Термометрия низких

Стрелков П. Г., Термометрия низких температур , Вестник [c.10]

В проекте первого доклада, представленного Подготовительной комиссией по термометрии низких температур Международной ассоциации по вопросам холода, показано, что для наиболее низких температур нежелательно фиксировать заранее давление при 0° для гелиевого термометра, так как это давление должно быть тем меньше, чем ниже подлежащие измерению температуры. [c.111]

Выше было найдено, что РУ- б, где 0 — эмпирическая температура. Таким образом, для идеального газа Г — Э ). Поскольку для реального газа в пределе низких давлений произведение РУ и внутренняя энергия не зависят от давления при постоянной температуре, значения температуры, измеренные с помощью реальных газовых термометров, в пределе низких давлений пропорциональны термодинамическим температурам. Можно добиться того, чтобы значения Г и 0 были [c.19]

Необходимый тепловой контакт между термометром и телом, температуру которого желательно измерить, не обязательно должен быть механическим контактом. Уже отмечалось, что передача излучения от одного тела к другому позволяет осуществить идеально адекватные способы теплового контакта. Кроме того, хороший физический контакт не обязательно подразумевает хороший тепловой контакт. При очень низких температурах возможно существование магнитных спиновых систем, которые составляют единое целое с кристаллической решеткой, но имеют с ней очень плохой тепловой контакт. На этом факте основаны способы достижения предельно низких температур. С другой стороны, при очень высоких температурах (в плазме) распределение энергии между электронами может существенно отличаться от распределения энергии между ионами. Поэтому можно говорить, что электронная температура отличается от ионной температуры . [c.23]

Примерно в то же время французский ученый Амонтон разработал газовый термометр постоянного объема. В качестве термометрического вещества он использовал воздух и нашел, что отношение самого большого летнего тепла к самому большому зимнему холоду в Париже составляет приблизительно б 5. Затем он пошел далее и заключил, что самая низкая возможная температура должна соответствовать нулевому давлению газа. Это можно считать первым шагом на пути изучения понятия температуры. Согласно Амонтону, мы можем определять температуру как величину, просто пропорциональную давлению газа, и таким образом для создания шкалы необходима лишь одна фиксированная точка. Несмотря на более раннюю работу Бойля и Мариотта, эта идея не была поддержана, по-видимому, по весьма веской причине — газовый термометр представлял собой слишком сложный прибор. Тогда не сумели понять, что созданная таким образом шкала содержит гораздо больший физический смысл, чем шкала Фаренгейта. [c.32]

Рис. 2.5. Погрешности и их источники при международном сличении, выполненном Уордом и Комптоном [57] при низких температурах. 1 — полная погрешность 2 — несовершенство температурных режимов 3 — перегрев термометров 4 — разброс данных.

Уорд И Комптон [57], сравнивая в интервале от 4,2 до 373,15 К 37 платиновых термометров сопротивления из десяти лабораторий. Сличение было выполнено в пятидесяти температурных точках, с тем чтобы обнаружить расхождения их градуировок как в реперных точках, так и между ними. Оценка точности сличений приведена на рис. 2.5, который служит хорошей иллюстрацией современных возможностей сличения термометров при низких температурах. Происхождение термометров было весьма различным, основная часть поступила от трех коммерческих фирм, а остальные были сделаны [c.57]

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]

До сих пор не говорилось о том, каким образом может быть измерена скорость звука. Выше мы обращали внимание на отклонение свойств газа от идеального состояния и отмечали, что скорость Со относится к безграничному пространству. На практике, особенно в области низких температур, скорость звука измеряется в относительно небольшой колбе, которая должна иметь постоянную температуру. В настоящее время наиболее точные измерения скорости звука осуществляются при помощи акустического интерферометра с цилиндрическим резонатором. Акустические волны возбуждаются в трубе излучателем, расположенным на ее конце длина волны находится измерением перемещения отражателя между соседними резонансными максимумами. Положение стоячих волн определяется по импедансу излучателя. В этом состоит одна из трудностей акустической термометрии по сравнению с газовой. В газовой термометрии измеряемые величины, объем и давление, являются величинами статическими, хотя и существуют проблемы, связанные с сорбцией, о которой говорилось выше. В акустической термометрии измеряемые величины носят динамический характер — это акустический импеданс излучателя, например, при 5 кГц, вязкость и теплообмен со стенками трубы. Все это оказывается источником специфических трудностей при измерении, и для правильной интерпретации результатов измерения необходимо полное понимание физической сущности процессов распространения акустических волн. [c.101]

