Прецизизионое измерение температуры, 0,001°С или лучше Опции

[AndreyMS]

Уважамые форумчане!

Посоветуйте, пожалуйста датчик под следующую задачу:
Для снятия фазовых диаграмм требуется датчик для последовательного относительного измерения температур с точностью 0,001 °С или лучше (диапазон -5 - +5°С) то есть промерял кривую охлаждения T=f(t) для одного образца, затем такую же кривую для другого образца и вычислил, насколько они смещены с уже помянутой точностью в цельсиях.

Заранее спасибо.

[rezident]

Дык вам датчики температуры калибровать нужно или измерять температуру объекта типа "образец"? Если второе, то что за объект-то?

[MaxPIC]

Уважамые форумчане!

Посоветуйте, пожалуйста датчик под следующую задачу:
Для снятия фазовых диаграмм требуется датчик для последовательного относительного измерения температур с точностью 0,001 °С или лучше (диапазон -5 - +5°С) то есть промерял кривую охлаждения T=f(t) для одного образца, затем такую же кривую для другого образца и вычислил, насколько они смещены с уже помянутой точностью в цельсиях.

Заранее спасибо.

Вы не найдёте датчик для измерения температуры с ТОЧНОСТЬЮ 0,001 градуса, да и вряд ли разработаете методику измерения с такой точностью. Вообще, судя по требованиям к точности, задача поставлена некорректно. Представьте себе, что на объекте измерения имеется градиент температуры, значит в точке измерения (назовём её пятном) Вы будете измерять усреднённое значение. Для измерения с точностью 0,001 градуса нужно, чтобы градиент температуры по пятну был меньше 0,001 градуса, а теперь, для своего объекта измерения, условий измерения, теплопроводности объекта и среды, прикиньте размер пятна, и получатся у Вас единицы-десятки микрон в диаметре (в случае круглого пятна) - упрётесь в шероховатость объекта (на поверхности), макроструктуры объекта (в случае объёмных измерений). И так далее, причин, принципиально ограничивающих такие измерения найдётся уйма.

[jam]

Уважамые форумчане!

Посоветуйте, пожалуйста датчик под следующую задачу:
Для снятия фазовых диаграмм требуется датчик для последовательного относительного измерения температур с точностью 0,001 °С или лучше (диапазон -5 - +5°С) то есть промерял кривую охлаждения T=f(t) для одного образца, затем такую же кривую для другого образца и вычислил, насколько они смещены с уже помянутой точностью в цельсиях.

Заранее спасибо.

Про такие датчики ничего не слышал и думаю что их и в природе не существует - подумайте как в качестве датчика использовать сам объект.

[Microwatt]

Удержать температуру с такой точностью можно. А вот измерить - крепко сомневаюсь...
Поройтесь в журнале "Физики шутят" ("Приборы и техника эксперимента")

Сообщение отредактировал Microwatt - Apr 9 2009, 00:16

[AndreyMS]

Если второе, то что за объект-то?

Нужно измерить разницу между температурами замерзания двух водных растворов.

[jam]

Нужно измерить разницу между температурами замерзания двух водных растворов.

Так вот сопротивление воды и мерейте- бывают пробирки с впаянными платиновыми электродами - у меня даже пара есть....

[Tanya]

Уважамые форумчане!

Посоветуйте, пожалуйста датчик под следующую задачу:
Для снятия фазовых диаграмм требуется датчик для последовательного относительного измерения температур с точностью 0,001 °С или лучше (диапазон -5 - +5°С) то есть промерял кривую охлаждения T=f(t) для одного образца, затем такую же кривую для другого образца и вычислил, насколько они смещены с уже помянутой точностью в цельсиях.

Заранее спасибо.

Вам нужен не датчик, а целый прибор. Называется - (дифференциальный) сканирующий калориметр. Можно и теплоту фазового перехода еще.
Или ищите у кого есть, если Вам одиночное измерение, или делайте сами, или можно купить.

