Madal temperatuuri mõõtmine

Madal temperatuuri mõõtmine krüogeensetes süsteemides hõlmab peamiselt temperatuuri mõõtmist, vaakumi mõõtmist, vedeliku taseme mõõtmist ja voolu mõõtmist.

Temperatuuri mõõtmise rahvusvaheline ühtne standard on rahvusvaheline temperatuuriskaala (IT). Minu riik on selle temperatuuriskaala võtnud aastaid riikliku seadusega ette nähtud temperatuuri mõõtmise skaalana. Praegu kasutatav temperatuuriskaala on 1990. aasta rahvusvaheline temperatuuriskaala (selle -1990).

Temperatuuri mõõtmine peab valima mõõteriista vastavalt mõõdetud temperatuuri vahemikule, peamiselt termomeetrile. Siin on mitu tavaliselt kasutatavat termomeetrit.

1. metallist takistuse termomeeter

Juhi või pooljuhtide takistus muutub temperatuuriga, mis on lihtsa ja usaldusväärse takistuse termomeetri alus. Alla 961,78 kraadi kasutab rahvusvaheline temperatuuriskaala plaatina takistuse termomeetrit. Lisaks plaatinale on resistentsuse termomeetri materjalidena kasutatud ka muid materjale nagu vask, nikkel ja indium. Nikkel on toatemperatuuril deformeerumiseks altid, seega muutub takistus aja jooksul ja termomeetri stabiilsus on halb. Indiumiresistentsuse termomeetritel on kõrgem tundlikkus kui plaatina takistusel madalatel temperatuuridel.

Resistentsuse termomeetri paigaldamise oluline osa on termilise ja mehaanilise stressi kõrvaldamine, kuna stress annab täiendava vastupidavuse. Soomustatud plaatinaresistentsuse termomeetreid kasutatakse sageli tööstuslikus tootmises. Need termomeetrid on tavaliselt kapseldatud silindrilises metallkestas, mille läbimõõt on umbes 4 mm ja pikkusega umbes 10 ~ 12 mm.

2. pooljuhtide takistuse termomeeter

Kuna pooljuhtide juhtivus on seotud temperatuuriga, saab seda materjali kasutada takistuse termomeetrina. Kõrgete temperatuuri tingimustes on takistus (juhtivuse pöördvõrdeline) võrdeline termodünaamilise temperatuuri pöördvõrdelise eksponentsiaalse funktsiooniga, mis iseloomustab pooljuhtide juhtivaid omadusi. Madala temperatuuri tingimustes on juhtivus tingitud lisandite olemasolust (elektronide vabastamine või vastuvõtmine).

Germaniumkihi termomeeter on laialdaselt kasutatav pooljuhtide takistuse termomeeter, milles arseen, gallium või antimon legeeritakse, et saada soovitud resistentsuse omadused. Germaanium on suletud metallkastis ja neli juhtmega on ühendatud. Tüüpiline tööstuslike germaaniumtakistide vahemik on vahemikus 1,5–100 K. Germaniumi takistusega termomeetreid kalibreeritakse tavaliselt seitsmes temperatuuripunktis.

Süsinikutakistuse termomeetreid on laialdaselt kasutatud madala temperatuuri mõõtmiseks termomeetritena, kuna süsiniku takistuse kõrge tundlikkus, madal hind, väike suurus ja suhteliselt lihtne takistuse temperatuuri kõver.

3. termopaari termomeeter

Termokomplekte saab kasutada temperatuuri mõõtmiseks normaalses temperatuurivahemikus ja madala temperatuuriga keskkonnas. Termopaari üks ristmik asetatakse mõõdetava temperatuuri ja teine ​​ristmikud temperatuuri keskkonda. Näiteks: kasutades jäävanni võrdluspunktina ja madala temperatuuri mõõtmist termopaariga, kui vajalik temperatuuri eraldusvõime on umbes 0. 1K, siis kui mõõdetud termoelektrilise potentsiaal on 5 mV või kõrgem, peab mõõtmisinstrumendi täpsus olema 1 μV; Kui võrdluspunktina kasutatakse vedelat lämmastikvanni (või vedelat vesinikuvanni), väheneb kogu termoelektriline potentsiaal. Madala temperatuuri võrdluspunkti kasutamise eeliseks on see, et termopaari traadi juhtivust soojust saab tunduvalt vähendada.

