Lage temperatuurmeting

Lage temperatuurmeting in cryogene systemen omvat voornamelijk temperatuurmeting, vacuümmeting, vloeistofniveau -meting en stromingsmeting.

De internationale uniforme standaard voor temperatuurmeting is de internationale temperatuurschaal (ITS). Mijn land heeft deze temperatuurschaal al vele jaren aangenomen als de nationale wettelijke temperatuurmetingsschaal. De momenteel gebruikte temperatuurschaal is de internationale temperatuurschaal van 1990 (zijn -1990).

Temperatuurmeting moet het meetgereedschap selecteren volgens het bereik van de gemeten temperatuur, voornamelijk de thermometer. Hier zijn verschillende veelgebruikte thermometers.

1. Metaalweerstandsthermometer

De weerstand van een geleider of halfgeleider verandert met temperatuur, wat de basis vormt van een eenvoudige en betrouwbare weerstandsthermometer. Onder 961,78 graden maakt de internationale temperatuurschaal gebruik van een platina -weerstandsthermometer. Naast platina zijn andere materialen zoals koper, nikkel en indium gebruikt als weerstandstermometermaterialen. Nikkel is vatbaar voor vervorming bij kamertemperatuur, dus de weerstand verandert in de tijd en de stabiliteit van de thermometer is slecht. Indiumweerstandsthermometers hebben een hogere gevoeligheid dan platinaresistentie bij lage temperaturen.

Een belangrijk onderdeel van het installeren van een weerstandsthermometer is het elimineren van thermische en mechanische spanning, omdat spanning extra weerstand zal veroorzaken. Gepantserde platina -weerstandsthermometers worden vaak gebruikt in de industriële productie. Deze thermometers zijn meestal ingekapseld in een cilindrische metalen schaal met een diameter van ongeveer 4 mm en een lengte van ongeveer 10 ~ 12 mm.

2. halfgeleiderweerstandsthermometer

Omdat de geleidbaarheid van halfgeleiders gerelateerd is aan temperatuur, kan dit materiaal worden gebruikt als weerstandsthermometer. Onder omstandigheden op hoge temperatuur is de weerstand (het omgekeerde van de geleidbaarheid) evenredig met de exponentiële functie van het omgekeerde van de thermodynamische temperatuur, die de geleidende eigenschappen van halfgeleiders kenmerkt. Onder lage temperatuuromstandigheden is geleiding te wijten aan de aanwezigheid van onzuiverheden (het vrijgeven of accepteren van elektronen).

Germanium Resistance Thermometer is een veelgebruikte halfgeleiderweerstandsthermometer, waarbij arseen, gallium of antimoon wordt gedoteerd om de gewenste weerstandseigenschappen te verkrijgen. Germanium is verzegeld in een metalen doos en vier leads zijn verbonden. Het typische werkbereik van industriële germaniumweerstanden ligt tussen 1,5 en 100 K. Germaniumweerstandsthermometers worden meestal gekalibreerd op zeven temperatuurpunten.

Koolstofweerstandsthermometers zijn op grote schaal gebruikt als thermometers voor lage temperatuurmeting vanwege de hoge gevoeligheid, lage prijs, kleine grootte en relatief eenvoudige weerstandstemperatuurcurve van koolstofweerstand.

3. Thermokoppel thermometer

Thermokoppels kunnen worden gebruikt voor temperatuurmeting in het normale temperatuurbereik en in lage temperatuuromgevingen. Eén kruising van het thermokoppel wordt in de te gemeten temperatuur geplaatst en de andere junctie wordt in de referentietemperatuuromgeving geplaatst. Bijvoorbeeld: gebruik van een ijsbad als referentiepunt en het meten van lage temperatuur met een thermokoppel, als de vereiste temperatuurresolutie ongeveer 0 1k is, moet het gemeten thermo -elektrische potentieel 5 mV of hoger zijn, het meetinstrument een nauwkeurigheid van 1μV; Als een vloeibaar stikstofbad (of vloeibaar waterstofbad) wordt gebruikt als referentiepunt, wordt het totale thermo -elektrische potentieel verminderd. Het voordeel van het gebruik van een referentiepunt met lage temperatuur is dat de geleidingswarmte langs de thermokoppel draad sterk kan worden verminderd.

