Messung mit niedriger Temperatur

Eine niedrige Temperaturmessung in kryogenen Systemen umfasst hauptsächlich Temperaturmessungen, Vakuummessung, Messung des Flüssigkeitsspiegels und Durchflussmessung.

Der internationale einheitliche Standard für die Temperaturmessung ist die internationale Temperaturskala (ITS). Mein Land hat diese Temperaturskala seit vielen Jahren als nationale gesetzliche Temperaturmessskala übernommen. Die derzeit verwendete Temperaturskala ist die internationale Temperaturskala von 1990 (ihre -1990).

Die Temperaturmessung muss das Messwerkzeug gemäß dem Bereich der gemessenen Temperatur, hauptsächlich des Thermometers, auswählen. Hier sind mehrere häufig verwendete Thermometer.

1. Metallwiderstandsthermometer

Der Widerstand eines Leiters oder Halbleiters ändert sich mit Temperatur, was die Grundlage für ein einfaches und zuverlässiges Widerstandsthermometer ist. Unter 961,78 Grad verwendet die internationale Temperaturskala ein Platinwiderstandsthermometer. Neben Platin wurden andere Materialien wie Kupfer, Nickel und Indium als Resistenzthermometermaterial verwendet. Nickel ist anfällig für Verformungen bei Raumtemperatur, so dass sich der Widerstand im Laufe der Zeit ändert und die Stabilität des Thermometers schlecht ist. Indiumresistenzthermometer haben eine höhere Empfindlichkeit als Platinresistenz bei niedrigen Temperaturen.

Ein wichtiger Bestandteil der Installation eines Widerstandsthermometers besteht darin, die thermische und mechanische Spannung zu beseitigen, da Spannung zusätzlichen Widerstand erzeugt. In der industriellen Produktion werden häufig gepanzerte Platinresistenzthermometer eingesetzt. Diese Thermometer werden normalerweise in einer zylindrischen Metallhülle mit einem Durchmesser von etwa 4 mm und einer Länge von etwa 10 ~ 12 mm eingekapselt.

2. Thermometer des Halbleiterwiderstands

Da die Leitfähigkeit von Halbleitern mit der Temperatur zusammenhängt, kann dieses Material als Widerstandsthermometer verwendet werden. Unter hohen Temperaturbedingungen ist der Widerstand (die Umkehrung der Leitfähigkeit) proportional zur exponentiellen Funktion der Umkehrung der thermodynamischen Temperatur, die die leitenden Eigenschaften von Halbleitern charakterisiert. Unter niedrigen Temperaturbedingungen ist die Leitung auf das Vorhandensein von Verunreinigungen (Freigabe oder Akzeptieren von Elektronen) zurückzuführen.

Das Germanium -Resistenzthermometer ist ein weit verbreitetes Halbleiterwiderstandsthermometer, bei dem Arsen, Gallium oder Antimon dotiert werden, um die gewünschten Resistenzeigenschaften zu erhalten. Germanium ist in einer Metallbox versiegelt und vier Kabel sind miteinander verbunden. Der typische Arbeitsbereich der industriellen Germaniumwiderstände liegt zwischen 1,5 und 100 K. Germanium -Resistenzthermometern werden normalerweise bei sieben Temperaturpunkten kalibriert.

Kohlenstoffwiderstandsthermometer wurden aufgrund der hohen Empfindlichkeit, des niedrigen Preises, der geringen Größe und der relativ einfachen Resistenztemperaturkurve der Kohlenstoffwiderstand als Thermometer für niedrige Temperaturmessungen häufig verwendet.

3. Thermoelenthermometer

Thermoelemente können zur Temperaturmessung im normalen Temperaturbereich und in niedrigen Temperaturumgebungen verwendet werden. Eine Verbindung des Thermoelements wird in die zu gemessene Temperatur gelegt, und die andere Kreuzung wird in der Referenztemperaturumgebung platziert. Zum Beispiel: Verwenden eines Eisbades als Referenzpunkt und Messung der niedrigen Temperatur mit einem Thermoelement, wenn die erforderliche Temperaturauflösung etwa 0. 1k beträgt, muss das gemessene thermoelektrische Potential 5mV oder höher ist, und das Messinstrument muss eine Genauigkeit von 1 μv haben; Wenn ein flüssiges Stickstoffbad (oder flüssiges Wasserstoffbad) als Referenzpunkt verwendet wird, wird das Gesamt -thermoelektrische Potential verringert. Der Vorteil der Verwendung eines Referenzpunkts mit niedriger Temperatur besteht darin, dass die Leitungswärme entlang des Thermoelementdrahtes stark reduziert werden kann.