[vvs157]

Нужно измерить разницу между температурами замерзания двух водных растворов.

Если надо мерять именно разницу - то делайте термопарный блок из нескольких сот спаев. 40 мкВ/град*100=4 мВ на градус. Ваши тысячные градуса - 4 мкВ, что реально.

[AndreyMS]

термопарный блок из нескольких сот спаев. 40 мкВ/град*100=4 мВ на градус

А можно наводку на где достать/как сделать?

[Tanya]

Если надо мерять именно разницу - то делайте термопарный блок из нескольких сот спаев. 40 мкВ/град*100=4 мВ на градус. Ваши тысячные градуса - 4 мкВ, что реально.

Тысячи спаев (up to 10000) делают.
На коленке никак. Их еще надо электрически изолировать, но обеспечить тепловой контакт.
Это очень все непросто. Специальные сплавы... точная обработка... соответствующая электроника (самое простое по сравнению со всем оствльным) и датчики.

А можно наводку на где достать/как сделать?

Делать будете годы... Достать блок датчиков бессмысленно.
Конструкция примерно такая.
Массивная болванка, в которой две дырки. В дырки вставляются ячейки. А в ячейки образцы. Между ячейками и блоком - множество термопар. Весь блок находится внутри термоконтролируемого кожуха, температура которого "следит" за температурой внутреннего блока. Цель этого - убрать теплопередачу от массивного блока и выровнять там температуру. Внутренний блок нагревается с небольшой скоростью. Измеряется разность температур между ячейками (на самом деле - две разности между ячейкой и массивным блоком).
Вариант. Измеренная разность компенсируется - сводится к нулю с помощью эффекта Пельтье.
Можно теми же самыми термопарами в режиме разделения времени, можно отдельным набором.

[vvs157]

Тысячи спаев (up to 10000) делают.
На коленке никак.

Такое количество "на коленке" конечно не сделать, но из медь-константан (ТЭДС конечно не 40 мкв, но достаточно большое) "народные умельцы" в "застойные" годы под сотню делали почти на коленке. Медь-константан - так как есть промышленный тонкий (0.05) изолированый провод. Тепловой контакт при таких разностях - это действительно непросто. Если вы не "съели собаку" на побобных девайсах, у вас никогда не будет уверенности, что нет неконтроллируемой разности температур порядка милиградусов между объектом и блоком термопар.

Так вот сопротивление воды и мерейте- бывают пробирки с впаянными платиновыми электродами - у меня даже пара есть....

А откуда брать зависимость сопротивления водного раствора???

[rx3apf]

Если надо мерять именно разницу - то делайте термопарный блок из нескольких сот спаев. 40 мкВ/град*100=4 мВ на градус. Ваши тысячные градуса - 4 мкВ, что реально.

Может быть, скажу глупость (с тысячными дело не имел), но, может быть, сделать мост с парой платиновых термометров, отбалансировать его при равной (и близкой к исследуемой) температуре (в общей болванке, как положено) и потом обмерять ? Pt500, 2 mA - порядка тех же 4 uV. Запитывать импульсно, чтобы не греть... Или я неправ ?

[Tanya]

Медь-константан - так как есть промышленный тонкий (0.05) изолированый провод. Тепловой контакт при таких разностях - это действительно непросто.

Проблема в другом - нужно спаи друг от друга изолировать, но они при этом должны быть в хорошем тепловом контакте с одной и той же металлической поверхностью. В первом (?) калориметре, который сделал Кальве, каждый спай припаивался к серебряной пластиночке, которая через слюду (?) прижималась с поверхности.

Может быть, скажу глупость (с тысячными дело не имел), но, может быть, сделать мост с парой платиновых термометров, отбалансировать его при равной (и близкой к исследуемой) температуре (в общей болванке, как положено) и потом обмерять ? Pt500, 2 mA - порядка тех же 4 uV. Запитывать импульсно, чтобы не греть... Или я неправ ?

