8. Датчики температуры

Из большого разнообразия методов и приборов, используемых вообще в промышленности, в этой лекции рассмотрим только специфические из них применяемые в холодильной и криогенной технике, в частности, технике ожижения гелия. Известно, что в зависимости от принципа действия приборов для измерения температуры последние делятся на группы:

1. Термометры расширения, основанные на изменении объема жидкости или линейных размеров твердых тел при изменении температуры.

2. Манометрические термометры, основанные на изменении давления рабочего вещества в замкнутой системе постоянного объема при изменении температуры.

3. Термоэлектрические, основанные на возникновении термоэлектрической силы – при возникновении разности температур между рабочим споем и свободными концами разнородных проводников.

4. Электрические термометры сопротивления, основанные на изменении электрического сопротивления проводников и полупроводников при изменении их температуры.

И некоторые другие, принцип действия которых выходит за пределы возможного использования их в области низких температур.

Учитывая специфику использования этой аппаратуры в быту, криогенной технике и даже установившиеся традиции, а также простоту устройства и требования к технике безопасности, в лекции рассмотрим измерительную технику наиболее широко применяемую в области низких температур.

8.1. Манометрические термометры

Измерение температуры манометрическими термометрами основано на объединенном газовом законе , в котором один из переменных параметров – объем неизменен и тогда изменяется давление обратно пропорционально температуре. Схема такого термометра показана на рис.8.1. Прибор состоит из термобаллона 1, капиллярной трубки 2 и манометра 3, которые заполнены рабочим веществом. Термобаллон в зависимости от измеряемого диапазона температур изготавливается из хорошо проводящего тепломатериала, например, латуни, меди имеет разнообразную форму, толщину стенок и давление рабочего вещества. Для низкотемпературной техники диапазон температур может колебаться от 300 К до 250 К (холодильники) и от 300 К до 0 К (ожижители гелия).

Рис.8.1. Манометрический термометр с пружиной: 1 – термобаллон; 2 – капиллярная трубка; 3 – трубчатая пружина; 4 – держатель; 5 – поводок; 6 – сектор

Капилляр обычно изготавливают из медной или стальной трубки с внутренним диаметром от 0,15 до 0,5 мм, длиной от 0,25 м до 60 м. Для защиты от механических повреждений его часто помещают в защитную оболочку из оцинкованной стальной полоски, а если он располагается в криостате или сосуде Дьюара, то с целью снижения теплопритоков к жидкому гелию он не имеет этой защитной оболочки.

По заполнению системы различают следующие типы манометрических термометров:

1. Газозаполненные (газовые) термометры, в которых вся система заполнена газом под некоторым начальным давлением (до нескольких десятков атмосфер).

2. Жидкозаполненные (жидкостные) термометры, в которых система заполнена жидкостью.

3. Паро-жидкостные термометры, в которых термобаллон частично заполнен жидкостью, а все остальное пространство системы заполнено парами этой жидкости или ее конденсатом.

Работа газовых и жидкостных термометров основана на использовании объемного расширения или сжатия газа и жидкости при охлаждении или нагреве объекта автоматического регулирования. В паро - жидкостных термометрах используется зависимость давления насыщенного пара от температуры.