|
Грубое измерение криогенных температур (~77K) |
|
|
|
Dec 7 2007, 07:41
|
Гуру
     
Группа: Модераторы
Сообщений: 8 752
Регистрация: 6-01-06
Пользователь №: 12 883

|
Цитата(neptune-1 @ Dec 6 2007, 22:16)  Уважаемые коллеги!
Для контроля температуры жидкого азота нужен криогенный термометр на диапазон 60...90 К.
То что есть в продаже - лабораторные термометры. Очень точные, но и очень дорогие. Поскольку точность 1К вполне устроила бы, не очень хочется платить 1000$.
Не подскажите ли идею, как можно сделать такой термометр? Сначала вопрос - если у Вас жидкий азот, а Вы пишите про температуру 60-90, то это странно... Может Вы имели в виду так наз. азотные температуры? Все те способы, что предложили уже коллеги-форумчане, нуждаются в калибровки. Это можно выполнить, если у Вас есть возможность откачивать азот (для точек ниже 77 К). Металлические термометры сопротивления можно калибровать (проверять) по соотношению сопротивлений при "комнате" и "гелии". Однако, те, что на подложке хуже проволочных. И неизвестно, как они к циклированию устойчивы... Все это плывет со временем, даже термопары, хотя медь-константан для этого диапазона самая удобная. Только надо делать реальный опорный спай в тающем льде (или льду?), так как чувствительность ниже азота начинает круто падать... Есть и абсолютные способы - газовый термометр, например. Не так сложно, как кажется.... Цитата(Black Pahan @ Dec 7 2007, 02:07)  Пользуем холодильные машины у которых в холодной зоне стоит обычный кремниевый диод типа КД522-1N4148. Схема - источник тока на 100 мкА и напряжометр. Диод поверяется опусканием в жидкий азот и замером падения на нём. Типичное значение 1.022В при 100мкА и 77К. Зависимость 2мВ/К. Лучше бескорпусные диоды.
|
|
|
|
|
Dec 7 2007, 14:38
|
Знающий
   
Группа: Свой
Сообщений: 622
Регистрация: 31-07-04
Пользователь №: 422

|
Цитата Пользуем холодильные машины у которых в холодной зоне стоит обычный кремниевый диод типа КД522-1N4148. Схема - источник тока на 100 мкА и напряжометр. Диод поверяется опусканием в жидкий азот и замером падения на нём. Типичное значение 1.022В при 100мкА и 77К. Зависимость 2мВ/К. Сейчас формулу не вспомню, но если езмерять падение при двух токах то можно вычислять температуру без калибровки.
|
|
|
|
|
Dec 7 2007, 17:31
|
Частый гость
 
Группа: Свой
Сообщений: 94
Регистрация: 23-10-06
Пользователь №: 21 591

|
Большое спасибо откликнувшимся! Устройство нужно для школьного кабинета физики (друзья попросили). Пока больше всего нравится идея с кремниевым диодом. Цитата(Black Pahan @ Dec 7 2007, 02:07)  Пользуем холодильные машины у которых в холодной зоне стоит обычный кремниевый диод типа КД522-1N4148. Схема - источник тока на 100 мкА и напряжометр. Диод поверяется опусканием в жидкий азот и замером падения на нём. Типичное значение 1.022В при 100мкА и 77К. Зависимость 2мВ/К. А не подскажите, на чём делали источник тока и марку того операционника, который напряжометр? Цитата(Tanya @ ) Лучше бескорпусные диоды. КД102А подойдёт? У него вроде ленточные выводы, поэтому теплопередача должна быть хорошей. Цитата(Tanya @ ) Скорее всего автор не может откачивать, а то бы не спрашивал про грубое измерение - было бы у него и не грубое... Сухой лед высоко... А кривая EMF vs. Temptrature становится очень кривой вблизи 77 K. Нет, не могу откачивать  . Ну, жидкий азот и 77К у нас есть, а вот что если взять в качестве второй точки калибровки уличную температуру и спиртовой термометр (когда будет -25°С)? Насколько велика будет погрешность вблизи 77 К?
|
|
|
|
|
Dec 7 2007, 18:00
|
Гуру
     
Группа: Модераторы
Сообщений: 8 752
Регистрация: 6-01-06
Пользователь №: 12 883

|
Цитата(neptune-1 @ Dec 7 2007, 20:31)  Большое спасибо откликнувшимся! Устройство нужно для школьного кабинета физики (друзья попросили). Пока больше всего нравится идея с кремниевым диодом. А не подскажите, на чём делали источник тока и марку того операционника, который напряжометр? КД102А подойдёт? У него вроде ленточные выводы, поэтому теплопередача должна быть хорошей. Нет, не могу откачивать  . Ну, жидкий азот и 77К у нас есть, а вот что если взять в качестве второй точки калибровки уличную температуру и спиртовой термометр (когда будет -25°С)? Насколько велика будет погрешность вблизи 77 К? Диод лучше бескорпусный для того, чтобы циклирование выдерживал лучше. А зачем Вам тогда более низкие температуры, если их нет у Вас? Термопара проще и лучше. До азота по таблице - никакой калибровки не нужно. Только хороший тестер... и второй спай во льду с водой. Это дело в пенопласт. Воду брать дистиллированную. Еще не забудьте, что на дне вода будет не при нуле, а выше... 4 С. Лед надо до дна заталкивать, а термопару выше.
|
|
|
|
|
Dec 7 2007, 19:56
|
Частый гость
 
