近期由加拿大國家研究委員會、美國國家標準與技術(shù)研究院和其同行共同撰寫了一篇研究論文,概述了新興的測溫技術(shù),這些技術(shù)雖然處于早期發(fā)展階段(有些),但有望在測量環(huán)境中提供可靠的、確實可溯源的溫度。

可靠的溫度測量對于所有的人類活動都至關(guān)重要,包括確??煽吭\斷的醫(yī)療保健、用于準確天氣預報的氣象學、用于確定氣候變化程度和進展的科學研究,以及確保最佳過程控制從而將對環(huán)境的影響降至最低的工業(yè)領(lǐng)域。
此外,各行各業(yè)涉及的溫度范圍和應用范圍非常廣泛,從對新興氫經(jīng)濟和量子計算至關(guān)重要的25 K(-248°C)以下的低溫,到金屬加工、玻璃和能源生產(chǎn)等領(lǐng)域遠高于1500°C的高溫。
溫度的可靠測量和控制需要用到實用的傳感器。對于接觸式溫度計而言,熱電偶或電阻溫度計很常見。為了確保這些傳感器的測量結(jié)果具有較低不確定度,需要由經(jīng)過認證的實驗室對這些傳感器進行可追溯的校準。遺憾的是,所有傳感器在使用中都會以不可預測的方式發(fā)生漂移。為了克服這個問題,這類溫度計需要定期更換為新的校準溫度計,或者將舊的溫度計先拆除并重新校準,然后再重新安裝。如果不這樣做,溫度計的測量結(jié)果會越來越偏離溫度的真實值,這可能導致許多令人遺憾的后果,例如工業(yè)過程中喪失過程控制,這可能會增加報廢率和能源消耗。
為了解決傳感器的漂移問題,一種方法是在“測量點”引入溯源性。有兩種主要方法可以使用。第一種方法是在溫度計中引入已知的固定點,然后通過檢測相變,可以在該溫度下校準傳感器,從而實現(xiàn)最佳運行。本文討論了另一種更激進方法,就是建立實用的基標準測溫法,無需對傳感器本身進行校準,而是利用基本物理來獲得溫度。
這兩種方法目前在英國國家物理實驗室(NPL)處于不同的發(fā)展階段。自驗證溫度計正在商業(yè)化過程中。同時,在實用基標準測溫法的兩個領(lǐng)域正在開展相關(guān)研究。
在測量點實現(xiàn)溯源性可能是對當前測溫方法的顛覆性改變。通常,溫度傳感器在使用前需要在認證實驗室進行校準,與此不同,這種新方法可以直接部署在測量裝置內(nèi),并且可以確保從安裝到失效的整個過程中都可以提供可靠、可溯源的溫度。這種發(fā)展進步對于促進工業(yè)生產(chǎn)的真正自主至關(guān)重要。此外,溫度傳感器網(wǎng)絡也需要這些傳感器來驗證其性能,需要這些“真實點”來確保整個網(wǎng)絡的可靠性能。
