氣體温度計

用氣體温度計來體現理想氣體温標為標準温標。用氣體温度計所測得的温度和熱力學温度相吻合。氣體温度計是在容器裏裝有氫或氮氣（多用氫氣或氦氣作測温物質，因為氫氣和氦氣的液化温度很低，接近於絕對零度，故它的測温範圍很廣，這種温度計精確度很高，多用於精密測量）。它們的性質可外推到理想氣體。這種温度計有兩種類型：定容氣體温度計和定壓氣體温度計。定容氣體温度計是氣體的體積保持不變，壓強隨温度改變。定壓氣體温度計是氣體的壓強保持不變，體積隨温度改變 ^[1]  。

温度計的基本原理是一切互為熱平衡的系統都具有相同的温度值，温度的測量是間接測量，其依據是物體的温度發生變化時，物體的許多屬性都相應地發生變化，所以可以通過温度計系統表徵某一屬性的狀態參量標誌出它的温度值。即選擇一特定物質的某一隨温度變化的屬性來標誌温度。氣體温度計是應用理想氣體熱脹冷縮的特性來測量温度的。實際氣體在温度不太低、壓強不太大的情況下可視為理想氣體 ^[2]  。

圖1為器件的結構圖。

外殼a、凹腔型諧振器n、膜片d以及4.39 mL的³氦氣體容積e，都是由高導無氧銅做成的。把它們壓在一起，用氦弧焊牢。最後，在<10-2Pa （10^-4 mmHg）的壓力下，在1000℃的温度中，真空退火5h。當由1000℃的退火冷卻下來時，注意保證在氣體容積中保持上述真空度。用在77K的分子篩捕集器中淨化過的³氦氣充人到氣體容積之中，使其在室温下壓力為8x10Pa（600mm/Hg）。接着，氣體容積用夾焊密封。

微型同軸電纜P、電路的各部件j、k和l以及連接導線放在適當的位置上，並用阿克姆（Acme）化學制品及絕緣材料公司生產的E型粘結劑3021和銀環氧樹脂固定。大部分部件組裝時，使用千燥箱，使感温元件的內表面在空氣中的暴露程度減到最小。一條薄的黃銅帶m把隧道二極管接到凹腔型諧振器的中心柱上。此處如使用導電性差的導體，在頻率高達4.6GHz時，振盪器產生寄生振盪。連接的黃銅帶還必須在機械上是軟質的，使對應變敏感的內部免受電路和外壁應力的影響。薄環形支撐壁是用來最大限度地隔絕應力的，而在低温下，仍能保持電路高度的剛性和小的熱時間常數 ^[3]  。

通常所用特定測温物質的特定測温屬性建立的温標統稱為經驗温標一般地説，按同一種標度法但用不同種測温參量或同一種物質的不同測温參量，所建立的不同經驗温標製成的不同温度計，去測量同一平衡態的温度時，除了規定的標準温度點有相同的温度值外，對其他平衡態測出的温度並不嚴格一致。這種差異的出現，是因為不同物質的不同屬性隨温度變化的關係並不相同，因此當我們規定某一測温屬性隨温度做線性變化而建立起某種經驗温標後，再用按這種温標做成的温度計去測量其他測温屬性隨温度的變化關係，它就一般不再是線性的了，標度標準温度點的條件發生變化也會導致誤差 ^[2]  。

由於確認鍺電阻温度計不適用於40 K以下，於是就研究了小型定容氣體温度計用作。0.5-40K之間的温度副基準的可能性。試驗器件使用一個462MHz的隧道二極管的LC振盪器來感側密封的“氦氣體容器壁的運動。振盪器是通過把器件與處於室温的測量儀器連接起來的同軸電纜由恆定直流電流來驅動的。將從器件來的微弱的（86dBm）462MHz的射頻輸出信號放大，並測定其頻率。在無機械振動噪聲，以及温度和直流偏流不變的情況下，這些振盪器的頻率噪聲在1s的測量時間內，可低到0.4Hz的有效值 ^[1]  。