近期由加拿大国家研究委员会、美国国家标准与技术研究院和其同行共同撰写了一篇研究论文,概述了新兴的测温技术,这些技术虽然处于早期发展阶段(有些),但有望在测量环境中提供可靠的、确实可溯源的温度。
可靠的温度测量对于所有的人类活动都至关重要,包括确保可靠诊断的医疗保健、用于准确天气预报的气象学、用于确定气候变化程度和进展的科学研究,以及确保最佳过程控制从而将对环境的影响降至最低的工业领域。
此外,各行各业涉及的温度范围和应用范围非常广泛,从对新兴氢经济和量子计算至关重要的25 K(-248°C)以下的低温,到金属加工、玻璃和能源生产等领域远高于1500°C的高温。
温度的可靠测量和控制需要用到实用的传感器。对于接触式温度计而言,热电偶或电阻温度计很常见。为了确保这些传感器的测量结果具有较低不确定度,需要由经过认证的实验室对这些传感器进行可追溯的校准。遗憾的是,所有传感器在使用中都会以不可预测的方式发生漂移。为了克服这个问题,这类温度计需要定期更换为新的校准温度计,或者将旧的温度计先拆除并重新校准,然后再重新安装。如果不这样做,温度计的测量结果会越来越偏离温度的真实值,这可能导致许多令人遗憾的后果,例如工业过程中丧失过程控制,这可能会增加报废率和能源消耗。
为了解决传感器的漂移问题,一种方法是在“测量点”引入溯源性。有两种主要方法可以使用。第一种方法是在温度计中引入已知的固定点,然后通过检测相变,可以在该温度下校准传感器,从而实现最佳运行。本文讨论了另一种更激进方法,就是建立实用的基标准测温法,无需对传感器本身进行校准,而是利用基本物理来获得温度。
这两种方法目前在英国国家物理实验室(NPL)处于不同的发展阶段。自验证温度计正在商业化过程中。同时,在实用基标准测温法的两个领域正在开展相关研究。
在测量点实现溯源性可能是对当前测温方法的颠覆性改变。通常,温度传感器在使用前需要在认证实验室进行校准,与此不同,这种新方法可以直接部署在测量装置内,并且可以确保从安装到失效的整个过程中都可以提供可靠、可溯源的温度。这种发展进步对于促进工业生产的真正自主至关重要。此外,温度传感器网络也需要这些传感器来验证其性能,需要这些“真实点”来确保整个网络的可靠性能。