Соотнощение между измеряемой величиной и термодинамической температурой оказывается очень простым, однако шумовая термометрия не используется в качестве основного метода первичной термометрии. Причина заключается в том, что не удается достаточно точно измерить напряжения порядка нескольких микровольт и при этом избежать посторонних источников шума, как теплового, так и нетеплового происхождения, а также сохранить постоянными полосу пропускания и коэффициент усиления измерительных приборов. В шумовой термометрии, несмотря на достигнутые за последние годы успехи, остается еще много нерешенных проблем. Точность измерения термодинамической температуры шумовым методом, кроме области очень низких температур, намного ниже точности других первичных термометров. По этой причине, не вдаваясь в подробности предмета шумовой термометрии, рассмотрим в общих чертах основные принципы тех приемов, которые применялись на практике. [c.113]

Рнс. 3.15. Схема шумового термометра на основе метода равных сопротивлений [21]. 1 — усилитель с низким уровнем собственных шумов 2, 5 — фильтры 3 — аттенюатор 4 — частотная компенсация аттенюатора 6 — низкочастотный усилитель, демодулятор и преобразователь напряжения в частоту 7 — тактовый генератор 8 — детектирующая цепь и управляющий триггер 9 — устройство для отключения счетчика и остановки тактового генератора 10 — реверсивный счетчик Сь — запоминающие конденсаторы 51—5б — управляемые синхронные переключатели, аналогичный переключатель входит в низкочастотный усилитель. [c.116]

С момента появления первых термометров сопротивления и работы Каллендара по платиновым термометрам термометрия по сопротивлению претерпела существенные изменения. Наряду с классическими платиновыми термометрами сопротивления, применяемыми для измерений с большой точностью и во все возрастающем диапазоне температур, в настоящее время в промышленном масштабе используются проволочные элементы из платины, меди или никеля, а также печатные толстопленочные платиновые элементы. В диапазоне комнатных температур хорошо зарекомендовали себя точные и недорогие термисторы. В научных исследованиях при низких температурах используются термометры сопротивления с чувствительными элементами из сплава родия с железом, германия, углерода и стекло-углерода. Во многих случаях промышленных применений термометры сопротивления как основной инструмент контроля процесса вытесняют термопары. При температурах ниже 700 °С большинство промышленных термометров сопротивления сейчас более компактны и надежны, чем термопары. Кроме того, все более широкое применение микропроцессоров в составе приборов позволяет быстрее и эффективнее, чем было возможно прежде, использовать информацию, содержащуюся в сигнале от термометра. [c.186]

Платиновые термометры сопротивления для измерения низких температур [c.206]

Ом При 300 К ПО сравнению с 50 Ом у термометров меньшего размера), что улучшает их разрешающую способность при низких температурах. [c.233]

Вопросы градуировки углеродных термометров и аналитического аппроксимирования градуировочных кривых обсуждались во многих монографиях по технике низких температур. [c.248]

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]

Несмотря на большое значение температурных измерений, число имеющихся по этому вопросу литературных источников на русском языке крайне ограниченно. В книге М. М. Попова Термометрия и калориметрия [1] изложены только методы измерения температур в области МШТ. Измерению температур выше МШТ посвящена книга Г. Рибо Оптическая пирометрия [2], изданная в 1934 г. и ставшая почти библиографической редкостью. Некоторые важные зарубежные работы по газовой термометрии освещены в сборнике переводов Методы измерения температур , ч. 1 и 2 [3]. В последнее время появились обзорные работы П. Г. Стрелкова Термометрия низких температур [4] и Г. М. Кондратьева и А. Н. Гордова Достижения советской метрологии в области температурных измерений [5]. Однако для ознакомления с техникой измерений в интервалах температур, не охватываемых МШТ, приходится обращаться к журнальным статьям. Поэтому издание сборника Температура и ее измерение следует считать весьма своевременным. [c.7]

При измерении малоомными термометрами с чувствительным элементом из платиновой проволоки диаметром 0,2—0,5 мм температур до 1000°С и выше приходится измерять сопротивления, соизмеримые с сопротивлением проводов, соединяющих термометр с прибором. Аналогичный случай имеет место и при измерении платиновым термометром низких температур в пределах от —200 до, —260°С. В этом случае при температурах, равных —240, —250 и —260°С, платиновый термометр с номинальным значением сопротивления при 0°С i o = 100 Ом имеет сопротивление соответственно 2,750 1,093 и 0,510 Ом. [c.229]

