放射性核素量熱計(jì)研制

劉麗飛 武 超 胡石林 呂衛(wèi)星 任 英 尹文續(xù)

（中國(guó)原子能科學(xué)研究院 北京 102413）

量熱法可用于各種產(chǎn)熱樣品的熱功率測(cè)量，是一種準(zhǔn)確度較高的非破壞性分析方法［1?5］。通過(guò)測(cè)量核素放射性衰變產(chǎn)生的熱功率，結(jié)合樣品的同位素組成，量熱法可推算樣品中核材料的質(zhì)量。與其他定量分析方法相較，量熱法具有：無(wú)損檢測(cè)、過(guò)程簡(jiǎn)單、不會(huì)增加輻射外逸風(fēng)險(xiǎn)；測(cè)量不受樣品形狀、形態(tài)、非放射性雜質(zhì)含量及其分布影響；對(duì)于部分固化存儲(chǔ)的氣態(tài)放射性物質(zhì)（典型如氚）而言，計(jì)量準(zhǔn)確度不受基體滯留量限制等優(yōu)勢(shì)［1,6?8］。

作為衰變熱功率檢測(cè)的有效手段，核量熱計(jì)由來(lái)已久，且得到了深入研究，先后開(kāi)發(fā)出絕熱、等溫、熱流等測(cè)量方法［9?10］。熱流型量熱計(jì)具有較好的測(cè)量精度，在核材料質(zhì)量計(jì)量領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。熱流型核素量熱計(jì)工作原理基于系統(tǒng)達(dá)到熱平衡后在特定熱流路徑上的穩(wěn)定溫度梯度分布，以檢測(cè)熱功率所導(dǎo)致的溫升來(lái)間接表征衰變熱功率。溫差傳感部件是量熱計(jì)的核心結(jié)構(gòu)部件，其檢測(cè)性能直接關(guān)系著熱致溫升的快速有效甄別，顯著影響量熱計(jì)的應(yīng)用性能。降低測(cè)量時(shí)間、提高測(cè)量精度及穩(wěn)定性是量熱系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵要素。穩(wěn)定測(cè)量環(huán)境是精度改善的關(guān)注要點(diǎn)，而預(yù)熱裝置、預(yù)測(cè)模式［11?13］等是目前顯著降低測(cè)量時(shí)間的主要方法。因核心溫差傳感器較為敏感，部分測(cè)量系統(tǒng)需要較為精細(xì)地運(yùn)行維護(hù)。此外，測(cè)量?jī)x表及程控精度關(guān)系著量熱系統(tǒng)的測(cè)量精度及運(yùn)行穩(wěn)定性，尤其對(duì)于采用電熱標(biāo)定的量熱系統(tǒng)，標(biāo)定功率的恒定穩(wěn)定輸出控制是系統(tǒng)刻度曲線有效性的前提，直接關(guān)系到樣品測(cè)量的有效性。目前，放射性核素量熱計(jì)在針對(duì)諸如系統(tǒng)標(biāo)定及重復(fù)測(cè)量等相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的流程操作上，測(cè)控程序的自動(dòng)化及便捷程度尚存改進(jìn)空間。

為了有效檢測(cè)位于熱流路徑特定區(qū)段上測(cè)量環(huán)節(jié)的特征溫差，本研究通過(guò)核心溫差傳感部件的合理選材及制作工藝的設(shè)計(jì)優(yōu)化，在保障特征信號(hào)靈敏度的前提下，研制了分區(qū)型熱電堆。對(duì)檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行分區(qū)，實(shí)現(xiàn)來(lái)自傳感器及檢測(cè)儀表的特征信號(hào)的雙重冗余；采用雙杯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以參考杯抵償環(huán)境擾動(dòng)影響［14］；對(duì)熱電堆進(jìn)行特定封裝，隔離環(huán)境不穩(wěn)定因素；有效提升測(cè)量穩(wěn)定性及系統(tǒng)可靠性。同時(shí)，通過(guò)甄選精密儀表部件，合理布局測(cè)控邏輯，研制了精密可調(diào)的恒定電熱功率源，實(shí)現(xiàn)了量熱系統(tǒng)的全數(shù)字控制和自動(dòng)標(biāo)定測(cè)量，有效提高放射性核素量熱計(jì)的運(yùn)行效率。