Это не глупость, только чувствительность хуже, и температура в одной (2) точке только получается.
Так тоже можно. И делают. Именно так поддерживают нулевой температурный разбаланс между внутренним блоком и наружным кожухом. Тысячную можно вытянуть. А в нормальном калориметре... Вот если на одной термопаре можно (грубо) сотую градуса получить, то на 10000 в 10000 раз лучше - микроградусы.
Но если автора устроит такой вариант, то можно ему посоветовать весь мост вместе с измерительной схемой запихнуть в наружный термостат, что обеспечит одинаковый воспроизводимый дрейф неплатиновой части моста, и избавит от многопроводной схемы.
Импульсное питание это хорошо - можно, если аккуратно. Проверено... на себе.

[jam]

А откуда брать зависимость сопротивления водного раствора???

Как только замерзнет - сопротивление резко! увеличится.
Для измерения разницы темпреатур потребутся известные(лучше реперные ) точки, например 0 для дистил. воды итд, можно поглядеть в справочнике.. и
скорость остывания большой болванки с пробирками - вот и результат....

[Евгений Германов...]

Вот если на одной термопаре можно (грубо) сотую градуса получить, то на 10000 в 10000 раз лучше - микроградусы.

У термопары нужно свободные концы компенсировать-там можно эту тысячную потерять.
Я где то читал,что есть частотные датчики температуры,но где не помню.С частотой попроще-легче обеспечить измерение с необходимой точностью и разрешением.Особенно если кварц особенный(шутка).
А если кварц запихнуть?(не шутка).
Я не понял из текста автора-нужно абсолютное или относительное измерение температуры?

[AndreyMS]

Я не понял из текста автора-нужно абсолютное или относительное измерение температуры?

Относительное, но в текущем методе с последовательным измерением.

А если кварц запихнуть?(не шутка).

, как то не впечатляет.

[GAin]

Ух, вы и замахнулись... Если AndreyMS сделает такой прибор, с такой погрешностью, то не задумываясь может подавать заявку на признание его эталоном - на вторичный эталон, я думаю, точно потянет.
Калибровать вы почем этот "термометр" собираетесь? Насколько я помню, государственный эталон имеет такой порядок погрешности на оооооочень низких температурах (кажется единицы или пара десятков кельвинов...)

[Tanya]

У термопары нужно свободные концы компенсировать-там можно эту тысячную потерять.

Речь идет о множестве последовательно соедединенных дифференциальных термопар. Термостолбик - элемент Пельтье. Что там можно потерять, объясните Городу и Миру.

Относительное, но в текущем методе с последовательным измерением.

Если Вы сделаете простейший (на платиновых термометрах) дифференциальный калориметр, то легко и просто можно измерить разницу температур фазовых переходов в двух образцах. Абсолютная точность будет хуже.
Только скорость сканирования и массу надо подбирать. Слишком медленная скорость - ничего не будет видно, слишком большая - точность маленькая.

Ух, вы и замахнулись... Если AndreyMS сделает такой прибор, с такой погрешностью, то не задумываясь может подавать заявку на признание его эталоном - на вторичный эталон, я думаю, точно потянет.
Калибровать вы почем этот "термометр" собираетесь? Насколько я помню, государственный эталон имеет такой порядок погрешности на оооооочень низких температурах (кажется единицы или пара десятков кельвинов...)

Там в середине диапазона лежит тройная точка воды - мировая константа. Легко воспроизводится.

[syurish]

Про такие датчики ничего не слышал и думаю что их и в природе не существует

Существует, существует. Еще и серийно выпускаются. Обратите внимание по указанной ниже ссылке на компанию SBE:
-5 to +35 °C, 0.001 °C, Оно ? И с цифровым и с частотным выходом.

Датчики температуры

Удачи.

[Евгений Германов...]

как то не впечатляет.

Зря,что не впечатляет.И формулка малость того.Просто 50 Е-6 на градус и всё.
В вашей формуле размерность страдает.

