基于氦气电学测量的压力测量新方法

发布时间:2019年12月13日

作为温度单位开尔文重新定义工作的研究成果,德国物理技术研究院(PTB)的科学家已经研发出一种全新的基于自然常数的压力测量方法。它可以用于测试PTB最精准的压力表,检查范围从之前的10万帕斯卡增加到目前最高700万帕斯卡。这种方法首次在机械和电压力测量之间进行比对,相对不确定度小于五百万分之一。此外,新测量方法还提供了研究氦的独特机会,氦是基础物理学中的重要模型体系。这一研究结果发表在最近一期的《自然物理》中。

活塞压力表是通过确定作用在活塞上的重力来精确测量活塞下方的气体压力,在某些压力范围内,即使最好的活塞压力表也无法达到计量学家所希翼的精准度,因此长期以来研究人员一直在努力研发新的压力测量方法。PTB研制的新测量方法原理是通过电容测量进行氦气密度测定,主要测量电极之间的气体在多大程度上改变了高稳定特殊电容器的容量。

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PTB的研究人员在介电常数气体温度计上进行电容测量。

早在1998年,美国国家标准与技术研究院(NIST)的科研人员就提出使用电学测量法(容量测量法)对氦气的气体特性进行理论计算来测量压力。然而,实现这一想法是一项重大挑战。精确电容测量和高稳定电容器以及基于自然常数的理论计算一直未达到必要的水平。此外,与经典活塞压力计也没有实现充分的比对。

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PTB新研发的高精度活塞压力计

在过去十年中,PTB逐渐克服了相关实验障碍,借助重新定义温度单位开尔文的研究,最终把经典活塞压力测量和容量测量均提升至世界一流水平。首次实现700万帕斯卡压力,是正常压力的七十倍,相对不确定度小于五百万分之一。同时,与经典活塞压力计进行了比对,这也是机械压力测量和电压力测量之间的首次比对。

容量测量法为高精度压力校准提供了第二种方法。一方面,该方法以及与经典压力标准的直接比对提供了验证氦的理论计算可能性。另一方面,还可以用于测量其他气体,促进气体计量学的进一步发展。

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原文版权归德国物理技术研究院(PTB)所有,源自PTB网站