本发明专利技术涉及一种核辐射环境的热力学温度测量方法，其特征在于：提供一具有预定长度的石墨管；在石墨管内充入氦气；将该石墨管从反应堆顶部垂直插入至反应堆底部；向石墨管提供声信号，计算石墨管内该氦气的平均声速，根据氦气的平方声速与温度的关系，获得对应的热力学温度。本发明专利技术实现了将声学共鸣热力学温度测量应用于核辐射环境的温度测量，针对实用要求，降低绝对温度法测温技术的复杂度和操作的困难程度。本发明专利技术的声学共鸣测量核辐射环境热力学温度的方法适用于核辐射环境热力学温度测量，且适用于要求测量不受恶劣环境影响、运行状态稳定的系统。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种温度测量方法，特别的涉及一种应用声学共鸣测量核辐射环境的 热力学温度测量方法。
技术介绍
温度计按其测量原理，可分为绝对式温度计和相对式温度计。绝对式温度计亦称 热力学温度计，依据基本热力学关系式，通过直接测量热平衡系统分子平均运动能量，获得 热力学温度，温度计的测量结果不依赖于工作介质的物理性质。相对式温度计的测温不依 赖于基本热力学关系，所反映的是其某种物理性质与温度的对应关系，因此，相对式温度计 必须经过标定，才能获得定量的对应关系。鉴于绝对式温度计技术复杂、使用不便、测量耗 时，故在科学和技术研究、工业领域里使用的接触式温度计，都是按照相对法原理工作的， 例如铂电阻温度计依赖探头的电阻与温度的关系，热电偶依赖不同热电偶丝之间的热电势 与温度的关系，水银温度计依赖水银的热膨胀率与温度的关系。相对式温度计的优点是制 作和使用的技术简便，感温元件时间常数相对较小，有比较高的稳定性和测量重复性。缺 点是，温度计不能直接地定量指示被测物的热力学温度，必须在国家温度计量实验室（或 国内的各级温度计量实验室），根据ITS-90国际温标所规定技术方法，标定获取具体温度 计感温元件性质（电学性质，如电阻；或机械性质，如水银的热膨胀率随温度的变化）与 ITS-90国际温标参考固定点热力学温度赋值之间的比例关系，再按照ITS-90国际温标规 定的内插或外推计算方法，获得温度计在被校准温区内感温元件性质的温度依赖定量关 系。 相对式温度计复现ITS-90温标的精密程度，完全取决于感温元件电学或机械性 能与温度间关系的稳定性。国内外的研究和大量的实践经验指出，在极端恶劣环境下，如 核反应堆高温环境下，反应堆石墨元件碳侵蚀、中子辐射污染感温元件和丝材，都导致纯金 属感温元件的电学和机械性能发生明显改变，使得比例关系随时间发生快速明显漂移，如 欧洲的研究结果显示，热电偶在高核辐射环境下使用连续三至六个月，温度读数漂移可达 20%以上；火力发电设备上高温高化学物质污染区的温度计，连续使用几个月后，其读数漂 移可达到20%或更高。2011年12月，日本福岛核电站2号反应堆实现了冷停堆。2012年 2月，应该处在"睡眠中"的反应堆突然"苏醒"，温度突然出现升高，此前一直维持在40度左 右的温度计读数突然不断地上升到50、60、70、80度，最后竟达到了 400度，经过专家对大量 数据的分析研判，最终发现在压力容器周边的43支温度计中，有8支显示温度升高，而其它 35支并未升温。8支温度计的失灵，导致日本政府及民众虚惊一场。这些典型事例都表明， 按照相对比例关系工作的温度计，暴露在高温高污染、高核辐射下，感温元件容易被污染物 和核辐射粒子侵蚀，使得其机械和电学性能随时间发生快速明显变化，致使测量感温元件 的感温性质与温度的实际关系，明显地偏离温度计标定所获得的关系，测量感温性质所得 到的"温度"，实际上远远地偏离了当地的真实温度值。对于使用周期60年的核反应堆，其 堆芯等关键部位温度，是反应堆安全运行的关键指标和控制参数，要求温度计必须能够长 期稳定地指示当地准确的温度值。