1 量熱計(jì)系統(tǒng)構(gòu)造

采用穩(wěn)態(tài)測(cè)量模式，取用熱電勢(shì)作為特征信號(hào)，以熱電堆作為溫差檢測(cè)傳感器，進(jìn)行量熱計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)?？紤]到實(shí)測(cè)樣品熱功率及尺寸的差異性，以及測(cè)量的靈敏度與穩(wěn)定性，熱流型核素量熱計(jì)設(shè)計(jì)及使用宜考慮以下因素：1）采用雙杯對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，以有效抵償環(huán)境溫度瞬態(tài)波動(dòng)的干擾；2）測(cè)量信號(hào)具有足夠的靈敏度，熱功率特征值明顯；3）環(huán)境條件適當(dāng)可控，以降低環(huán)境定向偏移所導(dǎo)致的系統(tǒng)熱量分布漂移。

1.1 總體結(jié)構(gòu)

所設(shè)計(jì)量熱計(jì)總體結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，可分為測(cè)溫單元、恒溫單元和測(cè)控單元。測(cè)溫單元為系統(tǒng)進(jìn)行溫差/溫度采集的硬件部分，主要由自制熱電堆溫差檢測(cè)傳感器及布放于恒溫體表面不同位置的PT-100型鉑電阻溫度傳感器組成；恒溫單元為穩(wěn)定測(cè)量環(huán)境溫度而設(shè)置的恒溫體；測(cè)控單元為信號(hào)采集儀表及系統(tǒng)測(cè)控軟件，通過(guò)交互界面進(jìn)行量熱計(jì)操作控制。

圖1 量熱計(jì)總體結(jié)構(gòu)Fig.1 Overall structure of the calorimeter

測(cè)試時(shí)，位于樣品杯和參考杯內(nèi)的熱電堆傳感器將樣品的發(fā)熱功率及環(huán)境本底溫度波動(dòng)轉(zhuǎn)化為熱電勢(shì)，電勢(shì)信號(hào)由一臺(tái)數(shù)字納伏表及一臺(tái)數(shù)字多功能表分別精確收集，形成源信號(hào)冗余測(cè)量。恒溫單元為量熱計(jì)主體提供穩(wěn)定的溫度環(huán)境，其監(jiān)測(cè)溫度由數(shù)字多功能表采集。直流恒流電源為電熱樣品提供精確穩(wěn)定的電加熱功率。系統(tǒng)軟件控制量熱計(jì)主體、數(shù)字多功能表、數(shù)字納伏表、雙路直流電源的正常工作，完成對(duì)各測(cè)量杯熱電勢(shì)信號(hào)的采集、模數(shù)轉(zhuǎn)換和處理，同時(shí)具有數(shù)據(jù)分析顯示和存儲(chǔ)、標(biāo)準(zhǔn)曲線制作、樣品分析及結(jié)果輸出等功能。為便于維持穩(wěn)定測(cè)量，實(shí)體系統(tǒng)置于環(huán)境相對(duì)穩(wěn)定測(cè)試空間使用維護(hù)。

1.2 測(cè)溫單元

量熱計(jì)以表征熱功率所形成的溫差敏感信號(hào)為測(cè)量主體功能，自制熱電堆作為主體溫差傳感部件。熱電堆為多個(gè)熱電偶串聯(lián)而成，利用塞貝克效應(yīng)所產(chǎn)生的溫差電勢(shì)進(jìn)行溫差檢測(cè)。熱電堆成型后進(jìn)行封裝固化，以增強(qiáng)其對(duì)于環(huán)境不穩(wěn)定因素的承受能力，增強(qiáng)系統(tǒng)可靠性，方便操作及維護(hù)。

測(cè)溫單元結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括熱電堆、均溫室壁、樣品座。用作溫差檢測(cè)的熱電堆是量熱計(jì)的關(guān)鍵部件，由堆體和傳熱元件組成。綜合考慮熱電勢(shì)率、溫度范圍、熱平衡時(shí)間常數(shù)、熱電特性的長(zhǎng)期穩(wěn)定性、制作工藝及來(lái)源等諸多因素，選用銅-康銅作為熱電偶兩極材料，一種低導(dǎo)熱系數(shù)的環(huán)氧樹(shù)脂作為傳熱元件。熱電堆采用分區(qū)式結(jié)構(gòu)（圖3），由側(cè)壁傳感區(qū)及底部傳感區(qū)組成，分別引出信號(hào)至數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，輸出相應(yīng)特征電勢(shì)作為功率表征參數(shù)。全部傳感區(qū)總計(jì)836對(duì)熱電結(jié)，總熱電系數(shù)約為37.6 mV?K?1。信號(hào)分區(qū)可實(shí)現(xiàn)依據(jù)樣品熱功率分布狀態(tài)靈活調(diào)整各區(qū)信號(hào)比例，以最優(yōu)化整體信噪比，提升測(cè)量性能，提高系統(tǒng)靈活性。此外，分區(qū)式結(jié)構(gòu)利于整機(jī)正常測(cè)量功能的維持，顯著提升系統(tǒng)可靠性。

