本发明涉及一种标定装置，特别是涉及一种宽温区高精度温度标定装置。
背景技术：
热力学温度是热学领域最基本的参数，是国际单位制七个基本单位之一，宏观上用来衡量物体的冷热程度，微观上用来表征物体分子热运动的剧烈程度。温度计被广泛应用于前沿科学研究、科研装备研制、国防安全保障和高新技术发展中，其通过某些物质性质随温度变化的规律进行测量，比如，低温下常用的铑铁温度计和cernox温度计、室温至低温区用的铂电阻温度计等都依靠电阻与温度特性关系进行温度的测量。为满足上述领域发展的需要，准确测量热力学温度显得尤为重要。
在实际使用前，需要对温度计进行校准获得其在特定温度范围内的标准不确定度u，以便在后续测量使用过程中准确评估所测温度的可信程度。温度计可分为三大类，基准温度计(u＜1mK)、标准温度计(u＜3mK)和应用级温度计。当前，在25K以下温区，我国只有标准装置，只能对应用级温度计进行标定，通常标定精度在5mK-100mK，无法满足国内高精度测温亟需；并且标准装置中的标准温度计每隔若干年需要送到国外基准装置进行标定，非自主可控；此外，传统温度标定装置还存在标定温度区间窄、控温时间短、精度较差等问题，严重影响了高准确度测温需求，成为制约前沿科学研究、科研装备研制、国防安全保障和高新技术发展等领域快速发展的瓶颈之一。
综上，为满足国内高精度测温亟需，需要基于基准测温新方法及高效的恒温系统，建立一种宽温区(5K-300K)高精度的温度标定系统，实现基准温度计、标准温度计等多种温度计的标定。
技术实现要素：
本发明的目的是解决传统温度计标定系统，温度波动较大，控温稳定性较弱，难以实现高精度，高准确度的温度计的标定工作。
本发明提供一种宽温区高精度温度标定装置，其包括：一热开关金筒；一压力舱，其位于所述热开关金筒的内部；制冷机，提供冷量使所述压力舱的内部温度降低至目标温度；在所述压力舱内设置谐振腔，在所述谐振腔的侧表面设置若干个凸起中空的圆柱型凸台，在表面放置温度计。
其中，零级法兰、复合真空罩、一级法兰、镂空防辐射屏、二级法兰和热开关金筒组合为所述压力舱和所述谐振腔提供稳定的高真空绝热环境。
其中，所述谐振腔包括有上半球和下半球，上半球设置有上微波天线，下半球上设置有下微波天线。
其中，所述谐球腔采用包含但不限于准球形、圆柱形、或多面体等几何结构。
其中，所述谐球腔材料包含但不限于高导无氧铜、或不锈钢等金属材料、或蓝宝石、有机玻璃、钢化玻璃等非金属材料、或铜氧化合物、铁(镍)基等超导材料；或者是由金属材料、非金属材料、超导材料组合而成的复合型材料。
其中，微波天线通过出口端连接的网络分析仪向谐振腔内部发射微波。
其中，所述热开关金筒包括热开关工作气体，所述热开关工作气体包含但不限于氦-3、氦-4，在高温区也可以是氖气、氮气、氩气等其它环保工质。
其中，进一步包括至少一个加热片。
其中，所述温度计为铑铁温度计，或Cernox温度计等基准级温度计、或标准温度计。
其中，所述装置包括至少一组气路。
本发明解决了大部分温度标定系统无法进行基准温度计和标准温度计的标定工作等局限性问题。基于采用定压气体折射率基准测温方法和特殊复合设计，提供一种宽温区高精度温度标定装置，实现5K-300K温区内各类温度计的高精度标定。
附图说明
图1为本发明的宽温区高精度温度标定装置示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面结合附图对本发明的实施案例进行说明，本领域技术人员应当理解，下述的说明只是为了便于对发明进行解释，而不作为对其范围的具体限定。