频繁地更换被污染的温度计会增加反应堆运行的成本和 技术困难，事实上也为反应堆的安全运行埋下隐患。 随着核技术的不断发展，在未来十年左右的时间内，第四代核反应堆将投入使用， 其工作介质（氦气）出口温度将从目前的800K至1100K左右提高至1300K或更高，反应堆 环境为高温高浓度碳气氛、高中子辐射。目前常用的具有良好抗核辐射性的K型热电偶将 无法适应高温环境的测温需求，现有的其他类型温度计，比如S型热电偶，丝材很容易被辐 射污染和碳侵蚀，使得其机械和电学性能都快速地发生改变，长期的高碳侵蚀也会导致防 辐射保护管脆化。 因此，上述这些因素都使得长期稳定、准确地测量第四代核反应堆关键部位的温 度成为新一代核反应堆工程化的关键技术难题。
技术实现思路
声学共鸣热力温度计被用于准确地测定玻尔兹曼常数、热力学温度，在所有的热 力学温度计中，声学共鸣热力学温度计具备最高的测量准确度。与其他类型的热力学温 度计一样，用于最高准确度测量的声学共鸣温度计系统技术上极其复杂、系统庞大、操作困 难、数据分析和处理需要非常专门化的知识。 本专利技术的目的是提供一种能够将声学共鸣热力学温度计直接测量热力学温度、与 介质的性质无关的特点用于核辐射环境的温度测量的方法。 本专利技术提供了，其特征在于：提供一具有 预定长度的石墨管；在石墨管内充入氦气；将该石墨管从反应堆顶部垂直插入至反应堆底 部；向石墨管提供声信号，计算石墨管内该氦气的平均声速，根据氦气的平方声速与温度的 关系，获得对应的热力学温度。 其中，在温度测量过程中，保持石墨管内气压与反应堆气压相等。 其中，所述石墨管两端密闭，所述石墨管具有上端盖和下端盖。 其中，在石墨管的上端盖上设置信号源。 其中，在所述上端盖上设置有声接收传感器。 本专利技术满足了实用要求，降低了技术复杂和操作的困难程度。本专利技术的声学共鸣 测量核辐射环境热力学温度的方法提出了改进的声学共鸣温度计测量方法，适用于核辐射 环境热力学温度测量。【附图说明】 图1为He平方声速随温度变化关系图； 图2为腔体中声共鸣的频率图谱。【具体实施方式】 为了便于理解本专利技术，下面结合附图对本专利技术的实施例进行说明，本领域技术人 员应当理解，下述的说明只是为了便于对本专利技术进行解释，而不作为对其范围的具体限定。 热平衡条件下，单原子理想气体统计平均动能与热力学温度kBT的关系是： UiN 丄 UUlUi (5?? Λ J I < 〇/ 'J\(I) 其中，vRMS表示质量为m的理想气体分子均方根速度，kA Boltzmann常数，T为 热力学温度。对于具有声微扰动的绝热理想单原子气体系统，单原子分子平均动能与其理 想气体声速c。有如下关系：(2) 其中，γ。为理想气体比热比，对单原子分子气体，其值为5/3。结合式（1)和（2)， 对于理想单原子气体：(3) 式中，M是单原子惰性气体摩尔质量，Na是阿伏伽德罗常数。 对于真实的单原子气体，除分当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种核辐射环境的热力学温度测量方法，其特征在于：提供一具有预定长度的石墨管；在石墨管内充入氦气；将该石墨管从反应堆顶部垂直插入至反应堆底部；向石墨管提供声信号，计算石墨管内该氦气的平均声速，根据氦气的平方声速与温度的关系，获得对应的热力学温度。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张金涛，
申请(专利权)人：中国计量科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11
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