圖2 量熱計(jì)測(cè)溫單元Fig.2 Temperaturemeasureunit of thecalorimeter

圖3 熱電堆傳感器分區(qū)示意Fig.3 Schematic diagram of thermopile sensor partition

測(cè)量時(shí)，樣品釋放熱量，通過(guò)測(cè)量室均溫內(nèi)壁產(chǎn)生溫升，熱電堆因內(nèi)外兩側(cè)溫度梯度而產(chǎn)生熱電勢(shì)信號(hào)。選用熱阻小、比熱大的銅材質(zhì)作為樣品座的制作材料。設(shè)計(jì)了多種尺寸的純銅樣品座，以在一定范圍內(nèi)適應(yīng)樣品尺寸的多樣性。

采用對(duì)稱(chēng)雙杯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)降低環(huán)境溫度波動(dòng)的影響。樣品杯和參考杯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完全一致，實(shí)測(cè)樣品時(shí)，參考杯功率空置。參考杯設(shè)計(jì)消除環(huán)境溫度噪聲效果如圖4，對(duì)稱(chēng)雙杯設(shè)計(jì)可以有效提高測(cè)試結(jié)果穩(wěn)定性。

圖4 雙杯設(shè)計(jì)消除環(huán)境噪聲效果圖Fig.4 Elimination of environmental noise by dualcompensated chamber design

1.3 測(cè)控單元

測(cè)控單元架構(gòu)如圖5所示，主要分為傳感測(cè)量?jī)x表、數(shù)字源表及計(jì)算機(jī)測(cè)控軟件。通過(guò)軟件程序?qū)崿F(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)獲取、功能設(shè)定、邏輯判斷及輸出功率的設(shè)定控制等功能。

圖5 量熱計(jì)測(cè)控系統(tǒng)架構(gòu)Fig.5 Framework of the calorimeter control system

傳感測(cè)量?jī)x表主要有數(shù)字納伏表及數(shù)字多功能表，負(fù)責(zé)采集熱電勢(shì)、溫度信號(hào)，并將相關(guān)數(shù)據(jù)暫存于自身內(nèi)存中，計(jì)算機(jī)測(cè)控軟件通過(guò)專(zhuān)屬鏈接通訊，獲取實(shí)時(shí)熱電勢(shì)、溫度信號(hào)并轉(zhuǎn)化為特定格式數(shù)據(jù)文件存儲(chǔ)。

通過(guò)計(jì)算機(jī)測(cè)控軟件可實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)量熱計(jì)的功能操作，特別是通過(guò)高精度數(shù)字源表進(jìn)行電熱功率輸出控制：由交互界面設(shè)定加熱功率后，設(shè)置值經(jīng)接口程序發(fā)送到高精度數(shù)字源表，經(jīng)閾值判定后，確認(rèn)寫(xiě)入功率信息；源表供電電熱模擬體，并獲取實(shí)際輸出功率信息；源表內(nèi)置腳本程序即時(shí)判定實(shí)際功率與預(yù)設(shè)功率差異，反饋調(diào)節(jié)直流電流輸出，以使輸出功率恒定維持于設(shè)定值。

測(cè)控單元軟件界面如圖6所示，具備數(shù)據(jù)顯示、標(biāo)準(zhǔn)曲線刻度、數(shù)據(jù)處理、結(jié)果分析及打印等功能，同時(shí)兼具以下提高測(cè)量效率及設(shè)備可靠性的新功能：1）連續(xù)自動(dòng)測(cè)量，該功能允許在使用電熱源進(jìn)行系統(tǒng)刻度及樣品重復(fù)性測(cè)量時(shí)，全過(guò)程自動(dòng)處理；2）元件異常提示，即時(shí)提醒操作人員設(shè)備元器件異常狀態(tài)，避免損壞元件。便捷化程序設(shè)計(jì)，增強(qiáng)系統(tǒng)的靈活性。

