Måling med lav temperatur

Måling av lav temperatur i kryogene systemer inkluderer hovedsakelig temperaturmåling, vakuummåling, måling av flytende nivå og strømningsmåling.

Den internasjonale enhetlige standarden for temperaturmåling er den internasjonale temperaturskalaen (ITS). Mitt land har tatt i bruk denne temperaturskalaen som den nasjonale målestokken for lovpålagt temperatur i mange år. Temperaturskalaen som for øyeblikket er brukt, er 1990 International Temperature Scale (Its -1990).

Temperaturmåling må velge måleverktøy i henhold til området for den målte temperaturen, hovedsakelig termometeret. Her er flere ofte brukte termometre.

1. Metallmotstandstermometer

Resistiviteten til en leder eller halvleder endres med temperatur, som er grunnlaget for et enkelt og pålitelig motstandstermometer. Under 961,78 grader bruker den internasjonale temperaturskalaen et platina -motstandstermometer. I tillegg til platina, har andre materialer som kobber, nikkel og indium blitt brukt som motstandstermometermaterialer. Nikkel er utsatt for deformasjon ved romtemperatur, så resistiviteten endres over tid, og stabiliteten til termometeret er dårlig. Indiummotstandstermometre har høyere følsomhet enn platinaristens ved lave temperaturer.

En viktig del av å installere et motstandstermometer er å eliminere termisk og mekanisk stress, fordi stress vil gi ekstra motstand. Pansret platinas motstandstermometre brukes ofte i industriell produksjon. Disse termometerne er vanligvis innkapslet i et sylindrisk metallskall med en diameter på omtrent 4 mm og en lengde på ca. 10 ~ 12mm.

2. Halvledermotstandstermometer

Siden konduktiviteten til halvledere er relatert til temperatur, kan dette materialet brukes som et motstandstermometer. Under høye temperaturforhold er resistiviteten (det inverse av konduktivitet) proporsjonal med den eksponentielle funksjonen til det inverse av den termodynamiske temperaturen, som kjennetegner de ledende egenskapene til halvledere. Under lave temperaturforhold skyldes ledning tilstedeværelsen av urenheter (frigjør eller akseptere elektroner).

Germanium motstandstermometer er et mye brukt halvledermotstandstermometer, der arsen, gallium eller antimon dopes for å oppnå de ønskede motstandskarakteristikkene. Germanium er forseglet i en metallboks og fire ledninger er koblet sammen. Det typiske arbeidsområdet for industrielle germaniummotstander er mellom 1,5 og 100 K. Germaniummotstand termometre er vanligvis kalibrert ved syv temperaturpunkter.

Karbonresistenstermometre har blitt mye brukt som termometre for måling av lav temperatur på grunn av høy følsomhet, lav pris, liten størrelse og relativt enkel motstandstemperaturkurve for karbonresistens.

3. Termoelementets termometer

Termoelementer kan brukes til temperaturmåling i det normale temperaturområdet og i miljøer med lav temperatur. Det ene krysset av termoelementet plasseres i temperaturen som skal måles, og det andre krysset er plassert i referansetemperaturmiljøet. For eksempel: Bruke et isbad som et referansepunkt og måle lav temperatur med en termoelement, hvis den nødvendige temperaturoppløsningen er omtrent 0. 1K, må måleinstrumentet ha en nøyaktighet på 1μV; Hvis et flytende nitrogenbad (eller flytende hydrogenbad) brukes som et referansepunkt, vil det totale termoelektriske potensialet bli redusert. Fordelen med å bruke et referansepunkt for lav temperatur er at ledningsvarmen langs termoelementets ledning kan reduseres kraftig.

Indikasjonen på temperatur kan bestemmes ved å konvertere det målte termoelektriske potensialet ved kalibreringskurveforholdet (tilsvarende en viss referansetemperatur).

Det er tre vanlige termoelementer med lav temperatur: kobber-konstantan (T-type), nikkel-krom-konstantan (E-type) og nikkel-krom-nikkel-silicon (k type) termous, som ofte er brukt i temperaturen) Nikkel-krom-gull-jern (jernmassefraksjon er 3%) Termoelementer kan brukes i det lave temperaturområdet 10 ~ 180K.

En ulempe med termoelementer er at det termoelektriske potensialet er for lite, vanligvis i Millivolt -nivået. Dette problemet kan løses ved å bruke flere termoelementer for å danne en termoelement hauge. Det termoelektriske potensialet til termoelementhaugen er summen av de termoelektriske potensialene til de stablede termoelementene, det vil si det termoelektriske potensialet til N Thermocouble er n ganger det termoelektriske potensialet til en enkelt termokering.

Varmeledningen langs termoelementtråden kan forårsake alvorlige feil i måling av termoelementets temperatur. For å redusere denne situasjonen, la en viss lengde på termoelementstråd passere gjennom en isotermisk miljø med lavere temperatur (kjøleribbe), slik at feilen blir redusert. I tillegg kan bruken av en veldig liten diameter termoelementstråd også redusere temperaturmålingsfeilen.

4. Damptrykktermometer

Damptrykktermometre måler temperaturen ved å bruke egenskapen at det mettede damptrykket til en væske er en fast funksjon av temperaturen på væsken i kontakt med dampen. Termometeret består av en temperaturpære fylt med ren gass, som kan kondenseres innenfor temperaturområdet. Temperaturpæren er koblet til trykkmålingsanordningen gjennom et kapillærrør.

Fordelen med damptrykktermometre er at de har høy følsomhet innenfor applikasjonstemperaturområdet. For eksempel, i temperaturområdet 63 ~ 80 K, er følsomheten til nitrogentermometre 15 ~ 3 kPa/k. Tilsvarende krever ikke damptrykktermometre korreksjoner for fast volum eller gass som ikke-ideer som konstant volum gasstermometre. En stor ulempe med denne typen termometer er at temperaturmålingsområdet er for lite, og en enkelt væske kan ikke brukes til å måle alle temperaturer fra væske han til omgivelsestemperatur. Selv om damptrykktermometre kan brukes til å måle temperaturer fra trippelpunktet til det kritiske punktet, brukes disse termometre vanligvis bare for temperaturmålinger i damptrykkområdet på 5 ~ 250kpa.

Væskens renhet i termometeret er kritisk, og en liten mengde urenheter vil føre til at damptrykket avviker fra forholdet mellom det mettede damptrykket og temperaturen til det rene stoffet. Samtidig skal det bemerkes at det faste volumet skal være lite nok og at temperaturen på tilkoblingsrøret ikke skal være lavere enn temperaturen på temperatursenseringspakken.