De indicatie van temperatuur kan worden bepaald door het gemeten thermo -elektrische potentieel om te zetten door de kalibratiecurve -relatie (overeenkomend met een bepaalde referentietemperatuur).

Er zijn drie veel voorkomende thermokoppels met lage temperatuur: koper-constantan (T-type), nikkel-chromium-constantan (E type) en nikkel-chromium-nickel-silicon (k type) thermokoppels, die gewoonlijk worden gebruikt in het temperatuurmetingsbereik van -200}}}}}}}}}}}}}}}}} graden tot ambient temperatuur (of hierboven); Nikkel-chromium-goud-ijzer (ijzermassafractie is 3%) thermokoppels kunnen worden gebruikt in het lage temperatuurbereik van 10 ~ 180K.

Een nadeel van thermokoppels is dat het thermo -elektrische potentieel te klein is, meestal in het millivolt -niveau. Dit probleem kan worden opgelost door verschillende thermokoppels te gebruiken om een ​​thermokoppelstapel te vormen. De thermo -elektrische potentieel van de thermokoppelstapel is de som van de thermo -elektrische potentialen van de gestapelde thermokoppels, dat wil zeggen dat het thermo -elektrische potentieel van N -thermokoppels n maal het thermo -elektrische potentieel van een enkel thermokoppel is.

De warmtegeleiding langs de thermokoppel kan ernstige fouten veroorzaken bij de temperatuurmeting van de thermokoppel. Om deze situatie te verminderen, laat een bepaalde lengte van de thermokoppel draad door een isothermische omgeving met een lagere temperatuur (koellichaam) gaan, zodat de fout wordt verminderd. Bovendien kan het gebruik van een zeer kleine diameter thermokoppel draad ook de temperatuurmeetfout aanzienlijk verminderen.

4. Dampdrukthermometer

Dampdrukthermometers meten de temperatuur door de eigenschap te gebruiken dat de verzadigde dampdruk van een vloeistof een vaste functie is van de temperatuur van de vloeistof in contact met de damp. De thermometer bestaat uit een temperatuurbol gevuld met zuiver gas, die kan worden gecondenseerd binnen het temperatuurbereik. De temperatuurbol is verbonden met het drukmeetapparaat door een capillaire buis.

Het voordeel van thermometers van dampdruk is dat ze een hoge gevoeligheid hebben binnen het toepassingstemperatuurbereik. In het temperatuurbereik van 63 ~ 80 K is de gevoeligheid van stikstofthermometers bijvoorbeeld 15 ~ 3 kPa/k. Evenzo vereisen dampdrukthermometers geen correcties voor vast volume of gas niet-idealiteiten zoals constante volume-gasthermometers. Een groot nadeel van dit type thermometer is dat het temperatuurmeetbereik te klein is en dat een enkele vloeistof niet kan worden gebruikt om alle temperaturen van vloeistof hij tot omgevingstemperatuur te meten. Hoewel thermometers van dampdruk kunnen worden gebruikt om de temperatuur van het drievoudige punt naar het kritieke punt te meten, worden deze thermometers meestal alleen gebruikt voor temperatuurmetingen in het dampdrukbereik van 5 ~ 250 kpa.

De zuiverheid van de vloeistof in de thermometer is van cruciaal belang en een kleine hoeveelheid onzuiverheden zal de dampdruk laten afwijken van de relatie tussen de verzadigde dampdruk en temperatuur van de zuivere stof. Tegelijkertijd moet worden opgemerkt dat het vaste volume klein genoeg moet zijn en dat de temperatuur van de verbindingspijp niet lager moet zijn dan de temperatuur van het temperatuurdetectiepakket.