在3个量级变化下的非线性系数。实验结果表明:当激光功率模式下探测器的输出电流从0.2 mA变至0.2 nA,探测器的非线性系数全部小于±0.02%;当激光照度模式下探测器光电流从200 nA变为0.2 nA,探测器非线性系数小于±0.02%。由此可知,激光线性装置可以实现功率和照度两种模式测量,满足至少6个量级以上的测量。

基于光通量倍增法的傅里叶红外探测系统光谱响应度非线性测量

在宽动态范围、高分辨力、宽频谱红外辐射测量中,傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)是常用的探测单元,其光谱响应度的非线性是宽动态范围红外光谱测量的不确定度主要贡献项之一。基于光通量倍增原理,建立傅里叶红外光谱探测系统的非线性测量实验系统。实验研究了在非线性测量典型时间段内的黑体辐射源和FTIR红外光谱探测系统的漂移特性,设计了测量序列变换模型来消除测量过程中的一阶线性漂移影响。在200~1000℃范围内,实验测量了FTIR红外光谱探测系统的非线性特征,给出了在典型波长3.9μm和10.6μm处的非线性测量结果及相应的不确定度。

基于集成黑体法1000~1500℃石墨材料高温红外光谱发射率测量

建立了基于集成黑体法的材料高温红外光谱发射率测量理论模型,重点讨论了不等温集成黑体空腔有效发射率、观测因子、样品材料外推温降因素的影响。基于集成黑体法搭建了以傅里叶红外光谱仪为红外辐射探测系统的高温红外光谱发射率测量装置。基于蒙特卡罗光线追迹法数值开展了集成黑体有效发射率数值模拟,并进行了实验验证。讨论了辐射源尺寸效应、光谱响应度线性度等非理想因素对集成黑体法高温光谱发射率测量的影响。开展了石墨材料在1000℃、1300℃、1500℃的红外光谱发射率实验研究,并与已公开发表的测量结果进行了比对。本文结果与文献数据优于5%的良好一致性,验证了集成黑体方法在高温发射率测量中的可行性。

基于ATmega16的小区路灯节能控制系统

为减少夜间小区路灯恒照度照明的耗电量,设计了基于单片机的小区路灯节能控制系统,该系统主要由AVR单片机ATmega16、环境亮度检测模块、红外感知模块、实时时钟模块、数码管显示模块、调光以及恒流输出模块等组成。系统通过环境亮度模块检测并自动控制路灯的开/关,夜间启用红外传感模块,根据红外检测的信号经单片机处理,再通过调光电路调节路灯的端电压,从而实现路灯控制系统的动态节能。此系统实际上模拟的小区路灯控制系统,如果应用到实际场景中存在一些由模拟到实际的转换问题,本系统在一定程度上实现了路灯的节能控制。且在节能的理念和设计可以为未来路灯节能的控制系统提供一定的借鉴意义。

红外辐射温度计专用数字表的研制及评价

日本CHINO公司生产的IR-RST系列标准辐射温度计由于没有设计温度显示装置,无法实时显示温度,针对此类型温度计设计了一款专用的电压测量和温度显示,同时可提供24 V直流电压的电测显示仪表。利用高等级的电压源和数字电压表,修正了本专用数字表的误差系数,并考核了稳定性,得到其最大相对误差不超过0. 03%。与一款名义波长为0. 65μm的IR-RST辐射温度计配合使用,通过TG HT-9500型高温炉对其组合进行内插分度,实验结果证实分度后校准准确度优于0. 03%,1300℃时系统测量结果的扩展不确定度为0. 62℃。

0.9μm光电高温计应用单固定点延伸和多固定点内插的分度方法比较

单固定点延伸和多固定点内插是光电高温计的两种常用分度方法。针对新研制的0.9μm光电高温计进行了这两种分度方法的比较研究。在500~1800℃测温范围内,利用高温黑体炉作比较源,在整百度点与标准光电高温计进行量值验证,结果表明这两种分度方法的温度示值一致性优于0.2℃,与标准值的误差最大不超过0.6℃。两种分度方法的不确定度分别评估为0.2~1.3℃和0.2~0.8℃,k=2。相对于必须测量高温计光谱响应度及其响应度非线性的单固定点延伸方法,多固定点内插法简单并易操作,且不确定度可保持较优水平。该方法无论作为光电高温计的出厂分度还是周期示值校准,均可为大多数温度校准实验室提供参考。

基于高温黑体炉的钨铼热电偶校准方法研究

基于中国计量科学研究院的高温黑体炉设计了一种适用于钨铼偶等高温热电偶的校准方法。优化设计的均温块测温孔轴向均匀性20 mm范围内小于0.5℃,优选的测温孔与中心孔的辐射温度差异可达到小于0.5℃。经铂铑10-铂热电偶验证了基于高温黑体炉的校准方法,在800~1300℃与S型热电偶标准热电势间差异小于0.5℃,不确定度评估为0.8~1.5℃,k=2。在800~1900℃范围内,测试了多只不同来源的C型钨铼偶热电势并考核了偶丝校准前后的均匀性,实验结果表明,钨铼偶丝与国际标准钨铼偶热电势的差异基本保持在1%以内,校准不确定度为3.7~13.0℃,相对不确定度为0.7%t(t为温度),k=2。

开口镓熔点装置的复现及气压修正

中国计量科学研究院自行研制的开口镓熔点装置实现了对镓熔点冻制及复现的自动化,建立了开口镓熔点配置标准铂电阻温度计组成的基准装置。实验结果显示:镓熔点熔化温坪长达50 h,镓熔点的复现性为0.1 mK,闭口结构与开口结构镓熔点量值差异经过气压修正后由0.13 m K减小至0.06 m K,镓熔点温度-气压线性拟合曲线所得数值与90温标中给出的镓熔点气压修正系数一致。