Měření nízké teploty

Měření nízké teploty v kryogenních systémech zahrnuje hlavně měření teploty, měření vakua, měření hladiny kapaliny a měření toku.

Mezinárodním sjednoceným standardem pro měření teploty je mezinárodní teplotní stupnice (ITS). Moje země přijala tuto teplotní stupnici jako národní měřítko měření teploty po mnoho let. V současné době používaná teplotní stupnice je mezinárodní teplotní stupnice z roku 1990 (její -1990).

Měření teploty musí vybrat měřicí nástroj podle rozsahu naměřené teploty, zejména teploměru. Zde je několik běžně používaných teploměrů.

1. Teplometr odporu kovového odporu

Odolnost vodiče nebo polovodiče se mění s teplotou, což je základem jednoduchého a spolehlivého teploměru odporu. Mezinárodní teplotní stupnice pod 961,78 stupňů používá teploměr pro odolnost proti platiny. Kromě platiny byly jako materiály pro teploměr odporu použity další materiály, jako je měď, nikl a indium. Nikl je náchylný k deformaci při teplotě místnosti, takže se v průběhu času mění odpor a stabilita teploměru je špatná. Thermomery odolnosti india India mají vyšší citlivost než odolnost proti platině při nízkých teplotách.

Důležitou součástí instalace teploměru odporu je odstranění tepelného a mechanického napětí, protože napětí způsobí další odpor. Při průmyslové produkci se často používají teploměry obrněné platiny. Tyto teploměry jsou obvykle zapouzdřeny do válcového kovového skořápky s průměrem asi 4 mm a délkou asi 10 ~ 12 mm.

2. teploměr polovodičového odporu

Protože vodivost polovodičů souvisí s teplotou, lze tento materiál použít jako teploměr odporu. Za podmínek vysokých teplot je odpor (inverzní vodivost) úměrný exponenciální funkci inverze termodynamické teploty, která charakterizuje vodivé vlastnosti polovodičů. Za podmínek nízké teploty je vedení způsobeno přítomností nečistot (uvolňování nebo přijímání elektronů).

Teploměr germania odolnosti je široce používaný polovodičový rezistenční teploměr, ve kterém je dopován arsen, gallium nebo antimon, aby se získalo požadované vlastnosti odporu. Germanium je utěsněno v kovové krabici a jsou spojeny čtyři vodiče. Typický pracovní rozsah průmyslových germaniových rezistorů je mezi 1,5 a 100 K. Thermometry odolnosti germania jsou obvykle kalibrovány na sedmi teplotních bodech.

Teploméry odolnosti uhlíku se široce používají jako teploměry pro měření nízké teploty v důsledku vysoké citlivosti, nízké ceny, malé velikosti a relativně jednoduché teplotní křivky odporu odolnosti uhlíku.

3. teploměr termočlánku

Termočlánky mohou být použity pro měření teploty v normálním teplotním rozsahu a v prostředí nízké teploty. Jedna spojení termočlánku je umístěna v teplotě, která má být změřena, a druhá křižovatka je umístěna v prostředí referenční teploty. Například: Použití ledové lázně jako referenčního bodu a měření nízké teploty s termočlánkem, pokud je požadované teplotní rozlišení asi 0. 1K, pak, když je naměřený termoelektrický potenciál 5 mV nebo vyšší, musí mít měřicí přístroj přesnost 1μV; Pokud se jako referenční bod použije kapalná dusíková lázeň (nebo kapalina vodíková lázeň), bude snížen celkový termoelektrický potenciál. Výhodou použití referenčního bodu nízké teploty je to, že vodivé teplo podél termočlánkového drátu může být výrazně sníženo.

Indikace teploty může být stanovena přeměnou měřeného termoelektrického potenciálu vztahem kalibrační křivky (odpovídající určité referenční teplotě).

There are three common low-temperature thermocouples: copper-constantan (T type), nickel-chromium-constantan (E type), and nickel-chromium-nickel-silicon (K type) thermocouples, which are commonly used in the temperature measurement range of -200 degree to ambient temperature (or above); Nikel-chromium-goldové železo (hmotnostní frakce železa je 3%) termočlánky mohou být použity v rozmezí nízké teploty 10 ~ 180 k.

Jednou z nevýhod termočlánků je to, že termoelektrický potenciál je příliš malý, obvykle na úrovni milivoltu. Tento problém lze vyřešit pomocí několika termočlánků k vytvoření hromady termočlánků. Termoelektrickým potenciálem hromady termočlánků je součet termoelektrických potenciálů naskládaných termočlánků, tj. Termoelektrický potenciál n termočleů je nkrát termoelektrický potenciál jediného termočlánku.

Tepelné vedení podél drátu termočlánku může způsobit vážné chyby při měření teploty termočlánku. Pro snížení této situace nechte určitou délku termočlánkového drátu projít nižší teplotní izotermální prostředí (chladič), aby se chyba snížila. Kromě toho může také použití velmi malého průměru termočlánového drátu výrazně snížit chybu měření teploty.

4. teploměr tlaku páry

Tempomery tlaku páry měří teplotu pomocí vlastnosti, že nasycený tlak par kapaliny je pevnou funkcí teploty kapaliny v kontaktu s párou. Teploměr se skládá z teplotní žárovky naplněné čistým plynem, která může být kondenzována v teplotním rozsahu. Teplotní žárovka je připojena k tlakovému měřicím zařízení prostřednictvím kapilární trubice.

Výhodou teploměrů tlaku par je to, že mají vysokou citlivost v rozsahu teploty aplikace. Například v teplotním rozmezí 63 ~ 80 K je citlivost dusíkových teploměrů 15 ~ 3 kPa/k. Podobně teploměry tlaku par nevyžadují korekce pro neideality pevného objemu nebo plynu, jako jsou teploměry plynu s konstantním objemem. Hlavní nevýhodou tohoto typu teploměru je to, že rozsah měření teploty je příliš malý a jednu kapalinu nelze použít k měření všech teplot od kapaliny HE po okolní teplotu. Ačkoli teploměry tlaku páry mohou být použity k měření teplot od trojitého bodu do kritického bodu, tyto teploměry se obvykle používají pouze pro měření teploty v rozsahu tlaku páry 5 ~ 250 kPa.

Čistota tekutiny v teploměru je kritická a malé množství nečistot způsobí, že se tlak páry liší od vztahu mezi nasyceným tlakem par a teplotou čisté látky. Současně je třeba poznamenat, že pevný objem by měl být dostatečně malý a teplota spojovacího potrubí by neměla být nižší než teplota balíčku snímání teploty.