圖6 量熱計(jì)測(cè)控系統(tǒng)軟件界面Fig.6 Softwareinterfaceof calorimeter control system

1.4 恒溫單元

量熱計(jì)測(cè)試過(guò)程常規(guī)環(huán)境變量主要為溫度，為形成穩(wěn)定的平衡態(tài)溫度梯度分布，熱流型量熱計(jì)對(duì)冷端溫度穩(wěn)定性要求較高。為穩(wěn)定恒溫體溫度，選擇 熱 容 較 高 的 金 屬 鋁（T=25 oC，CP=0.906 kJ?kg?1?K?1）作為量熱室外部恒溫體造材。環(huán)境無(wú)顯著氣流影響下，樣品室功率空置時(shí)鋁錠恒溫效果如圖7所示，測(cè)試時(shí)長(zhǎng)12 h，以實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差表征的溫度穩(wěn)定度為0.03℃。

圖7 恒溫體表面溫度曲線Fig.7 Surfacetemperaturecurveof thermostat

2 量熱計(jì)性能測(cè)試

2.1 熱平衡時(shí)間

系統(tǒng)達(dá)到熱平衡狀態(tài)所經(jīng)歷的時(shí)間直接關(guān)系到量熱測(cè)量所需的必要時(shí)間，即所設(shè)計(jì)測(cè)試結(jié)構(gòu)的時(shí)間效率。以電熱模擬樣品對(duì)系統(tǒng)熱平衡用時(shí)進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試條件如下：1）測(cè)試系統(tǒng)所處房間溫度恒溫25℃；2）選取多組功率值進(jìn)行測(cè)試（1.0 W、1.2 W、1.5 W、2.0 W）；3）為保證測(cè)量的有效性，單位測(cè)量時(shí)長(zhǎng)不小于16 h。典型PS=1.0 W樣品的熱平衡曲線如圖8所示。

圖8 樣品熱平衡曲線Fig.8 Sample thermal equilibrium curve

為確保所取用數(shù)據(jù)達(dá)到熱平衡狀態(tài)的真實(shí)性，制定如下平衡態(tài)判定準(zhǔn)則：連續(xù)60 min內(nèi)所獲得熱電勢(shì)數(shù)據(jù)精度小于精度限值，方可認(rèn)為系統(tǒng)已達(dá)到熱平衡狀態(tài)。不同精度限值將產(chǎn)生不同的平衡用時(shí)，即可判定系統(tǒng)進(jìn)入熱平衡狀態(tài)的最少時(shí)間，該值將直接決定量熱系統(tǒng)單位測(cè)量時(shí)間的最低限值。不同精度限值下的熱平衡用時(shí)如表1所示，對(duì)于所建立的量熱系統(tǒng)而言：1）60 min內(nèi)數(shù)據(jù)精度小于0.10%時(shí)，建立熱平衡最少用時(shí)約為8 h；2）60 min內(nèi)數(shù)據(jù)精度小于0.05%時(shí)，建立熱平衡最少用時(shí)約為10 h。

表1 量熱系統(tǒng)不同精度限值下熱平衡用時(shí)Table1 Timefor calorimetric system to reach thermal equilibrium at different precision limit

當(dāng)前工作于熱平衡穩(wěn)態(tài)模式下的放射性核素量熱計(jì)測(cè)量時(shí)間通常在幾小時(shí)到幾十小時(shí)，主要集中在十幾小時(shí)量級(jí)，本研究所建立量熱計(jì)穩(wěn)態(tài)測(cè)量用時(shí)不低于系統(tǒng)建立熱平衡用時(shí)（10 h），與現(xiàn)行技術(shù)普遍用時(shí)相當(dāng)。

