小型化气体声学温度计的研究

为促进气体声学原级测温技术的实用化发展,基于圆柱气体声学共鸣法测量热力学温度的原理,研制了内径10 mm、外径12 mm、内长40 mm的小型化气体声学温度计,采用优化的声学传感器提高了待测声压强度,开展了常压下常温至782 K的实验测试。对采用声波导管的小型化圆柱腔内常压空气进行测量,结果显示,在782 K时的声学共鸣频率相对标准偏差小于0.2%;修正了边界层及导管扰动后,基于空气声速的热力学关系,以常温为相对法的参考,获得了407~782 K的热力学温度,测量不确定度为0.76~2.93 K(k=1)。该研究为原级气体声学温度计在恶劣或特殊环境下的应用提供了可能。

气体声学温度计中声波导管的优化设计研究

声波导管的设计是影响声学信号信噪比的关键因素,导管内径越大、长度越短,越利于声波传输,但同时对声学共鸣腔产生更大的扰动。提出了采用变径声波导管降低声波的能量损耗和扰动方法,建立了变径声波导管的衰减和扰动模型,对比分析声学信号在不同尺寸声波导管内的能量衰减和导管对圆柱轴向非缔合声学共振频率和半宽的扰动,获得了优化的导管尺寸,在声波传输能量损失较小的情况下对内长为80 mm圆柱腔体首个轴向非缔合声学共振频率产生的相对扰动在3×10-5以内,该声波导管的优化设计可为高温气体声学温度计的深入研究提供理论支持。

近临界区二氧化碳声速的精密测量研究

基于圆柱声学共鸣法原理,开展了303.10~303.18 K,压力从3.855 MPa至7.534 MPa的近临界区CO_2测量研究。二氧化碳声速测量的相对标准不确定度结果为:当压力低于7.1 MPa时为0.035%,当压力高于7.3MPa时为0.15%。与CO_2国际标准状态方程计算得到的声速相对偏差分布在0.005%^-0.4%范围。所获得的测量结果可为CO_2国际标准状态方程的改进提供重要数据来源,建立的实验系统和方法可用于更宽广温区CO_2及其他工质的声速精密测量研究。