Die Indikation der Temperatur kann durch Umwandlung des gemessenen thermoelektrischen Potentials durch die Kalibrierungskurvenbeziehung (entsprechend einer bestimmten Referenztemperatur) bestimmt werden.

Es gibt drei häufige Thermoelemente mit niedriger Temperatur: Kupfer-Konstant (T-Typ), Nickel-Chrom-Konstantan (E-Typ) und Nickel-Chrom-Nickel-Silicon (K-Typ) ThermoMoupen, die häufig im Temperaturmessbereich von -200 bis zum Ambient Temperatur (oder über den Ambienttemperatur) (oder über den Ambienttemperatur) (oder über die Ambienttemperatur) (oder über die Ambiententemperatur) (oder über die Temperaturmessung verwendet werden); Nickel-Chrom-Gold-Eisen (Eisenmassenfraktion beträgt 3%) Thermoelemente können im Niedertemperaturbereich von 10 ~ 180k verwendet werden.

Ein Nachteil der Thermoelemente ist, dass das thermoelektrische Potential zu klein ist, normalerweise im Millivolt -Niveau. Dieses Problem kann gelöst werden, indem mehrere Thermoelemente verwendet werden, um einen Thermoelement -Stapel zu bilden. Das thermoelektrische Potential des Thermoelementpfahls ist die Summe der thermoelektrischen Potentiale der gestapelten Thermoelemente, dh das thermoelektrische Potential von N -Thermoelementen ist das thermoelektrische Potential eines einzelnen Thermoelements.

Die Wärmeleitung entlang des Thermoelement -Drahtes kann schwerwiegende Fehler in der Messung der Thermoelementtemperatur verursachen. Um diese Situation zu verringern, lassen Sie eine bestimmte Länge des Thermoelement -Drahtes durch eine isotherme Umgebung mit niedrigerer Temperatur (Kühlkörper), damit der Fehler verringert wird. Darüber hinaus kann die Verwendung eines Thermoelement -Drahtes mit einem Thermoelement mit einem kleinen Durchmesser den Temperaturmessfehler erheblich verringern.

4. Dampfdruckthermometer

Dampfdruckthermometer messen die Temperatur unter Verwendung der Eigenschaft, dass der gesättigte Dampfdruck einer Flüssigkeit eine feste Funktion der Temperatur der Flüssigkeit ist, die mit dem Dampf in Kontakt steht. Das Thermometer besteht aus einer Temperatur, die mit reinem Gas gefüllt ist, die innerhalb des Temperaturbereichs kondensiert werden kann. Die Temperaturbirne ist über ein Kapillarrohr mit dem Druckmessgerät verbunden.

Der Vorteil von Dampfdruckthermometern besteht darin, dass sie im Anwendungstemperaturbereich eine hohe Empfindlichkeit aufweisen. Beispielsweise beträgt die Empfindlichkeit von Stickstoffthermometern im Temperaturbereich von 63 ~ 80 K 15 ~ 3 kPa/k. In ähnlicher Weise erfordern Dampfdruckthermometer keine Korrekturen für festes Volumen- oder Gas-Nichtidealitäten wie Gas-Thermometer mit konstantem Volumen. Ein Hauptnachteil dieses Thermometyps besteht darin, dass der Temperaturmessbereich zu klein ist und eine einzelne Flüssigkeit nicht verwendet werden kann, um alle Temperaturen von Flüssigkeit bis zur Umgebungstemperatur zu messen. Obwohl Dampfdruckthermometer verwendet werden können, um die Temperaturen vom dreiköpfigen Punkt zum kritischen Punkt zu messen, werden diese Thermometer normalerweise nur für Temperaturmessungen im Dampfdruckbereich von 5 ~ 250 kPa verwendet.

Die Reinheit des Fluids im Thermometer ist kritisch, und eine geringe Menge an Verunreinigungen führt dazu, dass der Dampfdruck von der Beziehung zwischen dem gesättigten Dampfdruck und der Temperatur der reinen Substanz abweicht. Gleichzeitig sollte beachtet werden, dass das feste Volumen klein genug sein sollte und die Temperatur des Verbindungsrohrs nicht niedriger sein sollte als die Temperatur des Temperaturerfassungspakets.