coolreferat.com.ua сторінка 1сторінка 2



МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ХАРКІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ

Кафедра «Метрологія та вимірювальна техніка»
ЗВІТ

ПО ВИРОБНИЧОЇ ПРАКТИЦІ

на тему: «Метрологічне забезпечення вимірювання кріогенних температур»
Виконала: Керівник практики

ст. гр. МІТ-02-1 від ХНУРЕ:

Крючкова Л.Д. доц. Запорожець О.В. _________

Керівник практики

від ННЦ «Інститут метрології»:

Мачехін Ю.П. _________

+2005
ЗМІСТ
Перелік умовних позначень, символів, одиниць, скорочень і терминов…………………………………………………………………………………...3

Введение….………………………………………………………………………..4

1 Термоперетворювачі для вимірювання кріогенних температур .......... ...... 5

1.1 Мідь-константанових термоперетворювач ........................... .. ... .5

1.2 Термоперетворювачі із сплавів Кондо в парі зі звичайними термоэлектродами………………………………………………………………………...5

2 Державна повірочна схема ................................................ ..10

2.1 Еталони ............................................................... .. ............ ..10

2.1.1 Державний первинний еталон ................................. .10

2.1.2 Вторинні еталони ...................................................... ..11

2.2 Робочі еталони ......................................................... .. ......... 12

2.2.1 Робочі еталони 1-го розряду .......................................... .12

2.2.2 Робочі еталони 2-го розряду .......................................... .13

2.2.3 Робочі еталони третій розряду .......................................... .14

2.3 Робочі засоби вимірювальної техніки ........................... .. ...... ..14

Заключение.………………..…………………………………………………….17

Перелік посилань .............................................. ........................... ... 18

ПЕРЕЛІК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ, СИМВОЛІВ, ОДИНИЦЬ, СКОРОЧЕНЬ І ТЕРМІНІВ
ГОСТ - міждержавний стандарт;

ДСТУ - національний стандарт України;

РК - залізо-константан;

МТШ - Міжнародна температурна шкала;

НСХ - номінальна статична характеристика;

ТЕДС - термоелектрорушійна сила;

ХК - хромель-копель.


ВВЕДЕННЯ
Температура відіграє важливу роль у повсякденному житті, у пізнанні природи, дослідженні нових явищ, а її одиниця - коливань К - є однією з семи основних одиниць, на яких заснована Міжнародна система одиниць. Згідно зі статистичними даними близько 40% всіх вимірювань припадають на температурні [1]. У деяких галузях народного господарства ця частка значно вище. Так, в енергетиці температурні вимірювання складають до 70% загальної кількості вимірі. Величезне значення має температура при контролі, автоматизації та управлінні технологічними процесами. Точність дотримання температурного режиму часто визначає не тільки якість, але і принципові можливості застосування продукції у певних цілях, наприклад при вирощуванні напівпровідникових монокристалів. У сучасних умовах технологічні вимоги до точності підтримки температури знаходяться на рівні вищих метрологічних досягнень [2].

Під час проходження виробничої практики вивчені методи і засоби вимірювання кріогенних температур. Звіт по практиці містить описи, характеристики та умови застосування різних термоперетворювачів, а також державну повірочну схему термоперетворювачів в діапазоні вимірювання від 13,8 до 303 К.
1 Термоперетворювачі ДЛЯ ВИМІРЮВАННЯ КРІОГЕННИХ ТЕМПЕРАТУР

Характерною особливістю термоелектричного методу вимірювання низьких температур є те, що з спадання температури погіршуються умови генерування термоелектрорушійної сили (ТЕДС) [3].

