Термометр германиевый

В 1975 г. в Национальной метрологической лаборатории (НМЛ, Австралия) было проведено международное сличение германиевых термометров сопротивления, имевшее целью найти расхождения нескольких магнитных температурных шкал и акустической шкалы НБЭ 2—20 К. Результаты сличения показали [5], что можно при единой процедуре градуировки магнитных термометров сблизить их показания по термодинамической шкале до уровня 1 мК. Вновь отметим, что магнитная термометрия не является первичной, поскольку она нуждается в этом интервале как минимум в четырех градуировочных точках (см. гл. 3). [c.66]

При ВЫСОКИХ температурах. При низких температурах газовая колба довольно велика (около 1 л), имеет прочные толстые стенки и помещена в вакуумную камеру. Термометры сопротивления из сплава родия с железом крепятся непосредственно к наружной стороне колбы. Регулирование температуры осуществляется нагревателем на радиационном экране датчиком температуры служит германиевый термометр сопротивления. Теплопроводность бескислородной меди с высокой проводимо- [c.92]

Температурная зависимость удельного сопротивления полупроводника, в который добавлено небольшое количество примеси, показана на рис. 5.7 [12]. На практике в полупроводнике всегда присутствуют как донорные, так и акцепторные примеси, и разработчик полупроводниковых термометров сопротивления может лишь выбирать соотношение между теми и другими. Для описания процессов проводимости рассмотрим германий, содержащий донорные атомы мышьяка в концентрации N(1 и какие-либо акцепторные атомы в концентрации Л а-На рис. 5.7 можно выделить четыре температурных диапазона, в каждом из которых преобладает какой-либо один механизм проводимости". В высокотемпературном диапазоне [I] проводимость обусловлена главным образом электронами, термически возбужденными из валентной зоны в зону проводимости согласно уравнению (5.8), поскольку все примесные атомы давно уже ионизованы. Это область собственной проводимости для германия она начинается чуть выше 400 К. Этот диапазон не представляет особого интереса для германиевых термометров сопротивления. [c.198]

Рис. 5.7. Схематическая зависимость сопротивления германиевого термометра от температуры [12].

Для термометрических приложений особый интерес представляет переход между областями III и IV, который попадает как раз в ту область температур, где чаще всего используются германиевые термометры сопротивления. Согласно рис. 5.7, [c.199]

Германиевый термометр сопротивления [c.235]

Рис. 5.34. Схема германиевого термометра сопротивления [49]. 1 — позолоченная медь 2 — тефлон.

Очень важно экранировать германиевые, так же как и угольные термометры от высокочастотных электромагнитных [c.238]

Было проведено систематическое исследование стабильности 60 германиевых термометров при циклическом изменении [c.239]

Рис. 5.37. Изменения сопротивления при 20,28 К для трех германиевых термометров сопротивления за 90 циклов изменения температуры до комнатной и обратно. Термометр К 15532 показывает скачки сопротивления, которые время от времени наблюдаются у термометров этого типа [57].

Градуировка и интерполяционные формулы для германиевых термометров [c.240]

В общем виде задача о подборе аналитической функции для описания экспериментальных данных слишком сложна, чтобы рассматривать ее всерьез. Необходимо, однако, указать некоторые принципы, используемые при аналитическом описании данных градуировки германиевых термометров [59]. [c.241]

