實(shí)用氦氣聲學(xué)溫度計(jì)初步研究

楊勝良，馮曉娟，林 鴻，張金濤，任 成

(1.中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院 熱工計(jì)量科學(xué)研究所，北京 100029；2.清華大學(xué) 核能與新能源技術(shù)研究院，北京 100084)

1 引 言

溫度作為最廣泛應(yīng)用的基本物理量之一，其準(zhǔn)確測(cè)量關(guān)系到科學(xué)研究、能源利用、環(huán)境保護(hù)、民生健康和國(guó)防安全等眾多領(lǐng)域[1～3]。通常使用的溫度計(jì)都是利用特定物質(zhì)的某項(xiàng)性質(zhì)隨溫度的變化規(guī)律來(lái)測(cè)量溫度。但是在某些極端環(huán)境中，物質(zhì)的性質(zhì)隨溫度的變化關(guān)系可能會(huì)發(fā)生變化，影響其測(cè)溫的穩(wěn)定性和可靠性，如熱電偶在高溫、高輻照環(huán)境的核反應(yīng)堆中測(cè)溫會(huì)發(fā)生漂移甚至失效。

高溫氣冷堆(high temperature gas cooled reactor，HTGR)是第四代核能系統(tǒng)的一種反應(yīng)堆型，是在早期改進(jìn)型氣冷堆的基礎(chǔ)之上發(fā)展起來(lái)的先進(jìn)堆，具有安全性高、燃耗深等優(yōu)點(diǎn)。高溫氣冷堆以氦氣作為堆芯冷卻劑，氦氣出口溫度可高達(dá)1 200 K[4,5]。但是，由于氣冷堆堆芯溫度較高，在較高的核輻照環(huán)境中，以金屬熱電性質(zhì)為基礎(chǔ)的測(cè)溫傳感器難以長(zhǎng)期可靠工作，堆芯溫度的準(zhǔn)確可靠測(cè)量成為技術(shù)難題之一。

氣體聲學(xué)溫度計(jì)是目前測(cè)量熱力學(xué)溫度范圍較寬(可從液氦溫度到1 350 K,甚至更高的溫度)，測(cè)量不確定度最小的原級(jí)溫度計(jì)之一[6～9]。近年來(lái)，隨著氣體聲學(xué)溫度計(jì)研究的不斷深入和某些特殊工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)溫的需求，國(guó)內(nèi)外學(xué)者逐步開(kāi)展了實(shí)用氣體聲學(xué)溫度計(jì)的研究。國(guó)際上對(duì)實(shí)用聲學(xué)溫度計(jì)的研究主要是采用氬氣開(kāi)展了初步測(cè)量[10～13]，通過(guò)測(cè)量導(dǎo)管內(nèi)聲學(xué)脈沖信……