17,28
38,80
59,65
80.00
9204
100,00
107,91
115,78
123,60
131,37
гр. 23
—
—
—
41,71
48,48
53,00
57,52
62,03
66,55
71,06
гр. 24
—
—
—
78.70
91,48
100.00
100,00
117,04
125,56
134,08
Обозначениеградуировки
Температура Θ, oС
100
120
150
180
200
300
400
500
600
650
гр. 21
63,99
67,52
72.78
77,99
81,43
98,34
114,72
130,55
115,85
153,30
гр. 22
139,10
116.78
153,21
169.54
177
213,79
249,38
283,80
317,06
333.25
гр. 23
75,68
80,09
86,87
93,64
—
—
—
—
—
—
гр.24
142.60
151,12
163,90
176,68
—
—
—
—
—
—
Инерционность термопар и термометров характеризуется их постоянной времени Т, определяемой как время, необходимое Для того, чтобы изменение выходной величины преобразователя, перенесенного из среды с температурой 30—35 °С в сосуд с интенсивно перемешиваемой водой с температурой 15—20 °С, достигло 63% от установившегося значения перепада. Различают термопары и термометры сопротивления малоинерционные (Ттп < 40 с для термопары и Ттс < 9 с для термометра), средней инерционности Ттп < 60 с, Ттc < 80 с), большой инерционности (Ттп < 3,5 мин, Ттc < 4 мин) и ненормированной инерционности.
2. Методы контактных электроизмерений различных диапазонов температур.
2.1. МЕТОДЫ КОНТАКТНЫХ
ЭЛЕКТРОИЗМЕРЕНИЙ
СВЕРХНИЗКИХ ТЕМПЕРАТУР
К сверхнизким, или «гелиевым», температурам относятся температуры, получаемые с помощью жидкого гелия (температура кипения около 4 К). Специфика методов измерения температур ограничивает этот диапазон значениями от 0 до 10 К.
Существующие методы контактного измерения сверхнизких температур распространяются лишь на отдельные участки этого диапазона. Так, для измерения температур от 1 до 4 К используются терморезисторы из фосфористой бронзы с мелкими включениями свинца. Свинец при температуре около 4 К переходит в состояние сверхпроводимости, и сопротивление терморезистора изменяется. Такие терморезисторы имеют максимальную чувствительность при температурах от 1,5 до 4 К, но их показания зависят от величины рабочего тока, протекающего через терморезистор, и внешних магнитных полей.
Для измерения температур ниже 1 К используются методы магнитной термометрии, основанные на зависимости объемной магнитной восприимчивости c ряда парамагнитных солей от абсолютной температуры Q, описываемой законом Кюри—Вейсса: c = С/(Q ‑ D), где С и D — постоянные, характерные для используемой соли.
Термометр, осуществленный по этому принципу, представляет собой катушку индуктивности, внутри которой в достаточно однородном поле размещен образец из меднокалиевых или железоалю-миниевых квасцов. Катушка включается в мостовую цепь, и изменение температуры, вызывающее изменение c. образца, приводит к изменению индуктивности катушки, пропорциональному измеряемой температуре.
Для измерения температуры выше 4 К используются термошумовые термометры. Область их применения простирается до 1300 К, и поэтому они описаны в следующем параграфе.
Основной трудностью при измерениях в области сверхнизких температур, кроме осуществления теплового контакта термометра и объекта измерения, являются методы градуировки используемой аппаратуры.
В диапазоне температур от 1 до 4 К базовым прибором для воспроизведения температурной шкалы является гелиевый газовый термометр. Примером такого термометра может служить прибор, созданный во ВНИИФТРИ и имеющий строго постоянный объем, давление в котором, изменяющееся линейно с температурой, измеряется точным мембранным манометром. Кроме того, в диапазоне температур от 1 до 5 К используются конденсационные термометры в основе которых лежит хорошо изученная зависимость давления насыщенных паров жидких газов от температуры. Точность, достигаемая при измерениях температуры с помощью конденсационных термометров, весьма велика. Так, при использовании жидкого гелия погрешность измерения не превышает 0,002 К.
Осуществление градуировки термометров в диапазоне температур от 4 до 10 К производится интерполяцией показаний платинового термометра, для чего используются угольные терморезисторы изготовленные из специально обработанного каменного угля. Используя эмпирические зависимости сопротивления от температуры в области выше 14 К и ниже 4 К и производя интерполяцию внутри этого диапазона температур, получают выражения, описывающие • температурную зависимость сопротивления угольных термометров для температур от 1 до 14 К, которая обеспечивает определение температуры с погрешностью, не превышающей ±:0,1К. При этом следует иметь в виду, что угольным терморезисторам свойственна сильная нестабильность, поэтому градуировку производят перед каждым измерением.
Для измерения сверхнизких температур от 4 до 14 К также применяются германиевые терморезисторы.
2.2. МЕТОДЫ КОНТАКТНЫХ
ЭЛЕКТРОИЗМЕРЕНИЙ
НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУР
Термин «низкие температуры» не имеет строго установленного значения. Обычно в понятие «низкие» включают область температур от 10 до 800 К. Для измерения таких температур используются металлические и полупроводниковые терморезисторы, термопары или термобатареи, описание принципов действия, электрических схем и погрешностей которых было дано в п. 1.
Достаточно точное измерение температур в диапазоне от 4 до 1300 К может быть основано на зависимости шумового напряжения Uш на резисторе R от температуры Q Средний квадрат напряжения шума по формуле Найквиста , где k = 1,38∙10-23 Дж/К — постоянная Больцмана; Df —полоса воспринимаемых частот. Практическая реализация метода заключается в сравнении шумов двух идентичных резисторов,один из которых находится при известной, а другой — при измеряемой температуре. Сравнение шумов резисторов осуществляется двумя методами: либо по величине шумового напряжения (усиленного и выпрямленного), если уровень шумов достаточно высок, что соответствует температуре выше 500 К, либо по числу шумовых импульсов — для более низких гемператур.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8
