【论文】标准铂电阻在水三相点达到热平衡时间不超过5分钟

 

实验测量系统

实验是在中国计量科学研究院接触测温室进行的、利用了接触测温室的标准铂电阻温度计、水三相点和电测系统，包括：ASL-F18高精密交流电桥、计算机及内置IEE488数据采集卡和水三相点瓶，如图1所示。ASL-F18电桥是8位的高精密自动交流电桥，其模拟显示为8位，如果采用计算机采集可以读出10位数，其中前9位为有效数。因此基于计算机采集控制的ASL-F18自动电桥的分辨力可达到0.01mK。计算机采集控制是通过内置的GPIB卡与电桥的IEE488口通讯，计算机通过采集卡来控制和初始化电桥。采集控制软件采用Visual Basic 6.0编写程序，可实现数据的自动采集和对ASL-F18面板功能的控制。在本文的的实验测量中，数据采集间隔为1s，ASL-F18的工作频率为25Hz，标准铂电阻温度计工作电流为1mA。对被测标准铂电阻温度计达到热平衡的判断依据是：当ASL-F18电桥显示的10位数均不变时、认为被测铂电阻温度计与水三相点瓶达到热平衡。交流电桥容易受到外界电磁信号的干扰，因此交流电桥在水三相点达到稳定的时间可能要长于直流电桥在水三相点达到稳定的时间，所以在用交流电桥准确测量铂电阻温度计与水三相点之间达到热平衡的时间内，用直流电桥测量也应达到热平衡。



图1 标准铂电阻温度计在水三相点达到热平衡所需时间测量系统框图

实验结果及分析
1、同种结构的标准铂电阻温度计不同预冷时间的情况比较
选取三支石英为绝缘材料、十字骨架型的二等标准铂电阻温度计编号分别是83151、83159、00323，它们分别是云南昌晖仪表制造有限公司和昆明大方两家公司生产的。温度计保护管的长度为(480±20mm，外径为7.0±06mm、感温元件位于保护管顶端60mm范围内。分别对这三支标准铂电阻温度计进行了标准铂电阻温度计无预冷、预冷5min、10min的水三相点的热平衡时间测试。测量时室温为19.7±0.1℃，水三相点瓶的直径为12mm，瓶中预先加入接近0℃的蒸馏水且在温度计阱口塞上棉花并用黑布罩住标准铂电阻温度计，尽量降低热辐射对测量结果的影响。测量按如下方法进行，第一步，启动采集程序，先开始对被测温度计进行与标准电阻的电阻比值的数据采集、采样速率为每秒一个数；随后，如果无预冻则直接将溫度计插入水三相点瓶中，计算机按每秒一个读数的速度采集被测温度计电阻比值，在计算机采集的所有10位数都保持不变的情况出现时，认为温度计与水三相点瓶达到热平衡；有预冷时，先将被测温度计在冰点瓶里装有水的玻璃预冷管中预冷规定的时间，然后将温度计放入水三相点瓶中，热平衡判断依据与无预冷的相同。表1给出了这三支标准铂电阻温度计的实验测量结果。

表1   三支标准铂电阻温度计的平衡时间表

从表1可以看出，即使无预冷、被测温度计也能在5分钟内与水三相点瓶达到热平衡。但是无预冷的溫度计会使使温度计阱附近的水层加厚、这对水三相点随后的使用会产生不利影响、因此如果没有特殊要求，温度计应该预冷。经过预冷的标准铂电阻温度计。达到热平衡的时间大大缩短。

由于三支温度计测量得到的实验曲线大致相同，所以仅以83159为例给出其测量曲线，如图2-图5所示。



图2 标准铂电阻温度计没有预冷稳定时间图



图3 标准铂电阻温度计预冷5min稳定时间图



图4 标准铂电阻温度计预冷10min稳定时间图



图5 标准铂电阻温度计预冷10min稳定时间图

表2 83159温度稳定时间表