Pengukuran suhu rendah

Pengukuran suhu rendah dalam sistem kriogenik terutamanya termasuk pengukuran suhu, pengukuran vakum, pengukuran tahap cecair dan pengukuran aliran.

Piawaian bersatu antarabangsa untuk pengukuran suhu adalah Skala Suhu Antarabangsa (ITS). Negara saya telah menggunakan skala suhu ini sebagai skala pengukuran suhu statutori kebangsaan selama bertahun -tahun. Skala suhu yang digunakan sekarang ialah Skala Suhu Antarabangsa 1990 (-1990).

Pengukuran suhu mesti memilih alat pengukur mengikut julat suhu yang diukur, terutamanya termometer. Berikut adalah beberapa termometer yang biasa digunakan.

1. Termometer rintangan logam

Resistiviti konduktor atau perubahan semikonduktor dengan suhu, yang merupakan asas termometer rintangan yang mudah dan boleh dipercayai. Di bawah 961.78 darjah, Skala Suhu Antarabangsa menggunakan termometer rintangan platinum. Sebagai tambahan kepada platinum, bahan lain seperti tembaga, nikel, dan indium telah digunakan sebagai bahan termometer rintangan. Nikel terdedah kepada ubah bentuk pada suhu bilik, jadi rintangan berubah dari masa ke masa, dan kestabilan termometer adalah miskin. Termometer rintangan indium mempunyai kepekaan yang lebih tinggi daripada rintangan platinum pada suhu rendah.

Satu bahagian penting dalam memasang termometer rintangan adalah untuk menghapuskan tekanan terma dan mekanikal, kerana tekanan akan menghasilkan rintangan tambahan. Termometer rintangan platinum perisai sering digunakan dalam pengeluaran perindustrian. Termometer ini biasanya terkandung dalam shell logam silinder dengan diameter kira -kira 4mm dan panjang kira -kira 10 ~ 12mm.

2. Termometer rintangan semikonduktor

Oleh kerana kekonduksian semikonduktor berkaitan dengan suhu, bahan ini boleh digunakan sebagai termometer rintangan. Di bawah keadaan suhu yang tinggi, resistiviti (kebalikan kekonduksian) adalah berkadar dengan fungsi eksponen songsang suhu termodinamik, yang mencirikan sifat konduktif semikonduktor. Di bawah keadaan suhu yang rendah, pengaliran adalah disebabkan oleh kehadiran kekotoran (melepaskan atau menerima elektron).

Thermometer rintangan Germanium adalah termometer rintangan semikonduktor yang digunakan secara meluas, di mana arsenik, galium atau antimoni doped untuk mendapatkan ciri -ciri rintangan yang diingini. Germanium dimeteraikan dalam kotak logam dan empat petunjuk disambungkan. Pelbagai kerja tipikal perintang germanium industri adalah antara 1.5 dan 100 K. termometer rintangan germanium biasanya ditentukur pada tujuh titik suhu.

Termometer rintangan karbon telah digunakan secara meluas sebagai termometer untuk pengukuran suhu rendah disebabkan oleh kepekaan yang tinggi, harga yang rendah, saiz kecil, dan lengkung suhu rintangan yang agak mudah bagi rintangan karbon.

3. Thermocouple Thermometer

Thermocouples boleh digunakan untuk pengukuran suhu dalam julat suhu normal dan dalam persekitaran suhu rendah. Satu persimpangan termokopel diletakkan dalam suhu untuk diukur, dan persimpangan lain diletakkan dalam persekitaran suhu rujukan. Sebagai contoh: menggunakan mandi ais sebagai titik rujukan dan mengukur suhu rendah dengan termokopel, jika resolusi suhu yang diperlukan adalah kira -kira 0. Jika mandi nitrogen cecair (atau mandi hidrogen cecair) digunakan sebagai titik rujukan, jumlah potensi thermoelectric akan dikurangkan. Kelebihan menggunakan titik rujukan suhu rendah ialah haba pengaliran di sepanjang dawai thermocouple dapat dikurangkan.

Petunjuk suhu boleh ditentukan dengan menukar potensi thermoelectric yang diukur oleh hubungan lengkung penentukuran (sepadan dengan suhu rujukan tertentu).

Terdapat tiga termokopel suhu rendah yang biasa: tembaga-constantan (jenis T), nikel-kromium-constantan (jenis E), dan nikel-kromium-nikel-silikon (k jenis) termokopel, yang biasanya digunakan dalam julat pengukuran suhu {{7} Nikel-kromium-emas-besi (pecahan jisim besi adalah 3%) termokopel boleh digunakan dalam julat suhu rendah 10 ~ 180k.

Satu kelemahan termokopel adalah bahawa potensi thermoelectric terlalu kecil, biasanya di peringkat millivolt. Masalah ini dapat diselesaikan dengan menggunakan beberapa termokopel untuk membentuk tumpukan thermocouple. Potensi thermoelektrik tumpukan thermocouple adalah jumlah potensi thermoelektrik termokopel yang disusun, iaitu potensi thermoelektrik N termokopel N adalah N kali potensi thermoelectric satu termokopel tunggal.

Pengaliran haba di sepanjang wayar termokopel boleh menyebabkan kesilapan yang serius dalam pengukuran suhu termokopel. Untuk mengurangkan keadaan ini, biarkan panjang wayar termokopel tertentu melalui persekitaran isoterma suhu yang lebih rendah (tenggelam haba), supaya kesilapan akan dikurangkan. Di samping itu, penggunaan wayar termokopel diameter yang sangat kecil juga boleh mengurangkan kesilapan pengukuran suhu.

4. Termometer tekanan wap

Thermometer tekanan wap mengukur suhu dengan menggunakan harta yang tekanan wap tepu cecair adalah fungsi tetap suhu cecair yang bersentuhan dengan wap. Termometer terdiri daripada mentol suhu yang dipenuhi dengan gas tulen, yang boleh dipeluwap dalam julat suhu. Mentol suhu disambungkan ke peranti pengukur tekanan melalui tiub kapilari.

Kelebihan termometer tekanan wap adalah bahawa mereka mempunyai kepekaan yang tinggi dalam julat suhu aplikasi. Sebagai contoh, dalam julat suhu 63 ~ 80 K, sensitiviti termometer nitrogen ialah 15 ~ 3 kPa/k. Begitu juga, termometer tekanan wap tidak memerlukan pembetulan untuk jumlah tetap atau gas yang tidak ideal seperti termometer gas volum malar. Kelemahan utama termometer jenis ini adalah bahawa julat pengukuran suhu terlalu kecil, dan cecair tunggal tidak boleh digunakan untuk mengukur semua suhu dari cecair dia ke suhu ambien. Walaupun termometer tekanan wap boleh digunakan untuk mengukur suhu dari titik tiga ke titik kritikal, termometer ini biasanya hanya digunakan untuk pengukuran suhu dalam julat tekanan wap 5 ~ 250kpa.

Kesucian bendalir dalam termometer adalah kritikal, dan sedikit kekotoran akan menyebabkan tekanan wap menyimpang dari hubungan antara tekanan wap tepu dan suhu bahan tulen. Pada masa yang sama, perlu diperhatikan bahawa isipadu tetap harus cukup kecil dan suhu paip penyambung tidak boleh lebih rendah daripada suhu pakej penderiaan suhu.