Tanya
Речь идет о множестве последовательно соедединенных дифференциальных термопар. Термостолбик - элемент Пельтье. Что там можно потерять, объясните Городу и Миру

Ну если о множестве и ещё дифференциальных.
Чесно говоря даже не слышал о подобных.Чем они отличаются от обычных?

[MaxPIC]

Ух, вы и замахнулись... Если AndreyMS сделает такой прибор, с такой погрешностью, то не задумываясь может подавать заявку на признание его эталоном - на вторичный эталон, я думаю, точно потянет.
Калибровать вы почем этот "термометр" собираетесь? Насколько я помню, государственный эталон имеет такой порядок погрешности на оооооочень низких температурах (кажется единицы или пара десятков кельвинов...)

Вот-вот, и я о том же. Советую посмотреть базу "АИСД" Государственного реестра средств измерений. Там есть измерители температуры и калибраторы. Сравните свои требования с имеющимися приборами и сразу много встанет на свои места. Тем более, что Вы хотите измерять с указанной точностью, а не просто оценить изменения температуры.

[vvs157]

Ну если о множестве и ещё дифференциальных.
Чесно говоря даже не слышал о подобных.Чем они отличаются от обычных?

Формально ничем. Диф. термопара используется не для измерения аболютной температуры, а для измерения разности. В этом случае проблемы опорного спая нет. Множество - это когда последовательно включено много одинаковых термопар для увеличения ТЭДС. Также используется для измерения именно разности температур. В 50-60 годы делались термоэлектрические преобразователи надеваемые на керосиновую лампу для питания маломощных ламповых приемников. ( http://home.onego.ru/~vitalybr/ARTICLES/RADIO/tgk.htm )

[dmitry_w]

На такой диапазон можно попробовать терморезистор из электронного медицинского термометра. Они достаточно стабильные. Обычно это 200-300 кОм при 2-3% на градус (в зависимости от производителя). Запитываете его источником тока, убираете подставку дифф. каскадом и усиливаете сигнал им же (или в мост его). Далее усреднение в микропроцессоре или на АЦП и в комп и там усреднение (да Вы и сами, наверное, сообразите). Удается вытянуть не хуже 0.01, типа за 5 копеек. Термопарой измерять-полная глупость, ребята, видать, совсем "теплые", сами ничего реального не делали...

Сообщение отредактировал dmitry_w - May 2 2009, 19:04

[vvs157]

Термопарой измерять-полная глупость, ребята, видать, совсем "теплые", сами ничего реального не делали...

Да что вы говорите! Вы термопарный столбик в руках хоть раз держали? Нет? Тогда не рекомендуется комментировть то, о чем вы даже не имеете предстваления. Насчет терморезисторов. У вас есть данные по их временнОй стабильности в пределах <1мК?

[_Pasha]

Посоветуйте, пожалуйста датчик под следующую задачу:

Если надо дифференциальный метод, то вкратце:
иностранный народ добился к 1990 году 10^5 градуса (дрейф за 2 минуты и уровень шумов)
мостовым методом меряли фазовый сдвиг в диагонали моста перем тока.
ПИП - терморезисторы, я так понял, платина 3кОм.
Источник: http://www.iop.org/EJ/abstract/0957-0233/1/1/002
ссылки на работу http://www.google.com/search?client=opera&...-8&oe=utf-8

Если задача решалась на 741 - операх, то на современной базе и подавно имхо.
Достанете статью - будет нечеловеческое счастье Удачи!

[147]

Коллеги , хватит издеваться над ним - он же верит вашим словам !