За исключением области самых низких температур (скажем, ниже 1 К), первичные термометры остаются гораздо более трудоемкими при использовании и менее воспроизводимыми, чем лучшие вторичные термометры. Для большинства целей удобство и воспроизводимость показаний термометра важнее, чем точность по термодинамической шкале. Кроме того, существует очень много физических величин, для измерения которых требуется находить разности температур. К их числу относятся теплоемкость, теплопроводность и другие теплофизические величины. Если отклонения применяемой практической шкалы от термодинамической описываются медленно меняющейся плавной функцией температуры, то серьезных проблем не возникает. Если же, напротив, практическая шкала содержит небольшие, но заметные скачки отклонений от.термодинамической шкалы, то и измерения соответствующих физических величин в зависимости от температуры дадут неожиданные ложные скачки, которые отражают только несовершенство термометрии. Для исключения подобных затруднений необходимо, чтобы практическая шкала была гладкой функцией от термодинамической температуры. Это эквивалентно требованию непрерывности первой и второй производных температурной зависимости разности практической и термодинамической температурных шкал. Если для конк >етного вторичного термометра (такого, например, как платиновый термометр сопротивления) нетрудно рассчитать гладкую практическую шкалу, то получить гладкое соединение шкал для двух разных вторичных термометров гораздо сложнее. Основной источник трудностей заключается в том, что два различных участка шкалы часто основаны на разных физических закономерностях, отклонения которых от термодинамической шкалы не совпадают. Соединение шкалы по платиновому термометру сопротивления и по платинородие-вой термопаре в МТШ-27, так же как и в МПТШ-48 и МПТШ-68, служит хорошим примером типичных трудностей. В МПТШ-68 в этой точке имеется скачок первой производной от разности / — 68, достигающий 0,2%. Такие разрывы можно [c.44]

Сравнение рис. 2.6 и 2.7 показывает, что основная часть найденных отклонений между термометрами вызвана расхождениями их градуировок в реперных точках. Если, как показано на рис. 2.7, эту часть отклонений устранить, остаточные расхождения становятся гораздо меньшими. Тогда кривая среднеквадратичных отклонений на рис. 2.7 становится хорошей оценкой единственности МПТШ-68 при использовании современных термометров. На рис. 2.8 показаны расхождения в наклонах шкал по показаниям пар термометров в соответствии с их исходными градуировками. Эти расхождения невелики выше 27 К, но при более низких температурах становятся существенными для измерений теплоемкости. Поэтому следует проявлять осторожность при интерпретации точных измерений теплоемкости и других величин, связанных с разностью температур при низких температурах, особенно если они выполнены [c.58]

Принципиально новые сведения о термодинамической шкале при низких температурах были получены Берри с газовым термометром НФЛ в интервале от 2,6 до 27,1 К [4]. Эти данные были подтверждены при новых измерениях с шумовым термометром до 4,2 К [40], с акустическим термометром от 4,2 до 20К [20] и с новым типом газового термометра [28, 29], где использована температурная зависимость диэлектрической проницаемости. Применив диэлектрический газовый термометр в качестве интерполяционного прибора, Гьюген и Мичел подтвердили данные Берри в интервале от 4,2 до 27 К-Значения низкотемпературных реперных точек установленной Берри шкалы НФЛ-75 приведены в табл. 2.5. [c.63]

Различие уравнений идеального газа и вириального разложения об Ъясняется существованием сил взаимодействия между молекулами. Вывод уравнения состояния с учетом всех взаимодействий между молекулами газа приводит, естественно, к полиному по степеням плотности. Второй и последующие коэффициенты полинома описывают эффекты, возникающие при столкновении молекул газа. Второй коэффициент учитывает суммарный вклад всех парных взаимодействий между молекулами, третий вклад взаимодействий между тремя молекулами, четвертый — между четырьмя и т. д. Очевидно, что вычисление коэффициентов становится очень трудной задачей, если учитывать столкновение более чем двух молекул. Для задач, связанных с термометрией, вклад третьего и последующих членов в вириальном разложении достаточно мал и им можно пренебречь, за исключением области самых низких температур. [c.77]