2.2 測(cè)量精密度

測(cè)量精密度由兩部分體現(xiàn)：?jiǎn)未螠y(cè)量平衡各點(diǎn)的離散程度，代表了系統(tǒng)熱平衡的穩(wěn)定性，以及同一樣品重復(fù)測(cè)量組間結(jié)果的分散性，代表了測(cè)試系統(tǒng)及測(cè)量方法的穩(wěn)定性。此處，選取1.0 W功率電熱模擬樣品進(jìn)行重復(fù)測(cè)量，單次測(cè)量數(shù)據(jù)精密度（記作SS）由量熱系統(tǒng)達(dá)到熱平衡狀態(tài)后60 min內(nèi)熱電堆輸出信號(hào)的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差衡量，重復(fù)測(cè)量數(shù)據(jù)精密度（記作SM）由6次重復(fù)測(cè)量數(shù)據(jù)的離散程度表征。測(cè)試系統(tǒng)所處房間溫度恒溫25℃，精密度測(cè)試結(jié)果如表2所示，對(duì)于1.0 W電熱模擬樣品，單次測(cè)量平衡電勢(shì)信號(hào)的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差小于0.1%；6次重復(fù)測(cè)量，總電勢(shì)測(cè)量結(jié)果組間相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.17%，具備較好的測(cè)量精度及穩(wěn)定性。

表2 電熱樣品精密度測(cè)試結(jié)果Table 2 Precision test result of electrothermal sample

2.3 刻度曲線

為獲得樣品熱功率與量熱計(jì)輸出熱電勢(shì)間的函數(shù)關(guān)系，于25℃環(huán)境下，選取0.5~2.0 W熱功率范圍對(duì)量熱計(jì)進(jìn)行刻度，以獲取該功率范圍內(nèi)量熱計(jì)輸出熱電勢(shì)（e）與測(cè)試樣品熱功率（P）之間的擬合關(guān)系，得到量熱計(jì)的靈敏度系數(shù)。采用二次多項(xiàng)式對(duì)標(biāo)定測(cè)試結(jié)果進(jìn)行擬合，得到輸出電勢(shì)與輸入功率之 間 關(guān) 系：e=?8.227 7×10?16×P2+3.436 9×P+0.016 84，相關(guān)系數(shù)R2=1。根據(jù)擬合結(jié)果，標(biāo)定功率范圍內(nèi)曲線線性相關(guān)度較好，靈敏度因子較穩(wěn)定，如圖9所示。

圖9 電勢(shì)與熱功率的擬合關(guān)系Fig.9 Fitting curve between electric potential and thermal power

2.4 結(jié)果驗(yàn)證

通過(guò)已知功率驗(yàn)證檢驗(yàn)刻度曲線，根據(jù)電熱功率校準(zhǔn)結(jié)果。測(cè)量不同輸入電熱功率時(shí)的輸出電勢(shì)，通過(guò)刻度曲線計(jì)算相應(yīng)源功率，結(jié)果如表3所示，所測(cè)試功率的測(cè)量結(jié)果與輸入標(biāo)準(zhǔn)功率值偏差均小于0.5%。

表3 測(cè)量結(jié)果與輸入源功率差異Table 3 Difference between measured result and input source power

2.5 熱分布誤差

量熱測(cè)量時(shí)由樣品熱源在量熱室內(nèi)所處位置的差異所引入的測(cè)量誤差為熱分布誤差。電熱功率的載體形式及位置一定程度上代表了樣品熱源的分布情況，為考察熱源分布對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，采用外置薄膜電加熱器及內(nèi)置電阻加熱器對(duì)同一電熱模擬體進(jìn)行了恒定功率輸出，并在不同功率下進(jìn)行了測(cè)試。所采用電熱模擬體內(nèi)部填充高導(dǎo)熱介質(zhì)，置于量熱室內(nèi)固定位置，對(duì)內(nèi)置及外置加熱器件分別輸出0.5 W、1.0 W、1.5 W的恒定電熱功率，以側(cè)壁熱電堆信號(hào)作為特征電勢(shì)信號(hào)，對(duì)同一功率進(jìn)行多次重復(fù)測(cè)量，以避免隨機(jī)誤差的影響，結(jié)果如表4所示?？梢钥闯?，在所測(cè)試熱源功率下，對(duì)于同一基體，電熱源形式差異所產(chǎn)生的熱分布差異對(duì)于以側(cè)壁電堆進(jìn)行特征信號(hào)表征的電熱模擬體測(cè)試結(jié)果影響并不顯著。

表4 熱源形式對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響Table 4 Influence of heat source form on measured results

