准确测量1000℃高温！

2020/09/30

1000℃高温准确测量！世界最高精度开发铂电阻温度计

产品制造、质量控制和安全管理等工业环境需要高精度的温度测量和控制。然而，1000℃左右高温范围内高精度产业技术研究院与奇诺株式会社测量稳定，精度达1/1,000℃可以开发出新型铂电阻温度计我做到了。这种世界一流温度计的开发预计将为稳定产品制造、提高质量以及确保研究场所温度控制的可靠性做出巨大贡献。

我想精确测量1000℃的高温

　温度测量是一种“传感器”技术，从日常生活到工业现场，无处不在。特别是工业现场的温度测量是稳定生产产品并同时控制质量的重要手段。热容、热传导、电阻、磁力等材料的精确温度测量以及化学反应的控制需要高精度的设备。

　在高温范围内稳定地测量温度是很困难的，直到 2016 年 AIST 开发出新型铂电阻温度计之前，还无法以最高精度测量 660 ℃ 以上的温度。''

　负责温度传感器开发和评估等温度标准研究组项目的中野隆如此表示。这里提到的最高准确度是 1/1,000°C。然而，在此之前，在660摄氏度或更高的温度范围内只能达到约1/100摄氏度的精度。

　铂电阻温度计广泛应用于半导体制造现场、化工厂、航天航空领域等。在这些场所，测量精度直接关系到产品的质量。如果精度低，则可能达不到预期的质量，良率也较差，甚至可能导致整个流程的浪费。人们对能够准确测量高温范围的温度计的需求不断增长，特别是在工业界。

为什么测量不稳定？

　2015年，AIST开始与长期合作开发温度计的Chino合作开发新型铂电阻温度计。负责人是 Widiatomo Januarius，他过去 13 年一直在 AIST 工作，负责制定温度标准并提高其准确性。

当时，提高铂电阻温度计精度的努力在全世界范围内都没有取得任何成果，人们开始有放弃的念头。然而，Widiatomo 在制造各种温度计和处理各种材料方面的经验使他能够找出哪些领域需要改进。

　物质受热变形或熔化。这正是高温测量不稳定的原因。换句话说，铂丝在高温下会拉伸，冷却时会收缩，但随着温度测量的重复，热量会导致铂丝变形并阻止其在拉伸后完全恢复。此外，表面氧化膜的状态会因热量而发生变化。我们推断这会改变电阻并使测量不稳定。”

减少热变形并实现世界一流的稳定性

　采用铂丝作为传感器部分的铂电阻温度计，利用铂的特性来测量铂在你想要测量的温度下的电阻值，并将其转换为温度。

Widiatomo详细研究了传感器部分铂丝的状况，反复进行实验，并继续寻找能够稳定电阻值的条件。 2016年，他们发现，在传感器制造过程中向铂丝施加一定量的热量，然后将温度降低到一定水平，表面就会变得稳定。

与此同时，致力于抑制热应变的奇诺成功开发了一种新结构，可以防止铂丝上部的膨胀和收缩传递到传感器部分的铂丝。

　电阻值真的会保持不变吗？ Widiatomo将经过热处理的铂丝应用到Chinow开发的结构上，并在001°C的水三相点和96178°C的银凝固点进行热循环测试，将铂丝升至高温，然后返回低温以测量其电阻。传统温度计的电阻值随着每个循环而增加，在第四次热循环测试中，电阻值波动达到了001℃。然而，采用新结构的温度计，即使经过多次测试，电阻值波动也很小，稳定在±00005摄氏度。

　“这样一来，可稳定测量的温度就扩大了近300摄氏度，从660摄氏度左右扩大到1000摄氏度左右。可靠性处于世界最高水平。”Widiatomo微笑着说道。

　有了这款新型温度计，历史上首次可以保证 1,000 ℃ 左右的温度标准，精度达到 1/1,000 ℃。这是一项不仅与工业进步而且与整个科学进步直接相关的成就。

　Nakano 和 Widiatomo 异口同声地说：“从现在开始，我们将继续开发能够以最高精度测量 1000 摄氏度或更高温度的温度计，为工业和科学做出贡献。”

公制标准中心
物理测量标准研究部
温度标准研究组
研究组组长

中野隆

中野彻