1.1 Мідь-константанових термоперетворювач

Мідь-константанових термоперетворювач в практиці вимірювання низьких температур отримав найбільш широке застосування. Умовне позначення номінальних статичних характеристик (НСХ) перетворення відповідно до ДСТУ 2837-94 [4]: ​​МК (М) з термоелектрода мідь (М1) і сплав копель МНМц 43 ... 0,5 (56% Cu - 44% Ni) для діапазону вимірюваних температур -200 ... + 400 єС (70 ... 670 К). На відміну від електродів з чистих металів сплави часто виходять за рамки вимог по однорідності, що пред'являються до термоелектрода. Особливо це відноситься до константану, вибір якого для вимірювання низьких температур вимагає особливої ​​ретельності та уваги. Для термоперетворювачів придатний тільки термопарний константан. Звичайна електротехнічна мідь задовольняє вимогам по однорідності [5]. ТЕДС мідь-константанові термоперетворювача убуває з температурою і при 20 К стає менше 5 мкВ / К. При температурах нижче потрійної точки водню (13,81 К) використовуються сплави Кондо, значно більш ефективні, ніж мідь-константанові термоперетворювачі в діапазоні температур 2 ... 20 К [6].
1.2 Термоперетворювачі із сплавів Кондо в парі зі звичайними термоелектрода
Такі термоперетворювачі ефективні при вимірах температур нижче потрійної точки водню. Сплави Кондо представляють тверді розчини, в яких в звичайному металі в дуже невеликих кількостях розчинені перехідні або рідкоземельні метали. Молярне зміст розчинів становить від кількох тисячних до декількох десятих часток відсотка. Для них характерна дуже велика в порівнянні з усіма іншими металами і сплавами ТЕДС. Найбільш досліджені розчини заліза, кобальту, марганцю, срібла, міді [7]. На рис. 1.1 і 1.2 представлені температурні залежності повної і диференціальної ТЕДС для термопар, які складені з термоелектродів, виготовлених зі сплаву золота і кобальту (молярне зміст 2,1%), та інших металів [8].

Малюнок 1.1 - Залежність інтегральної ТЕДС Au - 21% Co: I - в парі з сріблом; II - у парі з міддю; III - в парі з хромель

від температури
Відповідно до ДСТУ 3622-97 [9] при вимірюванні «гелієвих» і «водневих» температур найбільш застосовний термоперетворювач, в якому один з термоелектродів виготовлений зі сплаву золота і заліза (молярне зміст 0,07%). На рис. 1.3 представлена ​​температурна залежність інтегральної ТЕДС такого термоелектрода в парі з міддю і хромель, на рис. 1.4 - температурна залежність чутливості цього термоперетворювача [8].

Невоспроизводимость значень Е (Т), пов'язана з повторенням циклів охолодження, не перевищує ± 0,01% при вимірюванні «гелієвих» температур і зменшується з підвищенням температури [10].


Рисунок 1.2 - Залежність диференціальної ТЕДС Au - 21% Co: I - в парі з сріблом; II - у парі з міддю; III - в парі з хромель

від температури
Розкид значень ТЕДС для 15 довільно вибраних термоелектродів однієї і тієї ж котушки має найбільше значення при 4,2 К і відповідає ± 0,2% [11].

Для вимірювань в діапазоні температур 1 ... 80 К рекомендуються термоперетворювачі, у яких електроди виготовлені зі сплавів срібло-золото (молярне зміст 0,37%) і золото-залізо (молярне зміст 0,03%) відповідно до ДСТУ 2857-94 [12]. Зі зниженням температури чутливість підвищується і становить 10 мкВ / К при 2 К, 14 мкВ / К при 10 К і 8 мкВ / К при 40 К. При індивідуальному встановленні номінальної статичної характеристики її похибка досягає 0,1 До відповідно до ДСТУ 2837- 94 [4].

Малюнок 1.3 - Залежність інтегральної ТЕДС Au - 0,07% Fe: I - в парі з міддю; II - у парі з хромель від температури
Для вимірювання низьких температур розробляються термоелектроди на основі сплавів з неблагородних металів. Перспективним є термоелектрода зі сплаву міді з залізом. Термоперетворювачі, що мають такі термоелектроди, по метрологічним характеристикам поступаються термоперетворювачів, у яких термоелектроди виготовлені зі сплаву золота з залізом, але більш доступні. Крім того, закордонні фірми випускають термоперетворювачі типу залізо-константанові термоперетворювача з умовним позначенням НСХ перетворення залізо-константан (РК) з термоелектрода залізо і сплав константан (55% Сu + 45% Ni, Мn, Fе) для діапазону вимірюваних температур -200 ... + 700 єС (73 ... 973 К). Для вимірювання температури в промисловості широке поширення одержали перетворювачі з умовним позначенням НСХ перетворення хромель-копель (ХК) [13].


