超导研究·试管婴儿·克隆绵羊·火箭发射

深冷技术与低温计量

——每降低一摄氏度都引起科技新飞跃

中国计量科学研究院  高鸿春

　　1877年，德国人林德首次将空气液化成功，这项科技成果震惊了世界科技界。当时所能达到的最低温度-190℃，这项成就不但开创了深冷技术的新纪元，同时也打开了许多新学科的大门。1898年杜瓦获得了液态氢，它在一个大气压(101kPa)下的液化点是-253℃。1908年在卡末林昂尼斯指导下的荷兰莱顿实验室获得了液体氦，达到了4.2K(-269℃)的低温。这些成就为超低温的研究奠定了坚实的基础。

　　开始阶段，低温技术的研究主要停留在实验室的范围。60年代以来低温技术迈出了实验室阶段，在低温工程和各个尖端科技领域直接转化为生产力。低温技术使许多物质表现出奇异的特性，有些金属会出现奇妙的“超导”现象。利用这个超导现象可以做出高效率的超导发电机、无损耗超导电缆，无摩擦超导轴承，选矿用的超导磁分离器，还有超导磁悬浮列车等。所以低温技术的发展吸引了更多人对超导技术进行研究。

　　最近，在医学、生物化学、动物遗传学等领域也开始大量使用深冷技术，在医学领域，器官移植手术需要先将人体器官用液体氮冷冻起来。这种冷冻要求的时间要快，器官化冻时不能破坏组织，这些技术上的问题现在已经解决。试管婴儿的诞生、克隆羊的出现都归于深冷技术的保证，深冷技术的发展在生化领域所造成的影响可见一斑。

　　由于低温技术，大型制氧机应用于炼钢，如氧气顶吹炼钢的出现促使钢铁工业得到迅猛的发展。目前国外已有了每小时生产10万立方米氧气的大型制氧机。

　　另一个促使低温技术急剧发展的因素是空间技术的发展，因为宇宙火箭的燃料需要大量的液氧和液氢。

　　超导研究、电子技术、射电天文、低温物理、生物化学、医药卫生、天然气的液化与运输等在科研生产和人民生活中都广泛运用低温技术。这些学科与低温工程的发展趋势必然对低温计量提出相应的要求。

　　科学上现在采用热力学温标T表示低温数值，单位是K(开)，称绝对温度，比用摄氏度要方便。通常按照所应用的致冷剂产生温度的方法把低温范围分成三部分:第一是氮和氢的冷凝温度范围90K～13K；第二是中间温度范围13K～4.2K；第三是氦的冷凝温度范围4.2K～1K。

　　为了准确测定低温的温度，必须有一个接近于热力学温标的温度标准，而此温标通常是按一次仪表确定的，同时还需要有二次仪表，以及对温度计进行分度的方法。

　　1990年国际温标(ITS—90)是目前比较完善的一个温标，这个温标在低温范围藉助铑铁和锗电阻温度计可以达到0.5K～27K的温度范围。

　　在13.8033K～273.16K温区可以藉助铂电阻温度计来完成测温任务，总之在目前可以藉助各种温度计和多种低温热电偶来完成低温计量。但究竟选择哪一种则要看测温范围和测温准确度来决定，以免造成浪费。

　　随着深冷技术的不断发展，低温计量工作的天地将极为广阔。