저온 측정

극저온 시스템의 저온 측정에는 주로 온도 측정, 진공 측정, 액체 수준 측정 및 유량 측정이 포함됩니다.

온도 측정을위한 국제 통합 표준은 국제 온도 규모 (ITS)입니다. 우리나라는이 온도 척도를 수년간 국가 법정 온도 측정 척도로 채택했습니다. 현재 사용되는 온도 척도는 1990 년 국제 온도 규모 (-1990)입니다.

온도 측정은 측정 된 온도의 범위, 주로 온도계에 따라 측정 도구를 선택해야합니다. 다음은 일반적으로 사용되는 온도계가 있습니다.

1. 금속 저항 온도계

도체 또는 반도체의 저항성은 온도에 따라 변하며, 이는 단순하고 신뢰할 수있는 저항 온도계의 기초입니다. 961.78도 미만의 국제 온도 스케일은 백금 저항 온도계를 사용합니다. 백금 외에도 구리, 니켈 및 인듐과 같은 다른 재료가 저항 온도계 재료로 사용되었습니다. 니켈은 실온에서 변형되기 쉽기 때문에 시간이 지남에 따라 저항력이 변하고 온도계의 안정성은 열악합니다. 인듐 저항 온도계는 저온에서 백금 저항보다 감도가 높습니다.

저항 온도계를 설치하는 데있어 중요한 부분은 응력이 추가 저항을 생성하기 때문에 열 및 기계적 응력을 제거하는 것입니다. 장갑 백금 저항성 온도계는 종종 산업 생산에 사용됩니다. 이 온도계는 일반적으로 직경이 약 4mm이고 길이는 약 10 ~ 12mm 인 원통형 금속 쉘에 캡슐화됩니다.

2. 반도체 저항 온도계

반도체의 전도도는 온도와 관련이 있기 때문에이 재료는 저항 온도계로 사용될 수 있습니다. 고온 조건에서, 저항 (전도도의 역)은 열역학적 온도의 역수의 지수 함수에 비례하며, 이는 반도체의 전도성 특성을 특징으로한다. 저온 조건에서 전도는 불순물의 존재 (전자 방출 또는 수용) 때문입니다.

게르마늄 저항계 온도계는 널리 사용되는 반도체 저항계 온도계이며, 비소, 갈륨 또는 안티몬은 원하는 저항 특성을 얻기 위해 도핑됩니다. 게르마늄은 금속 상자에 밀봉되어 있으며 4 개의 리드가 연결되어 있습니다. 산업용 게르마늄 저항기의 전형적인 작업 범위는 1.5 ~ 100 K입니다. 게르마늄 저항 온도계는 일반적으로 7 개의 온도 지점에서 교정됩니다.

탄소 저항계는 높은 감도, 저가, 작은 크기 및 비교적 단순한 저항 온도 곡선으로 인해 저온 측정을위한 온도계로 널리 사용되어 왔습니다.

3. 열전대 온도계

열전대는 정상 온도 범위와 저온 환경에서 온도 측정에 사용할 수 있습니다. 열전대의 하나의 정션을 측정 할 온도에 놓고, 다른 접합부는 기준 온도 환경에 배치된다. 예를 들면 : 아이스 욕조를 기준점으로 사용하고 열전대로 저온을 측정하는 경우, 필요한 온도 해상도가 0. 1k 정도 인 경우 측정 된 열전 전위가 5MV 이상인 경우 측정 기기의 정확도는 1μV입니다. 액체 질소 목욕 (또는 액체 수소 목욕)이 기준점으로 사용되는 경우 총 열전 전위가 감소됩니다. 저온 기준점을 사용하는 장점은 열전대 와이어를 따라 전도 열을 크게 줄일 수 있다는 것입니다.

온도의 표시는 측정 된 열전 전위를 교정 곡선 관계 (특정 기준 온도에 해당)로 변환함으로써 결정될 수 있습니다.

구리-콘스탄탄 (T 유형), 니켈-크로미엄-콘 스탄탄 (e 유형) 및 니켈-크로 마움-니켈-실리콘 (k 유형) 열전대가있는 3 가지 일반적인 저온 열전대가 있는데, 이는 -200}}}}}|니켈-크롬-골드-아이언 (철 질량 분획은 3%) 열전대는 10 ~ 180k의 저온 범위에서 사용할 수 있습니다.

열전대의 한 가지 단점은 열전 전위가 일반적으로 밀리 볼트 수준에서 너무 작다는 것입니다. 이 문제는 여러 열전대를 사용하여 열전대 파일을 형성하여 해결할 수 있습니다. 열전대 파일의 열전 전위는 스택 된 열전대의 열전 전위, 즉 N 열전대의 열전 전위가 단일 열전대의 열전 전위의 N 배입니다.

열전대 와이어를 따라 열 전도는 열전대 온도 측정에서 심각한 오류를 일으킬 수 있습니다. 이 상황을 줄이려면 특정 길이의 열전대 와이어가 더 낮은 온도 등온 환경 (방열판)을 통과하여 오류가 줄어 듭니다. 또한 매우 작은 직경 열전대 와이어를 사용하면 온도 측정 오차를 크게 줄일 수 있습니다.

4. 증기 압력 온도계

증기 압력 온도계는 액체의 포화 증기 압력이 증기와 접촉하는 액체의 온도의 고정 된 기능이라는 특성을 사용하여 온도를 측정합니다. 온도계는 온도 범위 내에서 응축 될 수있는 순수한 가스로 채워진 온도 전구로 구성됩니다. 온도 전구는 모세관을 통해 압력 측정 장치에 연결됩니다.

증기 압력 온도계의 장점은 응용 온도 범위 내에서 높은 감도를 가지고 있다는 것입니다. 예를 들어, 63 ~ 80K의 온도 범위에서 질소 온도계의 감도는 15 ~ 3 kPa/k입니다. 마찬가지로, 증기압 온도계는 고정 부피 또는 가스가 가스 온도계와 같은 가스 비 이형에 대한 보정이 필요하지 않습니다. 이 유형의 온도계의 주요 단점은 온도 측정 범위가 너무 작고 단일 액체를 사용하여 액체에서 주변 온도까지 모든 온도를 측정 할 수 없다는 것입니다. 증기 압력 온도계는 트리플 포인트에서 임계점까지 온도를 측정하는 데 사용될 수 있지만,이 온도계는 일반적으로 5 ~ 250kpa의 증기압 범위의 온도 측정에만 사용됩니다.

온도계에서 유체의 순도는 중요하며 소량의 불순물은 증기 압력이 포화 증기압과 순수한 물질의 온도 사이의 관계에서 벗어날 수있게합니다. 동시에, 고정 부피가 충분히 작아야하고 연결 파이프의 온도가 온도 감지 패키지의 온도보다 낮아서는 안된다는 점에 유의해야합니다.