Малюнок 1.4 - Залежність диференціальної ТЕДС Au - 0,07% Fe: I - в парі з міддю; II - у парі з хромель від температури
2 державна перевірочна схема
Державна повірочна схема засобів вимірювань температури в діапазоні від 13,8 К до 303 К викладена відповідно до ДСТУ 3742-98 [14].
2.1 Еталони

2.1.1 Державний первинний еталон
Відповідно до ДСТУ 3194-95 [15] державний первинний еталон одиниці температури Кельвіна в діапазоні від 13,80 до 273,16 К призначений для відтворення, зберігання одиниці температури і передачі її розміру за допомогою вторинних еталонів та робочих еталонів робочим засобам вимірювальної техніки з метою забезпечення єдності вимірювань в країні.

В основу вимірювань температури в діапазоні від 13,8 до 273,16 К повинна бути покладена одиниця, відтворена зазначеним еталоном [16].

Відповідно до ДСТУ 3742-98 [14] державний первинний еталон складається з комплексу наступних засобів вимірювальної техніки:

- Апаратура для відтворення реперних точок МТШ-90 в діапазоні температур від 13,80 до 273,16 К;

- Група термоперетворювачів опору;

- Кріостат-компаратор;

- Установка для вимірювань опору термопреобраеователей;

- Персональна електронно-обчислювальна машина.

Державний первинний еталон відтворює значення температури в діапазоні від 13,80 до 273,16 К [17].

За ДСТУ 3742-98 [14] державний первинний еталон забезпечує відтворення одиниці температури з середнім квадратичним відхиленням результатів вимірювань S = (5 · 10 -4 -1 · 10 -3) К при 10 незалежних спостереженнях і з невиключену систематичною похибкою? = (1 · 10 - 3 -3 · 10 - 3) К.

Характеристики відтворення одиниці температури державним первинним еталоном в реперних точках наведено в табл. 2.1 [14].

Відповідно до ДСТУ 3194-95 [15] для забезпечення відтворення одиниці температури з вказаною точністю повинні бути дотримані правила зберігання та застосування еталона, затверджені.

Державний первинний еталон застосовують для передачі розміру одиниці температури вторинним робочим еталонам методами безпосереднього звірення, прямих вимірювань і градуювання в реперних точках температури відповідно до ДСТУ 2708-99 [16].
Таблиця 2.1 - Характеристики відтворення одиниці температури державним первинним еталоном в реперних точках

Речовина


Температура

Похибка, К

° С

До

S

?

е - (тр)

-259,3467

13,8033

(1-2) · 10 4

(2-4) · 10 4

Nе (тр)

-248,5939

24,5561

(2-4) · 10 4

(3-6) · 10 4

0 (тр)

-218,7916

54,3584

(1-2) · 10 4

(2-4) · 10 4

Аr (тр)

-189,3442

83,8058

(1-2) · 10 4

(2-4) · 10 4

Нg (тр)

-38,8344

234,3156

(1-2) · 10 4

(2-4) · 10 4

Н О (тр)

0,01

273,16

(0,5-1) · 10 4

(1-2) · 10 4

Примітка.Умовне позначення: тр - потрійна точка.


2.1.2 Вторинні еталони
Відповідно до ДСТУ 3742-98 [14] в якості вторинних еталонів застосовують:

- Родій-залізні термоперетворювачі опору для діапазону від 13,8 до 303 К;

- Платинові термоперетворювачі опору для діапазонів від 13,8 до 303 К і від 234 до 303 К;

- Апаратуру для відтворення температури потрійної точки води (273,16 К).

Середнє квадратичне відхилення результатів звірень (S ) Вторинних еталонів з державним первинним еталоном повинно бути:

- В межах (0,001-0,002) К - для вторинних еталонів - родій-залізних і платинових термоперетворювачів опору для діапазону температур від 13,8 до 303 К;

- Не більше 0,0005 К - для вторинного еталону - апаратури для відтворення температури потрійної точки води;

- В межах (0,001-0,002) К - для вторинного еталону - платинових термоперетворювачів опору для діапазону температур від 234 до 303 К [14].

Вторинні еталони застосовують для передачі розміру одиниці температури робочим еталонам і робочим засобам вимірювальної техніки методами безпосереднього звірення і градуювання в потрійній точці води.
2.2 Робочі еталони

2.2.1 Робочі еталони 1-го розряду
В якості робочих еталонів 1-го розряду застосовують:

- Напівпровідникові термоперетворювачі опору для діапазону від 13,8 до 30 К;


наступна сторінка >>