Låg temperaturmätning

Mätning av låg temperatur i kryogena system inkluderar huvudsakligen temperaturmätning, vakuummätning, mätning av vätskenivå och flödesmätning.

Den internationella enhetliga standarden för temperaturmätning är den internationella temperaturskalan (ITS). Mitt land har antagit denna temperaturskala som den nationella lagstadgade temperaturmätningsskalan under många år. Temperaturskalan som för närvarande används är den internationella temperaturskalan från 1990 (dess -1990).

Temperaturmätning måste välja mätverktyget beroende på intervallet för den uppmätta temperaturen, främst termometern. Här är flera vanligt använda termometrar.

1. Metallmotståndstermometer

Resistiviteten hos en ledare eller halvledare förändras med temperaturen, vilket är grunden för en enkel och tillförlitlig motståndstermometer. Under 961,78 grader använder den internationella temperaturskalan en platinamotståndstermometer. Förutom platina har andra material som koppar, nickel och indium använts som motståndstermometermaterial. Nickel är benägen att deformation vid rumstemperatur, så resistiviteten förändras över tid, och termometerns stabilitet är dålig. Indiumresistenstermometrar har högre känslighet än platinaresistens vid låga temperaturer.

En viktig del av installationen av en motståndstermometer är att eliminera termisk och mekanisk stress, eftersom stress kommer att ge ytterligare motstånd. Pansarplatinresistenstermometrar används ofta i industriell produktion. Dessa termometrar är vanligtvis inkapslade i ett cylindriskt metallskal med en diameter på cirka 4 mm och en längd på cirka 10 ~ 12 mm.

2. Halvledarmotståndstermometer

Eftersom ledningsförmågan hos halvledare är relaterad till temperaturen kan detta material användas som en motståndstermometer. Under höga temperaturförhållanden är resistiviteten (den inversa av konduktivitet) proportionell mot den exponentiella funktionen hos den inversa av den termodynamiska temperaturen, som kännetecknar de ledande egenskaperna hos halvledare. Under låga temperaturförhållanden beror ledning på förekomsten av föroreningar (frisläppande eller accepterande elektroner).

Germanium Resistance Thermometer är en allmänt använt halvledarresistenstermometer, där arsenik, gallium eller antimon är dopad för att erhålla önskade resistensegenskaper. Germanium är förseglad i en metalllåda och fyra leder är anslutna. Det typiska arbetsområdet för industriella germaniummotstånd är mellan 1,5 och 100 K. Germanium -motståndstermometrar kalibreras vanligtvis vid sju temperaturpunkter.

Kolmotståndstermometrar har använts i stor utsträckning som termometrar för låg temperaturmätning på grund av den höga känsligheten, lågt pris, liten storlek och relativt enkel motståndstemperaturkurva för kolmotstånd.

3. Termoelementtermometer

Termoelement kan användas för temperaturmätning i det normala temperaturområdet och i miljöer med låg temperatur. En korsning av termoelementet placeras i temperaturen som ska mätas och den andra korsningen placeras i referenstemperaturmiljön. Till exempel: Att använda ett isbad som referenspunkt och mäta låg temperatur med ett termoelement, om den erforderliga temperaturupplösningen är ungefär 0. 1K, då när den uppmätta termoelektriska potentialen är 5 mV eller högre, måste mätinstrumentet ha en noggrannhet på 1μV; Om ett flytande kvävebad (eller flytande vätebad) används som referenspunkt kommer den totala termoelektriska potentialen att reduceras. Fördelen med att använda en referenspunkt med låg temperatur är att ledningsvärmen längs termoelementet kan minskas kraftigt.

Indikationen på temperatur kan bestämmas genom att konvertera den uppmätta termoelektriska potentialen genom kalibreringskurvförhållandet (motsvarande en viss referenstemperatur).

Det finns tre vanliga termoelement med låg temperatur: kopparkonstantan (T-typ), nickel-krom-konstantan (E-typ) och nickel-krom-nickel-silikon (K-typ) termoelement, som vanligtvis används i temperaturmätningsområdet för -200 grad till omgivningstemperatur (eller ovan); Nickel-krom-guldjärn (järnmassfraktion är 3%) Termoelement kan användas i det låga temperaturområdet 10 ~ 180K.

En nackdel med termoelement är att den termoelektriska potentialen är för liten, vanligtvis på Millivolt -nivån. Detta problem kan lösas genom att använda flera termoelement för att bilda en termoelementhög. Den termoelektriska potentialen för termoelementets hög är summan av de termoelektriska potentialerna för de staplade termoelementen, det vill säga den termoelektriska potentialen för N -termoelement är n gånger den termoelektriska potentialen för en enda termoelement.

Värmeledningen längs termoelementet kan orsaka allvarliga fel i mätningen av termoelementets temperatur. För att minska denna situation, låt en viss längd av termoelementtråden passera genom en isotermisk miljö med lägre temperatur (kylfläns) så att felet kommer att reduceras. Dessutom kan användningen av en mycket liten diameter termoelementtråd också minska temperaturmätningsfelet kraftigt.

4. Ångrycktermometer

Ångtrycket termometrar mäter temperaturen genom att använda egenskapen att det mättade ångtrycket för en vätska är en fast funktion av vätskans temperatur i kontakt med ångan. Termometern består av en temperaturkula fylld med ren gas, som kan kondenseras inom temperaturområdet. Temperaturskulan är ansluten till tryckmätanordningen genom ett kapillärrör.

Fördelen med ångtrycktermometrar är att de har hög känslighet inom applikationstemperaturområdet. I temperaturområdet 63 ~ 80 K är till exempel kvävetermometrarnas känslighet 15 ~ 3 kPa/k. På liknande sätt kräver inte ångtrycktermometrar korrigeringar för icke-idealiteter med fast volym eller gas som konstant volymgastermometrar. En stor nackdel med denna typ av termometer är att temperaturmätningsområdet är för litet, och en enda vätska kan inte användas för att mäta alla temperaturer från vätska HE till omgivningstemperatur. Även om ångtrycktermometrar kan användas för att mäta temperaturer från trippelpunkten till den kritiska punkten, används dessa termometrar vanligtvis endast för temperaturmätningar i ångtrycksområdet på 5 ~ 250 kPa.

Vätskans renhet i termometern är kritisk, och en liten mängd föroreningar kommer att göra att ångtrycket avviker från förhållandet mellan det mättade ångtrycket och temperaturen hos det rena substansen. Samtidigt bör det noteras att den fasta volymen ska vara tillräckligt liten och temperaturen på anslutningsröret bör inte vara lägre än temperaturen på temperaturavkänningspaketet.