Некоторые свойства, важные для первичной термометрии, зависят в конкретной температурной области от той или иной части потенциала. При низких температурах взаимодействие между молекулами определяется в основном дальнодействую-щими силами притяжения. При понижении температуры молекулы проводят все больше времени в окрестностях друг друга, группируясь парами. В результате этого давление оказывается ниже, чем в случае идеального газа, а второй вириальный коэффициент В(Т) имеет отрицательное значение и продолжает уменьщаться с понижением температуры. При высоких температурах столкновения между молекулами становятся более интенсивными и решающее значение приобретают силы отталкивания. Это приводит к эффекту исчезновения некоторого объема, что в свою очередь вызывает увеличение давления по сравнению с величиной для идеального газа и, следовательно,— к положительному значению В(Т). При дальнейшем повышении температуры величина В(Т) снова уменьшается в связи с тем, что при сильных взаимодействиях между молекулами оболочки последних деформируются и собственный объем молекул уменьшается. На рис. 3.2 кроме В(Т) показаны рассчитанные зависимости С(Т), 0(Т) и Е(Т). График построен в приведенных единицах по принципу соответственных состояний (см., например, работу Мак-Глейшена [49]). Кривые соответствуют величинам В(Т) Уь и С(Т)П 1, где [c.80]

Для термометрии в области низких температур, где в качестве термометрического газа используется гелий, уравнение (3.9) является приближенным, так как не учитывает влияния квантовых эффектов. Вопросу изучения вторых вириальных коэффициентов Не и Не в квантовой области ниже 8 К, а также в промежуточной области между 8 и 30 К было уделено довольно много внимания. Первые успешные вычисления вириальных коэффициентов выполнены де Буром и Мичелом в 1939 г. [22]. Псгзднее более точные вычисления были осуществлены Килпатриком и др. [44] и Бойдом и др. [7]. Полное выражение для В(Т) с учетом квантовых эффектов, данное в работе [7], представляет собой сумму двух взаимодействий — В(Т)прям и В(Т)обы. Первая часть описывает парное взаимодействие частиц, подчиняющихся статистике Больцмана, вторая — взаимо- [c.81]

Существует несколько способов измерения количества газа ЫЯ. Один из них заключается во взвешивании опорного объема до и после того, как он был соединен с предварительно откачанной колбой газового термометра разница в весе и будет равна тому количеству газа, которое перешло в колбу. Однако, этот метод не получил распространения при точных газтермометри-ческих исследованиях из-за экспериментальных трудностей, возникающих при взвешивании газов с низкими плотностями. При использовании другого метода необходимо знать вириальные коэффициенты газа при температуре опорного объема. Для гелия при реперной температуре То (273,15 К) достаточно учитывать лишь второй вириальный коэффициент, поскольку суммарный вклад от третьего и других вириальных коэффициентов при давлении 1 атм составляет менее 10 относительных единиц. Вириальное уравнение состояния для гелия при этой температуре может быть записано в виде [c.86]

Чтобы проиллюстрировать этот и другие источники погрешностей, обратимся к двум последним исследованиям в области газовой термометрии. Первое выполнено Берри [2] при низких температурах и послужило основой для установления шкалы НФЛ-75 в области от 2,6 до 27,1 К, второе выполнено Гильд-нером и Эдсингером [31] при высоких температурах и охватывает область от о °С до 460 °С. [c.91]

В газовом термометре для низких температур для измерения отношения давлений Берри использовал газовый поршневой манометр. Точноеть поршневого манометра при измерении абсолютных давлений уступает точности ртутного манометра из-за погрешности в определении эффективной площади поршня. Однако он является вполне удовлетворительным для измерения отношения давлений [55]. Эффективная площадь поршня слабо зависит от давления, поэтому отношение давлений может быть измерено без больших трудностей с относительной погрешностью 5- 10 в диапазоне от 2 до 100 кПа. [c.97]

Пятый и последний метод шумовой термометрии может применяться только при низких температурах. Его принцип основан на включении в цепь с очень низкой индуктивностью и сопротивлением контакта Джозефсона для получения так называемого резистивного СКИПа (сверхпроводящего квантового интерференционного прибора). Существуют и другие способы применения контакта Джозефсона в щумовой термометрии, например использование магнетометра [34]. Однако резистивный СКИП в отличие от других подобных приборов позволяет [c.119]