Группа: Свой
Сообщений: 94
Регистрация: 23-10-06
Пользователь №: 21 591

|
Цитата(Tanya @ Dec 7 2007, 21:00)  А зачем Вам тогда более низкие температуры, если их нет у Вас? Чтобы как-то продемонстрировать, что термометр не липовый... а в общем, не знаю. Может даже и не нужно. Цитата(Tanya @ Dec 7 2007, 21:00)  Термопара проще и лучше. А какое она выдаёт ЭДС при 77К? Не потонет ли сигнал на фоне шумов? Есть ли ограничения на входное сопротивление и коэффициент шума того операционника, к которому её подключать? Цитата(Tanya @ Dec 7 2007, 21:00)  До азота по таблице - никакой калибровки не нужно. Только хороший тестер... и второй спай во льду с водой. Это дело в пенопласт. Воду брать дистиллированную. Еще не забудьте, что на дне вода будет не при нуле, а выше... 4 С. Лед надо до дна заталкивать, а термопару выше. Спасибо!
|
|
|
|
|
Dec 8 2007, 11:22
|
Частый гость
 
Группа: Свой
Сообщений: 94
Регистрация: 23-10-06
Пользователь №: 21 591

|
Цитата(vvs157 @ Dec 8 2007, 01:15)  Табличное значение ЭДС при азоте для термопары медь-константан 5354 мкВ (теплый спай при 0 С). Зависимость термо-ЭДС от азота до комнаты не совсем линейна, так что надо использовать таблицы или полином для аппроксимации. По азотной точке при необходимости вводится линейная поправка к эталонной градуировке. Особых ограничений по шумам ОУ нет. Основное требование - низкое напряжение смещения нуля и низкой температруный дрейф смещения нуля. Термопара - низкоомный источник сигнала, поэтому входное сопротивление ОУ значения не имеет. Для термопар такого типа с запасом подойдет ICL7650. Спасибо, это уже кое-что. А нельзя ли обойтись без второго, "теплого" спая при 0С? То есть, снимать напряжение непосредственно с измерительной термопары?
|
|
|
|
|
Dec 8 2007, 12:48
|
Гуру
     
Группа: Модераторы
Сообщений: 8 752
Регистрация: 6-01-06
Пользователь №: 12 883

|
Цитата(neptune-1 @ Dec 8 2007, 14:22)  Спасибо, это уже кое-что. А нельзя ли обойтись без второго, "теплого" спая при 0С? То есть, снимать напряжение непосредственно с измерительной термопары? Можно, но для школьников лучше иметь возможность иметь второй спай для наглядности. Его, например, можно поместить в жидкий азот... Или один в азот, а другой будет комнатную температуру измерять... Лучше классическим методом измерять, чем объяснять школьникам методы компенсации температуры (в данном случае - теплого) спая.
|
|
|
|
|
Dec 9 2007, 18:19
|
Частый гость
 
Группа: Свой
Сообщений: 94
Регистрация: 23-10-06
Пользователь №: 21 591

|
Цитата(Tanya @ Dec 8 2007, 15:48)  Или один в азот, а другой будет комнатную температуру измерять... Лучше классическим методом измерять, чем объяснять школьникам методы компенсации температуры (в данном случае - теплого) спая. Второй спай, наверное, действительно буду держать при комнатной температуре. У меня на плате контроллера будет обычный термометр на терморезисторе. Полагаю, что в этом случае при калибровке удастся разом устранить и смещение нуля ОУ, и смещение нуля АЦП - ведь они находятся примерно при той же комнатной температуре. А школьникам можно и ничего не объяснять - термометр он и в Африке термометр. Ну подумаешь, цифровой...
|
|
|
|
Guest_orthodox_*
|
Dec 21 2007, 18:48
|
Guests

|
Диодом проще. И воспроизводимость неплохая. Примерно в 1975-1977 году в ПТЭ(приборы и техника эксперимента) была статья на эту тему. Именно диодом и именно при азотных температурах. К сожалению, по памяти я уже не процитирую... Но делать пробовал, только еще в прошлом веке...  . Несколько лет потом отработало, хотя диод был корпусной, КД 105, кажется...Не трескал, потому что в азот его напрямую не макали, возможно. С термопарами хлопот было больше, но, возможно, сейчас будет проще.
|
|
|
|
Guest_orthodox_*
|
Dec 22 2007, 00:30
|
Guests

|
Вроде как там тоже чистая физика работает, выше упоминалось - что-то вроде 2 не то 2.2 мв/К . Но они хоть линейные, а азотные температуры для них - практически родные с точки зрения линейности... Ну в паре точек для страховки, конечно, снимали - только не помню, чем вторую точку. А! вспомнил. Из головного института пару калиброванных терморезисторов ребята подарили.Вместе с таблицей. Только те не слишком любили многократное охлаждение-нагрев, потому по ним только калибровались... Я же и говорю, дрейфа особого не было.
Тогда в ходу была тема высокотемпературных сверхпроводников, в связи с этим все и делалось...
|
|
|
|
|
Jan 9 2008, 20:56
|
Частый гость
 
Группа: Свой
Сообщений: 94
Регистрация: 23-10-06
Пользователь №: 21 591

|
Сообщаю чем кончилось дело. Как это ни банально, но всё уже, оказывается, придумано до нас  . Заказал в ОВЕНЕ прибор ТРМ-200 и термосопротивление Pt100. Термосопротивление сертифицировано до -50°С, но как утверждают специалисты, до -200°С работать будет. (Кстати, в мануале ТРМ-200 для Pt100 именно такая нижняя температура и приводится). Всё это хозяйство стоит не более 3000 руб, что вполне приемлемо. Выражаю искреннюю благодарность всем участникам треда!
|
|
|
|
2 чел. читают эту тему (гостей: 2, скрытых пользователей: 0)
Пользователей: 0
|
|
|