Измерване на ниска температура

Измерването на ниската температура в криогенните системи включва главно измерване на температурата, измерване на вакуум, измерване на нивото на течността и измерване на потока.

Международният унифициран стандарт за измерване на температурата е международната скала на температурата (ITS). Моята страна прие тази температурна скала като Национална законова скала за измерване на температурата в продължение на много години. В момента използваната температура на скалата е Международната температурна скала от 1990 г. (неговата -1990).

Измерването на температурата трябва да избере измервателния инструмент според обхвата на измерената температура, главно на термометъра. Ето няколко често използвани термометра.

1. Термометър за устойчивост на метал

Съпротивлението на проводник или полупроводник се променя с температура, което е в основата на прост и надежден термометър за съпротивление. Под 961,78 градуса Международната скала на температурата използва термометър за устойчивост на платина. В допълнение към платина, други материали като мед, никел и индий са използвани като материали за термометър за съпротивление. Никелът е предразположен към деформация при стайна температура, така че съпротивлението се променя с течение на времето, а стабилността на термометъра е лоша. Термометрите за устойчивост на индий имат по -висока чувствителност от устойчивостта на платина при ниски температури.

Важна част от инсталирането на термометър за съпротивление е да се елиминира термичното и механичното напрежение, тъй като напрежението ще доведе до допълнителна устойчивост. Бронираните термометри за устойчивост на платина често се използват в индустриалното производство. Тези термометри обикновено се капсулират в цилиндрична метална обвивка с диаметър около 4 мм и дължина около 10 ~ 12 мм.

2. Термометър за полупроводниково съпротивление

Тъй като проводимостта на полупроводниците е свързана с температурата, този материал може да се използва като термометър за съпротивление. При високотемпературни условия съпротивлението (обратната на проводимостта) е пропорционално на експоненциалната функция на обратната част на термодинамичната температура, която характеризира проводимите свойства на полупроводниците. При нискотемпературни условия проводимостта се дължи на наличието на примеси (освобождаване или приемане на електрони).

Термометърът за устойчивост на германий е широко използван термометър за полупроводникова устойчивост, в който арсенът, галий или антимон са легирани за получаване на желаните характеристики на устойчивост. Germanium е запечатан в метална кутия и са свързани четири проводника. Типичният работен обхват на индустриалните германски резистори е между 1,5 и 100 K. термометри за устойчивост на германий обикновено се калибрират в седем температурни точки.

Термометрите за въглеродна устойчивост са широко използвани като термометри за измерване на ниска температура поради високата чувствителност, ниска цена, малък размер и сравнително проста крива на температурата на устойчивост на въглеродна устойчивост.

3. Термометър за термодвой

Термодвойките могат да се използват за измерване на температурата в нормалния температурен диапазон и в ниска температурна среда. Единият кръстовище на термодвойката се поставя в температурата, която трябва да бъде измерена, а другият кръстовище се поставя в средата на референтната температура. Например: Използване на ледена баня като референтна точка и измерване на ниска температура с термодвойка, ако необходимата разделителна способност на температурата е около 0. Ако като референтна точка се използва течна азотна баня (или течна водородна баня), общият термоелектрически потенциал ще бъде намален. Предимството на използването на референтна точка с ниска температура е, че топлината на проводимост по протежение на термодвойката може да бъде значително намалена.

Индикацията за температура може да бъде определена чрез преобразуване на измерения термоелектрически потенциал чрез връзката на калибриращата крива (съответстваща на определена референтна температура).

Има три общи нискотемпературни термодвойки: мед-константан (t тип), никел-хром-константан (E тип) и термодвойки никел-хром-никел-силикон (k тип), които обикновено се използват в диапазона на измерване на температурата на -200 степен на околната температура (или по-горе); никел-хром-злато-желязо (фракция на желязната маса е 3%) Термодвойките могат да се използват в диапазона с ниска температура от 10 ~ 180k.

Един недостатък на термодвойките е, че термоелектрическият потенциал е твърде малък, обикновено в нивото на миливолта. Този проблем може да бъде решен чрез използване на няколко термодвойки за образуване на купчина термодвойка. Термоелектрическият потенциал на купчината на термодвойката е сумата от термоелектрическите потенциали на подредените термодвойки, тоест термоелектрическият потенциал на N термодвойки е n пъти по -голям от термоелектричния потенциал на единична термодвойка.

Топлинната проводимост по протежение на термодвойката може да причини сериозни грешки при измерването на температурата на термодвойката. За да намалите тази ситуация, оставете определена дължина на термодвойната тел да премине през по -ниска температура изотермична среда (радиатор), така че грешката да бъде намалена. В допълнение, използването на много малък тел за термодвойка с диаметър също може значително да намали грешката на измерване на температурата.

4. Термометър за налягане на парата

Термометри на налягането на парата измерват температурата, като се използва свойството, че налягането на наситените пари на течност е фиксирана функция на температурата на течността в контакт с парата. Термометърът се състои от температурна крушка, пълна с чист газ, която може да бъде кондензирана в рамките на температурата. Температурната крушка е свързана към устройството за измерване на налягането през капилярна тръба.

Предимството на термометри за налягане на парата е, че те имат висока чувствителност в диапазона на температурата на приложението. Например, в температурния диапазон от 63 ~ 80 K, чувствителността на азотните термометри е 15 ~ 3 kPa/k. По подобен начин термометри за налягане на парата не изискват корекции за фиксиран обем или неидеалност на газ като термометри за постоянен обем газ. Основен недостатък на този тип термометър е, че диапазонът на измерване на температурата е твърде малък и една течност не може да се използва за измерване на всички температури от течност до температура на околната среда. Въпреки че термометри за налягане на парата могат да се използват за измерване на температурите от тройната точка до критичната точка, тези термометри обикновено се използват само за измерване на температурата в диапазона на налягане на парата от 5 ~ 250kPa.

Чистотата на течността в термометъра е от решаващо значение и малко количество примеси ще доведе до налягане на парите да се отклони от връзката между налягането на наситено налягане на парата и температурата на чистото вещество. В същото време трябва да се отбележи, че фиксираният обем трябва да е достатъчно малък и температурата на свързващата тръба не трябва да е по -ниска от температурата на пакета за температура.