Область применения шумового термометра со СКИПом может быть расширена до 20 К. Однако на практике большинство работ выполнено в области очень низких температур, ниже 0,5 К и вплоть до нескольких милликельвинов [67]. Для описанных шумовых и других первичных термометров в этом диапазоне очень низких температур не было найдено систематических расхождений результатов, превышающих 0,3 мК- [c.122]

Главная трудность, связанная с щумовой термометрией, использующей СКИП, обусловлена необходимостью очень большого времени измерения, если нужно получить удовлетворительную точность. Так, для обеспечения точности измерения Т в 1% необходимо произвести 2-10 отсчетов, откуда следует, что пх (полное время измерений) оказывается обычно порядка одного часа. Чем больше время измерений, тем труднее устранить влияние шумов от других источников. Однако при самых низких температурах желательная относительная точность измерений не слишком высока, и при 300 мК, например, вполне достаточно 10 , а шумовой термометр имеет мало источников погрешности. Нет необходимости ни вводить поправку на свойства образца, ни учитывать члены второго или более высоких порядков. Поэтому метод шумового термометра является одним из лучших для первичной термометрии ниже 1 К. С другой стороны, при высоких температурах желательная для первичной [c.122]

В магнитной термометрии широко применяются такие соли, как церий-магниевый нитрат (ЦМН), хромметиламмониевые квасцы (ХМК) и марганце-аммониевый сульфат (МАС). Первая из них, ЦМН, Се2Мдз(Ы0з)1224Н20, применяется при температурах ниже 4,2 К, так как чувствительность ее низка, а первое возбужденное состояние соответствует 38 К. ЦМН обладает гексагональной структурой и его магнитные свойства сильно анизотропны. Несмотря на это, величина Д очень мала, приблизительно 0,27 мК. Восприимчивость в направлении, параллельном гексагональной оси, хи много меньше, чем восприимчивость в перпендикулярном направлении х - Восприимчивость хх также мала, поскольку мал момент иона, 7=1/2, а также вследствие того, что ионы в кристаллической решетке расположены на относительно больших расстояниях. Последнее обстоятельство приводит к тому, что ЦМН достаточно точно подчиняется закону Кюри и является одной из причин широкого применения этой соли для термометрии ниже 1 К- [c.126]

Принятие МПТШ-68 внесло изменения, касающиеся описания зависимости сопротивления от температуры для платинового термометра сопротивления, в частности в области низких [c.204]

Хотя теплопроводность платины относительно низка и диаметр проволоки выводов мал, необходимо принимать меры к тому, чтобы и термометр, и его выводы находились при одинаковой температуре. Сам термометр для улучшения теплового контакта обычно устанавливается плотно в отверстие, чаще со слоем вакуумной смазки (например, апиезон Ы). Идущие к термометрам медные провода на длине около 30 см обычно прикрепляются и приклеиваются к теплоотводу, находящемуся при той же номинальной температуре, что и термометр. [c.208]

Исследование разницы в сопротивлении капсульного термометра по постоянному и переменному току показывает, что это различие может заметно сказываться только при очень низких температурах [18]. При использовании моста переменного тока модели А7 фирмы Automati Systems, работающего на частоте 375 Гц (см. разд. 5.11), различие между результатами измерений по постоянному и переменному току составило, 3 мК в тройной точке водорода. За этот эффект ответственны, по-видимому, вихревые токи, наводимые в платиновом кожухе термометра ). [c.209]

В разд. 5.1 отмечалось, что добавка небольщого количества магнитной примеси к некоторым металлам приводит к образованию локального магнитного момента и как следствие к появлению минимума сопротивления при низких температурах. Изучив свойства разбавленных сплавов железа с родием, Коулз [43] высказал предположение, что эти сплавы могут оказаться полезными при создании термометров сопротивления. Вместо того чтобы задать минимум сопротивления, добавка [c.231]

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]

Чтобы в полной мере использовать возможности углеродного резистора в качестве термометра, следует принимать ряд мер, уменьщающих нежелательный сдвиг его градуировки [69, 70]. Резисторы чувствительны к изменению влажности повышение влажности приводит к увеличению сопротивления и повышению крутизны характеристики. Поэтому рекомендуются новые резисторы после сушки при 60 °С в вакууме покрывать эпоксидной смолой. Следует избегать перегрева резистора при пайке, поскольку повышение температуры выше 370 °С вызывает необратимые изменения его сопротивления (рис. 5.43). При охлаждении до низких температур сопротивление постепенно подходит к своему равновесному значению, однако после каждого даже небольшого изменения температуры равновесное [c.247]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...