本发明提供了一种宽温区高精度温度标定装置，图1为本发明的装置示意图。如图1所示，所述温度标定装置包括：高精度数字多用表1、网络分析仪2、高精度直流电源3、高精度数字压力计4、第一四通阀5、第一泵组6、第一阀门7、第二泵组8、高纯氦气9、零级法兰10、复合真空罩11、一级法兰12、镂空防辐射屏13、二级法兰14、热开关金筒15、微波天线16、压力舱17、标准温度计18、微波谐振球腔19、第一加热片20、第二加热片21、二级冷头22、二级柔性热连接23、一级冷头24、一级柔性热连接25、高纯氦气26、第二阀门27、第三泵组28、第二四通阀29、第三阀门30、高精度数字压力计31、制冷机32、压力控制系统33。
制冷机32，为进行实验的压力舱17以及微波谐振球腔19内部提供可靠的冷量使其内部温度降低至目标温度；零级法兰10、复合真空罩11、一级法兰12、镂空防辐射屏13、二级法兰14和热开关金筒15组合为压力舱17和微波谐振球腔19提供稳定的高真空绝热环境；与第一加热片20和第二加热片21相连的高精度直流电源3为实验提供稳定的加热源，保证控温的有效进行；与标准温度计18以及周围均匀布置的待标温度计相连的高精度数字多用表1，为标定实验提供高准确度的数据采集；与热开关金筒15相连的通有高纯氦气9的气路以及便于实时监测管路内部压力的高精度数字压力计4，与压力舱17相连的通有高纯氦气26的气路，以及实时监测管路内部压力的高精度数字压力计31，为系统内部提供纯净并且稳定、压力可控的气量输送；与各部分气路配套的第二泵组8和第三泵组28，以及独立抽复合真空罩11内部真空的第一泵组6配合工作，保证气体的输送和抽出，为系统提供良好的工作环境。
如图1所示的实施案例中，制冷机32，为低振动的脉管型制冷机，通过一级柔性热连接25和二级柔性热连接23有效的解决了制冷机本身固有的机械振动；制冷机32至少有一级冷头24和二级冷头22两个冷头，其中一级冷头24位于零级法兰的下方，所述一级冷头24通过一级柔性热连接25和一级法兰12相连；二级冷头22位于一级法兰12的下方，所述二级冷头22通过二级柔性热连接23与二级法兰21相连。柔性热连接25和23采用包含但不限于直线型结构设计，具有高效的传热特性，可大幅衰减制冷机的固有振动；主要目的是减小压力舱17的温度波动，提高控温精度。
如图1所示的实施案例中，微波谐振球腔19采用准球形结构，微波谐振球腔19包括有上下两半球，在所述上、下半球的外边沿具有螺纹孔，通过螺栓穿过所述上下半球重合后对应的螺纹孔进行连接，将谐振腔的上下半球闭合在一起。在所述谐振腔的侧表面加工设置了若干个均匀分布的凸起中空的圆柱型凸台，在圆柱型凸台内部放置标准温度计18。微波谐振球腔19的上半球设置有上微波天线，下半球上设置有下微波天线，微波谐振球腔上下两部分分别设置与上下微波天线16的接口并与之相连，以便微波天线16通过出口端连接的网络分析仪2向微波谐振球腔19内部发射微波，通过微波信号获得微波谐振腔19在真空状态及充气状态下的谐振频率，比测量绝对压力有更高的精度，进而获得高精度的气体折射率和热力学温度；微波谐振球腔19表面设置有开孔，和压力舱17内部保持联通，保证内外压力一致，解决了微波谐振腔19在充气状态下的变形问题，降低了非理想性对温度测量准确度的影响。
如图1所示的实施案例中，分别设置有两组气路，向压力舱17内部充气的第一独立气路以及向热开关金筒15充气的第二独立气路。第一独立气路包括第二四通阀门29、第二阀门27、高纯氦气瓶26、高精度数字压力计31、第三阀门30、压力控制系统33以及第三泵组28。第二独立气路包括第一四通阀门5、第一阀门7、高纯氦气瓶9等，其中第一四通阀门5的一端5-1通过第一阀门7与高纯氦气瓶9相连，另一端5-2与高精度数字压力计连接，实现对充气量的精确控制，另外第三出口端5-3与第二泵组8相连，实现不充氦气时热开关金筒15的高真空状态。另外，通过压力控制系统33使得标定系统内部呈现一个压力高度稳定并且可控的状态。第一泵组6和复合真空罩11相连，一直处于开启的状态，维持热开关金筒15和复合真空罩11之间密闭空间的高真空环境。