Ну какие тысячи спаев на коленке!!!! Он же молодой и верит всемув Сети и книг не читает.
Для создания массива из термопар уже более 40 лет исполльзуют тонкопленочную технологию!
Сделали фотошаблоны или свободные маски сваяли и методом термического испарения наносите любую топологию на вашу подложку.
Теперь о создании измерителя-показометра.
Делали мы подобное устройство, нет там ничего сложного!
Делаете сами термопару медь-константан, снимаете ее калибровочную кривую на вольтметре, делаете из кривой таблицу и зашиваете в ADuC 824/834 или ваяете это на (24 бита) дельта-сигма ADC+контроллер. Все работает без проблем четвертый год. Проверяли временную стабильность и температурную стабильность полученного девайса - все в норме. Девайс легко ловит фазовые переходы замаерзание/плавление. Если будет время сделаю публикацию в ПТЭ для страждущих.
Для начала посмотрите апноуты для AduC , там есть примеры по подключению термопары, а дальше сами, рученьками и головой.
Будут воросы пишите в личку.
Удачи в создании.

[Tanya]

Коллеги , хватит издеваться над ним - он же верит вашим словам !
Ну какие тысячи спаев на коленке!!!! Он же молодой и верит всемув Сети и книг не читает.
Для создания массива из термопар уже более 40 лет исполльзуют тонкопленочную технологию!

Пожалуйста, не переходите на оценки личностей и коллективов личностей.

[Tanya]

Достанете статью - будет нечеловеческое счастье Удачи!

Хочется подарить Вам, _Pasha немного зверского счастья и удачи.
Только что увидела. Случайно.

Прикрепленные файлы

 for_PASHA.pdf ( 1.01 мегабайт ) Кол-во скачиваний: 109

 

[AlexU]

, как то не впечатляет.

РКТ206 (когда-то Углич делал) Fo=32768 Гц, 2 Гц/С - "добывали" 0.05 С погрешность.
На высокочастотных (десятки МГц) разрешение до 0.000001 С.
Кварцы со специальным термочувствительным срезом

[Евгений Германов...]

Можно и без хитрых срезов, но потребуется стандарт частоты, частотный компаратор и кварц на 5 МГц. И вот оно счастье. Компаратор позволит умножить разность частот, насколько я помню, в 2000 раз. Или в 200. Поэтому 50Е-6 *200 уже неплохо.1 Е-4. на 0.001 ->1E-7. Ну а если хитрый срез-
то будет ещё краше.

[vvs157]

На высокочастотных (десятки МГц) разрешение до 0.000001 С.

Скажите, а какой физический смысл у миллионной градуса? На досуге оцените нагрев за счет вибрации, различных излучений. А также не забудьте учесть шумы, и прочие флуктуационные погрешности.

[Tanya]

Скажите, а какой физический смысл у миллионной градуса? На досуге оцените нагрев за счет вибрации, различных излучений. А также не забудьте учесть шумы, и прочие флуктуационные погрешности.

А можно я скажу, что смысл есть. Болометры, калориметры... Энергия = теплоемкость на приращение температуры.

[AlexU]

Скажите, а какой физический смысл у миллионной градуса? На досуге оцените нагрев за счет вибрации, различных излучений. А также не забудьте учесть шумы, и прочие флуктуационные погрешности.

Оценивал когда этим занимался - смысл так и остался не понятен, только если для балометров. Но попадались болгарские и немецкие (еще ГДР) лабораторные кварцевые измерители с подобным заявленым разрешением.

А можно я скажу, что смысл есть. Болометры, калориметры... Энергия = теплоемкость на приращение температуры.

Точно! ~ 0.000001 C в астрономии. Где-то статья попадалась

Сообщение отредактировал AlexU - Oct 8 2010, 14:13

[777777]

Хочется подарить Вам, _Pasha немного зверского счастья и удачи.
Только что увидела. Случайно.

Много букф ниасилил, поэтому вопрос к тем, кто прочитал: а как само измерение температуры влияет на температуру? Ведь через мост текут токи и нагревают его на явно большую температуру.

[Tanya]

Много букф ниасилил, поэтому вопрос к тем, кто прочитал: а как само измерение температуры влияет на температуру? Ведь через мост текут токи и нагревают его на явно большую температуру.

Очень часто это не играет большой роли, так как нагрев и теплоотдача стационарны. В данном случае это дифференциальный калориметр, где измеряется приращение температуры (тепла).

