声学温度计的声波导管的研究

热力学温度是客观世界真实的温度，是制定国际温标的基础。现在在科学和工程上广泛应用的国际温标(ITS-90)是建立在不同固定点和区域的热力学温度测量值上的协议温标。目前在500 K~700 K温度范围内的热力学温度的测量值有很大的分歧，从而导致国际温标在这个区域的不确定性很大。声学温度计是最有可能在这个区域高精度测量热力学温度的基准温度计,但是在这个温度区域声源和气体污染问题一直制约着它的发展。声波导管是解决这些难题的关键。本文拟以圆柱型声学共鸣腔为基础，采用理论和实验相结合的方法对声波导管的声场特性和对声学共振频率的扰动进行研究。理论上结合声学理论和热力学理论来描述声波导管阻抗和声速测量的非理想行为，建立基于深刻物理机制、具有广泛适用性和较高精度的理论模型，寻求基础理论研究的创新，并有针对性的开展实验研究来发展和验证理论模型，同时可供工程设计和应用。

热力学温度是客观世界真实的温度，是制定国际温标的基础。现在在科学和工程上广泛应用的国际温标(ITS-90)是建立在不同固定点和区域的热力学温度测量值上的协议温标。目前在500 K~700 K温度范围内的热力学温度的测量值有很大的分歧，从而导致国际温标在这个区域的不确定性很大。声学温度计是最有可能在这个区域高精度测量热力学温度的基准温度计,但是在这个温度区域声源和气体污染问题一直制约着它的发展，声波导管是解决这些难题的关键。本文以一阶声学微扰理论为基础，系统研究了声学温度计声波导管的阻抗、传感器和对理想谐振频率的扰动等内容。.建立了新的测量导管平均内径的方法，结合“T”型网络对导管声学阻抗进行了描述，建立了不同结构波导管阻抗的精确描述，并对不同长度导管的阻抗进行了测量，验证了理论模型的准确性。.以圆柱型共鸣腔为基础，建立了以压电陶瓷(PZT)+薄膜结构，替代传统的电容式麦克风来作为激励和接收传感器。新传感器把测量共振频率fN的不确定度降低了一个数量级。.把壳体振动修正方程引入到标定共鸣腔有效尺寸的模型中，对于不同的声学谐振模式，得到了统一的长度和半径；以Ar气声速测量值为基础，利用相对法测量了N2和CO2的气相声速，并计算了理想气体比热容和声速第二维里系数。.基于一阶声学微扰理论建立了导管扰动的理论模型和修正方程，分析了导管内径、长度和连接结构等方面对圆柱型共鸣腔中理想谐振频率的偏移和半宽改变；进一步测量了不同长度导管对共鸣腔谐振频率的改变。.建立的声波激励和接收的声波导管，并对不同导管长度、内径和消声体积等因素对阻抗的影响进行了分析，最终确定了最优的声波导管尺寸。