Temperatuuri näidustust saab määrata mõõdetud termoelektrilise potentsiaali teisendamise teel kalibreerimiskõvera suhte abil (mis vastab teatud referentsitemperatuurile).

Seal on kolm levinud madala temperatuuriga termopaari: vask-konstantan (t tüüpi), nikkel-charomium-constantan (e tüüp) ja nikkel-cromium-nickel-silicon (k tüüpi) termopaarid, mida tavaliselt kasutatakse -200 aste temperatuuri mõõtmise vahemikus (või eespool); Nikkel-kromium-kuldraud (rauamassi fraktsioon on 3%) Termopaare saab kasutada madala temperatuuri vahemikus 10 ~ 180K.

Termopaaride üks puudus on see, et termoelektriline potentsiaal on liiga väike, tavaliselt Millivolti tasemel. Selle probleemi saab lahendada, kasutades mitmeid termopaaride termopaaride vaia moodustamiseks. Termopaaride hunnikul termoelektriline potentsiaal on virnastatud termopaaride termoelektriliste potentsiaalide summa, see tähendab, et N -termopaaride termoelektriline potentsiaal on ühe termoelektrilise potentsiaal ühe termopaari termoelektrilise potentsiaaliga.

Termopaari traadi soojusjuhtivus võib termopaari temperatuuri mõõtmisel põhjustada tõsiseid vigu. Selle olukorra vähendamiseks laske teatud pikkus termopaari traadil läbi madalama temperatuuri isotermilise keskkonna (jahutusradiaatori), nii et viga väheneks. Lisaks võib väga väikese läbimõõduga termopaari traadi kasutamine temperatuuri mõõtmisvea oluliselt vähendada.

4. aururõhu termomeeter

Aururõhu termomeetrid mõõdavad temperatuuri, kasutades omadust, et vedeliku küllastunud aururõhk on vedeliku temperatuuri fikseeritud funktsioon auruga kokkupuutel. Termomeeter koosneb temperatuuripirnist, mis on täidetud puhta gaasiga, mida saab kondenseerida temperatuurivahemikus. Temperatuuripirn on ühendatud rõhu mõõtmisseadmega kapillaaride toru kaudu.

Aururõhu termomeetrite eeliseks on see, et neil on rakenduste temperatuuride vahemikus kõrge tundlikkus. Näiteks temperatuurivahemikus 63 ~ 80 K on lämmastiku termomeetrite tundlikkus 15 ~ 3 kPa/k. Sarnaselt ei vaja aururõhu termomeetrid fikseeritud mahu või gaasi mittetuidsuste parandusi, näiteks konstantse mahuga gaasi termomeetreid. Seda tüüpi termomeetri peamine puudus on see, et temperatuuri mõõtmisvahemik on liiga väike ja ühte vedelikku ei saa kasutada kõigi temperatuuride mõõtmiseks vedelikust HE kuni ümbritseva temperatuurini. Ehkki aururõhu termomeetreid saab kasutada temperatuuride mõõtmiseks kolmekordsest punktist kriitilise punktini, kasutatakse neid termomeetreid tavaliselt ainult temperatuuri mõõtmiseks aururõhu vahemikus 5 ~ 250 kPa.

Vedeliku puhtus termomeetril on kriitiline ja väike koguse lisandite tõttu kaldub aururõhk kalduma suhtest küllastunud aururõhu ja puhta aine temperatuuri vahel. Samal ajal tuleks märkida, et fikseeritud maht peaks olema piisavalt väike ja ühendustoru temperatuur ei tohiks olla madalam kui temperatuuri tuvastamise paketi temperatuur.