[Сибирь]

Есть методы сравнения двух температур с разрешением, лучшим 0.001.
например, см. Н.Г. Алексеев, В.А. Прохоров, К.В. Чмутов "Электронные приборы и схемы в физико-химическом исследовании", М:61, с. 138-141. "Этот прибор был использован для регулирования температуры в калориметрической установке, причем при одной дифференциальной термопаре точность регулирования достигала ~0.0002" (2 десятитысячных градуса). Принцип - "предназначенное для усиления постоянное напряжение превращают в переменное с помощью вибропреобразователя и подают в первичную обмотку входного трансформатора".

[Tanya]

. "Этот прибор был использован для регулирования температуры в калориметрической установке, причем при одной дифференциальной термопаре точность регулирования достигала ~0.0002" (2 десятитысячных градуса). Принцип - "предназначенное для усиления постоянное напряжение превращают в переменное с помощью вибропреобразователя и подают в первичную обмотку входного трансформатора".

Ну... не уверена... В современных калориметрах не одна, а тысячи термопар последовательно... Если на одной можно такое, то на тысяче... Но примерно такого порядка...доли микроградуса...
И от вибропреобразователей давно отказались - недолго живут.

[Сибирь]

это цитаты всё, сам не видел.
надо думать, правда, что в 61м году помех эфирных было меньше. кроме того, вполне возможно, что использовали все же несколько термопар (в тексте об этом нет упоминаний правда). Вибропреобразователь там особой конструкции, но думаю можно реле взять и цифровым способом отстроится от емкостной наводки с катушки.

[Tanya]

. кроме того, вполне возможно, что использовали все же несколько термопар (в тексте об этом нет упоминаний правда). Вибропреобразователь там особой конструкции, но думаю можно реле взять и цифровым способом отстроится от емкостной наводки с катушки.

Вроде же написано про одну термопару. А трансформатор по случаю достался 63:30000 в двух хороших экранах на амортизаторах...

[Сибирь]

если кому интересны сканы, то могу их сделать, в обмен на статью Andrew Dunn, Calibration of a Kelvin-Varley Voltage Divider, National Research Council Report No 7863

Сканы перезалиты в одном архиве. Т.
И лежат тут -
http://electronix.ru/forum/index.php?s=&showtopic=61418&view=findpost&p=825180

[Herz]

если кому интересны сканы, то могу их сделать, в обмен на статью Andrew Dunn, Calibration of a Kelvin-Varley Voltage Divider, National Research Council Report No 7863

Делайте уже, торг здесь неуместен.

[Tanya]

если кому интересны сканы, то могу их сделать, в обмен на статью Andrew Dunn, Calibration of a Kelvin-Varley Voltage Divider, National Research Council Report No 7863

Какой обмен? Какие сканы?
Просто попросите (хорошо) в нужном месте - запрос статей IEEE...

[Herz]

Красота! Просто приступ ностальгии со мной случился: на чём наши отцы таких результатов достигали! Интересно только, чем контролировали точность регулирования. Нужны ведь были приборы на порядок точнее, как минимум.

[Designer56]

Красота! Просто приступ ностальгии со мной случился: на чём наши отцы таких результатов достигали! Интересно только, чем контролировали точность регулирования. Нужны ведь были приборы на порядок точнее, как минимум.

А Вы думаете, что точность СИ с применением всяких МК и протчего возросла? Ничуть.

[Сибирь]

Разобрался, сканы надобно переводить в 1-битовый режим (напр. в ScanKromsator), к сожалению не могу загружать djvu (ошибка "Неудачная загрузка. Вам запрещено загружать такой тип файлов", по 180.6 и 280.6 кб, наверное последствия выговора

[rezident]

Прикреплять картинки можно в jpg, gif или пакуйте в архив zip или rar. В крайнем случае можно в pdf перевести.

[Сибирь]

Скан схемы усилителя для работы с термопарой.

Прикрепленные файлы

 therm.zip ( 380.49 килобайт ) Кол-во скачиваний: 69