如图1所示的实施案例中，处于工作状态时，一方面制冷机32启动，向一级冷头24和二级冷头22迅速传递冷量，使其在短时间内降温达到设定的温度；同时，通过热开关金筒15所在的第二独立气路输入一定量氦气，即热开关开启，通过压力舱17所在第一独立气路向压力舱17内部充入一定量氦气，保持非常好的导热性。两气路可以使压力舱17以及内部球腔19的温度迅速降低，该种方法能够在短时间内使系统温度降低达到工作温度。同时，热开关是处于开启的状态，通过高精度直流电源3给第一加热片20和第二加热片21施加较小的电流，配合测温温度计以及高精度数字多用表1及多点控温算法即可实现该温区的高精度控温。通过气体热开关不同工作模式、合理的多点加热控温以及高绝热结构设计，从而为压力舱17以及其内部的微波谐振球腔19提供5K-300K间连续可调的超高控温精度。从而通过数据采集系统可以实现在5K-300K温区内对基准温度计、标准温度计等高精度温度计的快速准确标定。
本发明的宽温区高精度的温度标定装置，包括有微波谐振系统，压力控制系统以及温度控制系统。采用定压气体折射率测温方法进行测温。通过氦气充入热开关金筒进行导热的热开关开启以及配套的加热片，高精度直流电源实现长时间，高精度、高稳定性的宽温区特别是极低温区的温度控制，可实现基准温度计、标准温度计的标定。
所述温度计标定系统中的微波谐振球腔，形状为准球形或球形，所述球腔设置有微波天线接口，以及联通压力舱的开孔结构，位置不止限于图1所示的位置。任何角度以及方位布置都涵盖在内。上部设置加工有圆柱型凸台，内部可以布置铑铁温度计，Cernox温度计等基准级温度计、标准温度计以及其它温度计，可以实现基准温度计、标准温度计等温度计的标定工作。
微波谐振球腔19采用准球形结构，其在x,y,z三轴方向的最长半径Rmax是最短半径Rmin的1～1.01倍，第二长半径Rmid是最短半径Rmin的1～1.01倍，最短半径Rmin可为1cm～25cm之间的任意值。需要说明的是微波谐振球腔还可采用其它如圆柱形、或多面体等几何结构。
微波谐振球腔19材料包含但不限于高导无氧铜、不锈钢等金属材料、蓝宝石、有机玻璃、钢化玻璃等非金属材料、铜氧化合物、铁(镍)基等超导材料；以及由金属材料、非金属材料、超导材料组合而成的复合型材料。
通过热开关金筒15对应的气路输入一定量氦气，即热开关开启，通过压力舱17对应的气路向压力舱17内部充入一定量氦气，保持非常好的导热性。两气路可以使压力舱9以及内部球腔16的温度迅速降低，该种方法能够在短时间内使系统温度降低达到工作温度。
热开关工作气体包含但不限于氦-3、氦-4，在高温区也可以是氖气、氮气、氩气等其它环保工质；根据温区不同，工作气体压力可在0～10MPa范围内变化。
所述温度计标定系统中制冷机一级冷头与一级法兰，二级冷头与二级法兰之间通过特定的柔性热连接相连，所述柔性热连接可采用包含但不限于直线型的结构形式。所述温度计标定系统中加热片的位置不局限于图1所示的位置，可以布置在其他位置，数量可以是1个或者多个。
本发明采用先进的定压气体折射率测温方法，可以实现在5K～300K宽温区，尤其是在5K～25K的极低温区热力学温度的高精度测量，可完成对基准级温度计以及标准级温度计的标定。通过高真空复合式设计，具备高效的绝热性能，可实现宽温区内连续可调的控温环境。
可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。