在進(jìn)行放射性樣品測(cè)量時(shí)，放射性核素在其包容體內(nèi)分布的均勻性并不能得到有效保證，因而樣品放置方位的差異也可能帶來(lái)熱分布的差異，對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生不確定性影響，尤其對(duì)于非對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)樣品，影響可能更為顯著。在前述側(cè)壁電堆測(cè)試結(jié)果的基礎(chǔ)上，選擇1.0 W熱功率點(diǎn)，隨機(jī)變換熱源形式及位置方位，進(jìn)一步綜合模擬熱分布對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響?？傆?jì)6組實(shí)驗(yàn)，各組熱源形式及位置方位隨機(jī)，以熱電堆總體信號(hào)作為特征電勢(shì)信號(hào)，測(cè)試結(jié)果如表5所示。采用式（1）計(jì)算熱分布位置效應(yīng)系數(shù)：

表5 不同熱源位置下熱電堆的總輸出信號(hào)Table5 Output voltageof thermopileon different heat source location

式中：ST為熱分布位置效應(yīng)為n次測(cè)量的電勢(shì)平均值，mV；ei為第i次測(cè)量的電勢(shì)值，mV；n為測(cè)試位置數(shù)。

通過(guò)熱電堆總輸出信號(hào)表征的量熱系統(tǒng)熱分布位置效應(yīng)系數(shù)為0.70%，顯著高于以側(cè)壁熱電堆特征信號(hào)表征的熱源形式所導(dǎo)致的熱分布對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。據(jù)此可以推斷，對(duì)于本測(cè)試系統(tǒng)，熱分布差異對(duì)于底部熱電堆特征信號(hào)的影響顯著高于側(cè)壁熱電堆。因樣品測(cè)試位置靠近底部熱電堆，熱流路徑短，熱傳導(dǎo)快，熱分布差異顯現(xiàn)得更為明顯。系統(tǒng)設(shè)計(jì)了活動(dòng)式樣品座，以輔助固定樣品位置，以盡可能規(guī)避可能存在的位置效應(yīng)所導(dǎo)致的熱分布誤差。

2.6 檢測(cè)限

以10倍基線噪聲定義檢測(cè)下限，保守定義信號(hào)噪聲幅值至0.01 mV，則系統(tǒng)檢測(cè)下限理論計(jì)算值為29.10 mW。以30 mW作為系統(tǒng)熱功率檢測(cè)下限，通過(guò)電熱功率源驗(yàn)證檢測(cè)下限處系統(tǒng)測(cè)量效果，結(jié)果如表6所示，設(shè)定檢測(cè)下限處測(cè)量結(jié)果與輸入功率偏差小于5%。

表6 檢測(cè)下限處量熱計(jì)性能Table6 Performanceof calorimeter at lower detection limit

3 結(jié)語(yǔ)

研制了一種熱流型雙杯放射性核素量熱計(jì)，通過(guò)功能儀表聯(lián)用實(shí)現(xiàn)對(duì)同源特征電勢(shì)信號(hào)的數(shù)字化冗余測(cè)量；創(chuàng)新性提出并研制了信噪比分區(qū)熱電堆，一次成型，固定封裝，具備多路檢測(cè)傳感器，可分區(qū)獲取特征電勢(shì)信號(hào)，利于延長(zhǎng)熱電堆的使用壽命，顯著增加系統(tǒng)的可靠性及靈活性；研制了精密可調(diào)的恒定電熱功率系統(tǒng)，提高控制精度，降低實(shí)驗(yàn)誤差；設(shè)計(jì)了基于GPIB（General-Purpose Interface Bus）和網(wǎng)絡(luò)通信的計(jì)算機(jī)測(cè)控軟件，具備遠(yuǎn)程監(jiān)控能力，可實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守的自動(dòng)測(cè)量控制，降低人員進(jìn)出對(duì)測(cè)量環(huán)境的影響。

采用電熱源樣品對(duì)量熱計(jì)進(jìn)行了性能測(cè)試，結(jié)果顯示，所研制量熱系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)測(cè)量模式下平衡時(shí)間約10 h，測(cè)量精密度優(yōu)于0.2%，適用于瓦功率量級(jí)的放射性核素測(cè)量。

作者貢獻(xiàn)聲明劉麗飛負(fù)責(zé)文章的起草及最終版修訂；武超負(fù)責(zé)資料的收集及整理；胡石林負(fù)責(zé)研究的提出；呂衛(wèi)星負(fù)責(zé)研究的設(shè)計(jì)及文章的修改；任英負(fù)責(zé)研究的設(shè)計(jì)；尹文續(xù)負(fù)責(zé)資料的收集。