Если используются преобразованные переменные, что обычно помогает линеаризовать соотношение между Я к Т [например, уравнения (5.36) и (5.37)], то следует обратить внимание на то, чтобы экспериментальные точки располагались равномерно по отношению к новой переменной иначе в отдельных участках диапазона могут возникнуть неожиданные осцилляции. Другими словами, если германиевый термометр градуируется в диапазоне от 1 до 20 К, то между 1 и 2 К должно быть столько же экспериментальных точек, сколько их между 10 и 20 К, и в качестве аналитического выражения должен использоваться указанный полином. По возможности следует также брать несколько точек за пределами аппроксимируемого интервала, чтобы среднеквадратичное отклонение на краях интервала было не хуже, чем внутри его. Если это невозможно, то у краев интервала следует брать больше точек, чем в середине. Для хорошей подгонки полинома методом наименьших квадратов требуется, чтобы дисперсия новой зависимой переменной была постоянной по всему интервалу. На практике осуществить это удается обычно лишь в том случае, когда интервал аппроксимирования очень узок. Поэтому для обеспечения постоянства дисперсии приходится придавать экспериментальным данным статистические веса. Поскольку в случае германиевого термометра как Я, так и Т имеют дисперсию, которая непостоянна в пределах интервала аппроксимации, весовой множитель зависимой переменной должен быть обратно пропорционален полной дисперсии которая дается выражением [c.241]

Опыт показывает, что результаты градуировки германиевых термометров могут также хорошо аппроксимироваться уравнением вида T = f nR) с использованием полиномов Чебышева. Не обязательно, конечно, пытаться аппроксимировать весь интервал одним полиномом в предельном случае, используя технику сшивки , можно вообще брать столько полиномов, [c.242]

Рис. 5.38. Сходимость коэффициентов ортогонального градуировочного полинома для германиевых термометров сопротивления. Коэффициенты шумов имеют случай-

Тепловой контакт углеродных термометров гораздо меньше зависит от теплопроводности выводов, чем в случае германиевых термометров, поскольку теплопроводность углерода при низких температурах гораздо ниже, чем у германия. Поэтому следует обращать внимание на обеспечение хорошего тепло- [c.248]

Германиевые термометры сопротивления [c.253]

Устройства с р—м-переходами не являются термометрами сопротивления в том же смысле, что платиновые или германиевые термометры. Однако при обсуждении магниторезистивного [c.253]

Рис. 5.48. Зависимость AR/Ro от напряженности магнитного поля для германиевого термометра, в случае когда поле параллельно оси термометра. Вертикальные линии показывают возможный разброс данных [73].

Рис. 5.49. Зависимость магниторезистивного эффекта от ориентации для германиевого термометра при 7,2 К. 1 — параллельно полю 2, 3 — в двух разных положениях перпендикулярно полю [72].

В настоящее время имеется перспектива создания такого эталона. Известно, что термометры сопротивления, изготовленные из полупроводниковых материалов, имеют очень высокую чувствительность, и остается только развить методы, обеспечивающие достаточную нх воснроизводи.мость. Кривые на фиг. 2 представляют собой температурные характеристики такого термометра — германиевого полупроводника с проводимостью р-тнпа. [c.155]

Рис. 3.12. Акустический интерферометр НФЛ для интервала температур от 2 до 20 К [20]. А — смазка стайкаст В — постоянный магнит С и О — электрические экраны Е— пьезоэлектрический датчик ускорения Е — диафрагма О — акустический канал Я — поршень, на котором крепится уголковый отражатель / — германиевые термометры сопротивления / — уголковый отражатель J( — стержень, который толкает поршень Е — разделитель лучей М — подвес Я — оптическое окно О — опора Р — верхняя камера Q — подвижная труба Р — радиационный экран 5 — термометр сопротивления Т— тепловой якорь (с нагревателем) и — тепловой якорь при Т=4,2 К V — вакуумная полость W — центральная несущая труба У — лазерные лучи 2 — ванна с жидким гелием.

Рис. 3.20. Схема криостата Сетаса и Свенсона для магнитной термометрии [10]. А—вывод электрических проводов В — промежуточный экран С — термодатчик О — экран блока Е — вакуумная рубашка из латуни f—измерительные провода (3 — тепловые ключи Я — экран / — стержень из кварцевого стекла / — медные провода К — катушка L — нейлоновая ячейка М — экран из проволочной фольги N — радиационный экран из черной бумаги О — вакуумная рубашка из пи-рекса Р — переход медь—пирекс Q — высоковакуумная откачка / — вакуумная рубашка трубки, передающей давление 5 — образец с солью Т — германиевый термометр сопротивления и — медный блок V—платиновый термометр сопротивления — жидкий Не Z — откачка паров Не.

