Meranie nízkej teploty

Meranie nízkej teploty v kryogénnych systémoch zahŕňa hlavne meranie teploty, meranie vákua, meranie hladiny kvapaliny a meranie prietoku.

Medzinárodným zjednoteným štandardom pre meranie teploty je Medzinárodná teplotná stupnica (ITS). Moja krajina prijala túto teplotnú stupnicu ako národnú stupnicu merania štatutárnej teploty už mnoho rokov. V súčasnosti sa používa stupnica teploty Medzinárodná teplota v roku 1990 (jej -1990).

Meranie teploty musí zvoliť merací nástroj podľa rozsahu nameranej teploty, najmä teplomeru. Tu je niekoľko bežne používaných teplomerov.

1. Termometer odolného voči kovu

Odpor vodiča alebo polovodiča sa mení s teplotou, ktorá je základom jednoduchého a spoľahlivého odporového teplomeru. Pod 961,78 stupňov používa medzinárodná teplotná stupnica teplomer odporu platiny. Okrem platiny sa ako materiály na rezistenciu používajú aj iné materiály, ako je meď, nikel a indium. Nikel je náchylný na deformáciu pri teplote miestnosti, takže sa odpor v priebehu času mení a stabilita teplomeru je zlá. Termometre rezistencie na indium majú pri nízkych teplotách vyššiu citlivosť ako odpor platiny.

Dôležitou súčasťou inštalácie odporového teplomeru je odstránenie tepelného a mechanického napätia, pretože napätie spôsobí ďalší odpor. Pri priemyselnej výrobe sa často používajú obrnené teplomery rezistencie na platinu. Tieto teplomery sú zvyčajne zapuzdrené vo valcovom kovovom plášti s priemerom asi 4 mm a dĺžkou asi 10 ~ 12 mm.

2. Termometer vpolovičného odporu

Pretože vodivosť polovodičov súvisí s teplotou, tento materiál sa môže použiť ako odporový teplomer. Pri podmienkach vysokej teploty je odpor (inverzia vodivosti) úmerný exponenciálnej funkcii inverzie termodynamickej teploty, ktorá charakterizuje vodivé vlastnosti polovodičov. V podmienkach nízkej teploty je vedenie spôsobené prítomnosťou nečistôt (uvoľnenie alebo prijímanie elektrónov).

Germániový rezistenčný teplomer je široko používaným teplomerom rezistencie na polovodiče, v ktorom je arzén, gallium alebo antimón dopustený, aby sa získali požadované charakteristiky odporu. Germánium je zapečatené v kovovej skrinke a sú spojené štyri olova. Typický pracovný rozsah priemyselných germániových odporov je medzi 1,5 a 100 K. Termometre rezistencie na germánium sa zvyčajne kalibrujú v siedmich teplotných bodoch.

Teplotné teplomery odolnosti voči uhlíkovi sa široko používajú ako teplomery na meranie nízkej teploty v dôsledku vysokej citlivosti, nízkej ceny, malej veľkosti a relatívne jednoduchej rezistentnej teplotnej krivky odporu uhlíka.

3. Termočlánový teplomer

Termočlánky sa môžu použiť na meranie teploty v normálnom teplotnom rozsahu a v prostredí s nízkou teplotou. Jeden spojenie termočlánku sa vloží do teploty, ktorá sa má merať, a druhá križovatka je umiestnená do prostredia referenčnej teploty. Napríklad: Použitie ľadového kúpeľa ako referenčného bodu a meranie nízkej teploty termočlánkom, ak je požadované teplotné rozlíšenie približne 0. 1k, potom, keď je nameraný termoelektrický potenciál 5 mV alebo viac, musí mať merací prístroj presnosť 1μV; Ak sa ako referenčný bod použije kvapalný kúpeľ dusíka (alebo kvapalný vodíkový kúpeľ), zníži sa celkový termoelektrický potenciál. Výhodou použitia referenčného bodu s nízkou teplotou je, že vodivé teplo pozdĺž vodiča termočlánku sa dá výrazne znížiť.

Indikácia teploty sa môže určiť prevodom nameraného termoelektrického potenciálu vzťahom kalibračnej krivky (zodpovedajúce určitej referenčnej teplote).

Existujú tri bežné termočlánky s nízkym teplotou: medi-konstantan (typ T), termočlánky niklu-chromium-konstantan (E) a nickel-chromium-alikon (k typu), ktoré sa bežne používajú v rozsahu merania teploty {-200 do a prostredia (alebo vyššie); Termočlánky niklu-chromium-Gold-IRN (frakcia hmotnosti železa je 3%) sa môžu použiť v nízkom teplotnom rozmedzí 10 ~ 180 K.

Jednou z nevýhod termočlánkov je to, že termoelektrický potenciál je príliš malý, zvyčajne v úrovni milivoltu. Tento problém sa dá vyriešiť pomocou niekoľkých termočlánkov na vytvorenie hromady termočlánkov. Termoelektrický potenciál hromady termočlánkov je súčet termoelektrických potenciálov naskladaných termočlánkov, to znamená, že termoelektrický potenciál termočlánkov N je n -násobok termoelektrického potenciálu jediného termokoupu.

Vedenie tepla pozdĺž vodiča termočlánku môže spôsobiť vážne chyby pri meraní teploty termočlánkov. Na zníženie tejto situácie nechajte určitú dĺžku vodiča termočlánku prejsť cez izotermické prostredie s nižšou teplotou (chladič), aby sa chyba znížila. Okrem toho použitie vodiča termočlánkov s veľmi malým priemerom môže tiež výrazne znížiť chybu merania teploty.

4. Teplomer tlaku pár

Teplomery tlaku pary merajú teplotu pomocou vlastnosti, že tlak nasýteného pary kvapaliny je pevnou funkciou teploty kvapaliny v kontakte s parou. Teplomer pozostáva z teplotnej žiarovky naplnenej čistým plynom, ktorý sa môže kondenzovať v teplotnom rozsahu. Teplotná žiarovka je pripojená k tlakovému meraciemu zariadeniu cez kapilárnu trubicu.

Výhodou teplomerov tlaku pary je to, že majú vysokú citlivosť v rozsahu teploty aplikácie. Napríklad v teplotnom rozsahu 63 ~ 80 K je citlivosť dusíkových teplomerov 15 ~ 3 kPa/K. Podobne teplomery tlaku pary nevyžadujú korekcie pre pevný objem alebo neideality plynu, ako sú sterhometre plynu konštantného objemu. Hlavnou nevýhodou tohto typu teplomeru je to, že rozsah merania teploty je príliš malý a jedna kvapalina sa nemôže použiť na meranie všetkých teplôt od kvapaliny po teplotu okolia. Aj keď sa teplomery tlaku pary môžu použiť na meranie teplôt od trojnásobného bodu do kritického bodu, tieto teplomery sa zvyčajne používajú iba na meranie teploty v rozsahu tlaku pár 5 ~ 250 kPa.

Čistota tekutiny v teplomere je kritická a malé množstvo nečistôt spôsobí, že sa tlak pary odchyľuje od vzťahu medzi tlakom nasýteného pary a teplotou čistej látky. Zároveň by sa malo poznamenať, že pevný objem by mal byť dostatočne malý a teplota spojovacieho potrubia by nemala byť nižšia ako teplota balíka snímania teploty.