Pengukuran suhu rendah

Pengukuran suhu rendah dalam sistem kriogenik terutama mencakup pengukuran suhu, pengukuran vakum, pengukuran tingkat cairan dan pengukuran aliran.

Standar Unified International untuk pengukuran suhu adalah Skala Suhu Internasional (ITS). Negara saya telah mengadopsi skala suhu ini sebagai skala pengukuran suhu hukum nasional selama bertahun -tahun. Skala suhu yang saat ini digunakan adalah skala suhu internasional 1990 (-1990).

Pengukuran suhu harus memilih alat pengukur sesuai dengan kisaran suhu yang diukur, terutama termometer. Berikut adalah beberapa termometer yang umum digunakan.

1. Termometer resistansi logam

Resistivitas konduktor atau semikonduktor berubah dengan suhu, yang merupakan dasar dari termometer resistansi yang sederhana dan andal. Di bawah 961,78 derajat, skala suhu internasional menggunakan termometer resistansi platinum. Selain platinum, bahan lain seperti tembaga, nikel, dan indium telah digunakan sebagai bahan termometer resistansi. Nikel rentan terhadap deformasi pada suhu kamar, sehingga resistivitas berubah dari waktu ke waktu, dan stabilitas termometer buruk. Termometer resistansi indium memiliki sensitivitas lebih tinggi daripada resistensi platinum pada suhu rendah.

Bagian penting dari pemasangan termometer resistansi adalah untuk menghilangkan tegangan termal dan mekanik, karena tegangan akan menghasilkan resistansi tambahan. Termometer resistansi platinum lapis baja sering digunakan dalam produksi industri. Termometer ini biasanya dienkapsulasi dalam cangkang logam silinder dengan diameter sekitar 4mm dan panjang sekitar 10 ~ 12mm.

2. termometer resistansi semikonduktor

Karena konduktivitas semikonduktor terkait dengan suhu, bahan ini dapat digunakan sebagai termometer resistensi. Dalam kondisi suhu tinggi, resistivitas (kebalikan dari konduktivitas) sebanding dengan fungsi eksponensial dari kebalikan dari suhu termodinamika, yang menjadi ciri sifat konduktif semikonduktor. Dalam kondisi suhu rendah, konduksi disebabkan oleh adanya kotoran (melepaskan atau menerima elektron).

Termometer resistansi germometer adalah termometer resistansi semikonduktor yang banyak digunakan, di mana arsenik, gallium atau antimon didoping untuk mendapatkan karakteristik resistensi yang diinginkan. Germanium disegel dalam kotak logam dan empat lead terhubung. Kisaran kerja germanium industri yang khas adalah antara 1,5 dan 100 K. Germanium resistance termometer biasanya dikalibrasi pada tujuh titik suhu.

Termometer resistansi karbon telah banyak digunakan sebagai termometer untuk pengukuran suhu rendah karena sensitivitas tinggi, harga rendah, ukuran kecil, dan kurva suhu resistansi yang relatif sederhana dari resistansi karbon.

3. Thermocouple Thermometer

Termokopel dapat digunakan untuk pengukuran suhu dalam kisaran suhu normal dan di lingkungan suhu rendah. Satu persimpangan termokopel ditempatkan dalam suhu yang akan diukur, dan persimpangan lainnya ditempatkan di lingkungan suhu referensi. Sebagai contoh: menggunakan penangas es sebagai titik referensi dan mengukur suhu rendah dengan termokopel, jika resolusi suhu yang diperlukan sekitar 0. 1k, maka ketika potensi termoelektrik yang diukur adalah 5mV atau lebih, instrumen pengukuran harus memiliki akurasi 1μV; Jika rendaman nitrogen cair (atau bath hidrogen cair) digunakan sebagai titik referensi, potensi termoelektrik total akan dikurangi. Keuntungan menggunakan titik referensi suhu rendah adalah bahwa panas konduksi di sepanjang kawat termokopel dapat sangat berkurang.

Indikasi suhu dapat ditentukan dengan mengonversi potensi termoelektrik yang diukur dengan hubungan kurva kalibrasi (sesuai dengan suhu referensi tertentu).

Ada tiga termokopel suhu rendah yang umum: tembaga-konstantan (tipe T), nikel-chromium-constantan (tipe E), dan termokopel nikel-Chromium-nickel-silikon (k), yang biasanya digunakan dalam kisaran pengukuran suhu -200 ke atas) (atau di atas) di atas); Nikel-chromium-gold-iron (fraksi massa besi adalah 3%) termokopel dapat digunakan dalam kisaran suhu rendah 10 ~ 180k.

Salah satu kelemahan termokopel adalah bahwa potensi termoelektrik terlalu kecil, biasanya di tingkat milivolt. Masalah ini dapat diselesaikan dengan menggunakan beberapa termokopel untuk membentuk tumpukan termokopel. Potensi termoelektrik dari tumpukan termokopel adalah jumlah dari potensi termoelektrik dari termokopel yang ditumpuk, yaitu, potensi termoelektrik dari termokopel N adalah N kali potensi termoelektrik dari termokopel tunggal.

Konduksi panas di sepanjang kawat termokopel dapat menyebabkan kesalahan serius dalam pengukuran suhu termokopel. Untuk mengurangi situasi ini, biarkan panjang kawat termokopel melewati lingkungan isotermal suhu yang lebih rendah (heat sink), sehingga kesalahan akan dikurangi. Selain itu, penggunaan kawat termokopel berdiameter yang sangat kecil juga dapat sangat mengurangi kesalahan pengukuran suhu.

4. Termometer tekanan uap

Termometer tekanan uap mengukur suhu dengan menggunakan properti bahwa tekanan uap jenuh dari cairan adalah fungsi tetap dari suhu cairan yang bersentuhan dengan uap. Termometer terdiri dari umbi suhu yang diisi dengan gas murni, yang dapat diringkas dalam kisaran suhu. Bola suhu terhubung ke perangkat pengukur tekanan melalui tabung kapiler.

Keuntungan dari termometer tekanan uap adalah bahwa mereka memiliki sensitivitas tinggi dalam kisaran suhu aplikasi. Misalnya, dalam kisaran suhu 63 ~ 80 K, sensitivitas termometer nitrogen adalah 15 ~ 3 kPa/k. Demikian pula, termometer tekanan uap tidak memerlukan koreksi untuk volume tetap atau gas non-ideitas seperti termometer gas volume konstan. Kerugian utama dari jenis termometer ini adalah bahwa kisaran pengukuran suhu terlalu kecil, dan satu cairan tidak dapat digunakan untuk mengukur semua suhu dari cairan HE ke suhu sekitar. Meskipun termometer tekanan uap dapat digunakan untuk mengukur suhu dari titik tiga ke titik kritis, termometer ini biasanya hanya digunakan untuk pengukuran suhu dalam kisaran tekanan uap 5 ~ 250kPa.

Kemurnian cairan dalam termometer sangat penting, dan sejumlah kecil kotoran akan menyebabkan tekanan uap menyimpang dari hubungan antara tekanan uap jenuh dan suhu zat murni. Pada saat yang sama, perlu dicatat bahwa volume tetap harus cukup kecil dan suhu pipa penghubung tidak boleh lebih rendah dari suhu paket penginderaan suhu.