На практике в магнитной термометрии достигнуты большие успехи. На рис. 3.20 и 3.21 схематически показана аппаратура, которую использовали Сетас и Свенсон [10] для установления магнитной шкалы от 0,9 до 18 К. Эта шкала была принята за основу при установлении шкалы ПТШ-76 (см. гл. 2). Образец соли, приготовленный из порошка, помещался в немагнитную нейлоновую капсулу, которая поддерживалась стержнем из кварцевого стекла, прикрепленным к медному блоку. Температура блока измерялась германиевым и платиновым термометрами сопротивления. Медный блок имел полость, куда зали- [c.127]

Рис. 3.22. С хема криостата Гью-гена и Мичела для газового термометра с измерением диэлектрической проницаемости [30]. А — изотермический экран из меди с высокой теплопроводностью В — блок с термометрами из меди с высокой теплопроводностью, =10 см, й=10 см С — ячейка конденсатора (одна или две) О — отверстия для железородиевых, платиновых и германиевых термометров сопротивления Е — холодный вентиль (один для каждой ячейки) Е — герметичный вывод измерительных проводов О — радиационный экран Н — вакуумная рубашка из нержавеющей стали, =17,5 см, уплотняющаяся с помощью индиевой прокладки / — манометрическая трубка из нержавеющей стали, =1,5 мм, проходящая внутри главной откачной трубы, = =37,5 мм /- теплоотвод от / К — термопара Ацре/хромель (одна из четырех вдоль трубки/).

Несмотря на то что чувствительность по напряжению у железородиевого термометра лучше, чем у платинового при температурах ниже 20 К, можно задать вопрос почему в этом температурном диапазоне железородиевый термометр оказывается предпочтительнее германиевого Действительно, как будет показано ниже, у германиевого термометра можно добиться дифференциальной чувствительности, превосходящей 100 % на [c.234]

Конструкция точных германиевых термометров сопротивления претерпела мало изменений с тех пор, как они были впервые разработаны Кунцлером и другими исследователями в 60-х годах [47, 48]. Легированный германий вырезается в форме мостика (рис. 5.34), к ножкам которого прикрепляются золотые проволочки, служащие токовыми и потенциальными выводами. Германий обладает выраженными пьезоэлектрическими свойствами, поэтому очень важно обеспечить крепление без механических напряжений. Обычно для крепления используются сами выводы. Элемент герметически запаивается в позолоченную капсулу, которая заполняется гелием для улучшения теплового контакта. Несмотря на наличие гелия, более двух третей тепла подводится к германиевому элементу через выводы. Это означает, что температура, показываемая термометром, больше зависит от температуры выводов, чем от температуры самой капсулы. Чрезвычайно важно учитывать это при конструировании низкотемпературных установок [50]. То же верно и для платиновых и железородиевых термометров, но в гораздо меньшей степени, поскольку для проволочного чув-ствительного элемента отношение площади поверхности к площади поперечного сечения гораздо больше, чем для германиевого элемента. Как и у других термометров сопротивления, эффект самонагрева измерительным током зависит от теплового контакта с окружающей средой. Если весь термометр погружен [c.236]

Специфический для германиевых термометров сопротивления эффект возникает вследствие довольно высокого значения коэффициента Пельтье для легированного германия. Он проявляется в том, что сопротивление элемента по постоянному и по переменному току различно [53, 54]. Прохождение постоянного тока через германиевый термометр сопротивления приводит к возникновению градиента температуры вдоль элемента вследствие выделения и поглощения тепла Пельтье на спаях элемента с выводами. Наличие градиента температуры вызывает появление небольшой термо-э. д. с. на потенциальных выводах, что приводит к некоторой погрешности в измерении сопротивления. Если же используется не постоянный, а переменный ток частоты f, то от каждого конца элемента распространяются затухающие тепловые волны. Затухание носит экспоненциальный характер, причем показатель экспоненты пропорционален Уf, так что по мере возрастания частоты тепловые волны все больше сосредоточиваются у концов элемента. Для четырехпроводных элементов в форме моста этот эффект исчезает, когда частота измерительного тока поднимается до такого значения, что тепловые волны перестают достигать потенциальных выводов. В этом случае на потенциальных выводах измеряется истинное сопротивление. Частота, на которой это происходит, зависит от температуропроводности и [c.237]

Рис. 5.35. Самонагрев типичного германиевого термометра при падении напряжения 4 мВ [51].

Нет причин полагать, что стабильность сопротивления германия р- или п-типа является одним из факторов, ограничивающих воспроизводимость результатов, получаемых с германиевыми термометрами сопротивления. Небольшие случайные скачки сопротивления, которые иногда наблюдаются при циклическом изменении температуры, возникают скорее всего на спаях между золотыми выводами и германием. В этих спаях сосредо- [c.238]

Подобрать термометр, стабильность которого существенно выше 1 мК при 20 К, оказывается довольно сложным делом. Только 18 из 60 исследованных термометров показали среднеквадратичное отклонение менее 0,25 мК. Однако в процессе испытаний очень немногие термометры изменяли свои характеристики. Если не считать первых десяти температурных циклов, те термометры, которые показали высокую стабильность, неизменно оказывались стабильными те же, у которых наблюдался дрейф или иные типы нестабильностей, продолжали вести себя аналогичным образом. Было обнаружено, однако, что время от времени градуировка термометра, который на протяжении ряда температурных циклов вел себя стабильно, скачкообразно менялась (рис. 5.37). Скачок сильнее сказывается при более высоких температурах, когда сопротивление термометра меньше. Именно этот эффект, отсутствующий у железородиевых термометров, затрудняет использование германиевого термометра для воспроизведения температурной шкалы в области низких температур. [c.240]

При обсуждении теории процессов проводимости в легированном германии был рассмотрен ряд аналитических выражений для проводимости или удельного сопротивления, в которые входят атомные константы, концентрация или свойства примесных атомов, а также температура. Было отмечено, что, несмотря на достаточно хорошее качественное согласие с экперимен-том, эти выражения нельзя применять для количественного описания характеристик конкретных материалов реальные процессы проводимости слишком сложны. Поэтому экспериментальные данные по зависимости сопротивления от температуры приходится аппроксимировать эмпирическим путем, не слишком полагаясь на физическую теорию, как, впрочем, и в случае платиновых термометров. Однако для германиевых термометров сопротивления эта задача оказывается намного сложнее по двум причинам. Во-первых, зависимость сопротивления от температуры меняется от образца к образцу гораздо сильнее, чем в случае платины, даже если эти образцы изготовлены лю одной технологии. Дело в том, что удельное сопротивление легированного германия очень чувствительно к количеству и свойствам примеси. Во-вторых, удельное сопротивление экспоненциально зависит от температуры, т. е. изменяется с температурой гораздо быстрее, чем удельное сопротивление платины. [c.240]

Несмотря на свои отличные во многих отношениях характеристики, германиевые термометры сопротивления мало пригодны для использования в сильных магнитных полях. Магни-торезистиБНЫй эффект у них велик (рис. 5.48) и сильно зависит от ориентации (рис. 5.49). Эти термометры не рекомендуется использовать в полях с напряженностью выше 2,5 Тл при любой температуре. [c.253]

Другой подход к измерению сопротивлений на переменном токе состоит в использовании прибора типа ryobridge фирмы Automati Systems Ltd, который представляет собой настоящий потенциометр переменного тока и разработан с учетом высокого сопротивления выводов у германиевых термометров сопротивления. Это автоматический прибор, работающий на [c.260]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...