低溫測量技術(shù)

低溫測量技術(shù)第1頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三1溫度測量1)金屬電阻溫度計電阻溫度計的測溫原理是利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻率隨溫度變化而變化的特性。第2頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三安裝電阻溫度計時很重要的一環(huán)是消除熱應(yīng)力與機(jī)械應(yīng)力，因為應(yīng)力會產(chǎn)生附加電阻．一種安裝方法是將鉑絲(直徑約0.1mm)纏繞成一螺旋體(外徑約0.5mm)，然后將螺旋體纏繞在—個約5mm寬的開口云母文撐物上，如圖6.2所示．感溫單元經(jīng)退火去應(yīng)力后被包在一個鉑管中，管中充滿了室溫下30一40mmHg(4—5kPa)的He氣，然后管子密封．第3頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三工業(yè)生產(chǎn)中常采用銷裝鉑電阻溫度計，這些溫度計通常被封裝在直徑大約4mm、長大約0-12mm的圓柱體金屬殼體中。常用的材料：鉑、銅、鉛、銦常用的溫度計：pt100第4頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三2）熱電偶熱電偶可用于常溫范圍溫度測量，也可用于低溫環(huán)境中的溫度測量。熱電偶的一個接點(diǎn)被放人被測溫度中，另一個接點(diǎn)放人參考溫度環(huán)境中，參考點(diǎn)可采用冰浴．低溫測量時，為提高精度，可采用液氮浴(或用液氫浴)作為參考點(diǎn)，則總的熱電勢將減?。捎玫蜏貐⒖键c(diǎn)的好處是可大大減小沿?zé)犭娕紝?dǎo)線的傳導(dǎo)熱．第5頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三熱電偶的一種不利之處是熱電勢太小，通常是毫伏級的．這個問題可用幾個熱電偶構(gòu)成熱電偶堆來解決。熱電偶堆的熱電勢是堆積熱電偶的熱電勢之和，就是說，對M個熱電偶疊加，熱電勢是單個熱電偶的熱電勢的M倍．第6頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三銅一康銅(T型)熱電偶：-200℃至環(huán)境溫度鉻鋁一鋁鉻(K型)熱電偶：-200℃至環(huán)境溫度镕鋁一金鐵(3％鐵)熱電偶：10一180K第7頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三2流量測量1）孔板流量計孔板流量計去測量低溫流體的流量時，如果流體接近飽和狀態(tài)，流體通過孔板時會產(chǎn)生一個閃發(fā)壓降。因為閃發(fā)并不是瞬間產(chǎn)生的，所以用水作流體得到的標(biāo)定曲線可被直接用于測量，只要保證孔板上游的流體為單相流體，由此所產(chǎn)生的誤差在1％之內(nèi)。第8頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三為了保證測量孔板流量計上游的系統(tǒng)速度分布，在孔板流量計上游至少應(yīng)有10倍于管徑的直線長度，下游應(yīng)至少有5倍于管徑的直線長度．孔板流量計由—個中心帶尖角孔的厚度為1.6mm至3.2mm的薄板構(gòu)成．第9頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三對液體質(zhì)量流量的測量，孔板流量計的方程為第10頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三2）文丘利管流量計孔板流量計的一個不足之處是當(dāng)流體流過孔板時，有很大的摩擦與湍流能量損失．為了避免這個問題，常用文丘利管作為流量計．其簡圖示于圖6.10中．文丘利管流量計包括一個圓錐形的收縮管與一個直的喉管，其后有一個漸擴(kuò)管．入口的圓錐角大約為20°至22°，出口角大約為5°至7°，喉口直徑大約為管徑的一半．測壓點(diǎn)分別放在流量計上游大約為1／2管徑的地方與喉口中心處。第11頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三通過文丘利管的流量可由同孔板計一樣的關(guān)系式確定。第12頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三3）渦輪流量計渦輪流量計是通過測量放在流道中心的自由旋轉(zhuǎn)渦輪的轉(zhuǎn)速來指示流量的．第13頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三一個永久磁鐵放在流量計體中，每當(dāng)渦輪葉通過磁體面時，磁穿透率回路中的變化即在輸出端產(chǎn)生了一個電壓脈沖，其頻率與渦輪的轉(zhuǎn)速成正比．脈沖速率可用頻率計顯示，或在陰極射線管示波器屏幕上顯示．第14頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三在低流量時，流體的粘度變化會導(dǎo)致標(biāo)定系數(shù)的變化，但在高流量時(在流量計的通常工作范圍)，粘度修正通?？珊雎裕?5頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三4）超聲波流量計低溫液體的流量測量幾乎都采用傳播速度法，其原理如圖6.12所示．從兩個超聲波收發(fā)器中反復(fù)交替收發(fā)超聲波脈沖，由傳播時間差求出流速，計算方法如下；第16頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三從原理上來說，從常溫到低溫廣大區(qū)域，只要是單相流。不管是氣體還是液體，都使用超聲波流量計進(jìn)行測量。超聲波流量計用于測量低溫流體的流量時，必須注意的問題是：①由于超聲波收發(fā)器的材料選取不當(dāng)，在低溫區(qū)有可能不能工作；②要防止收發(fā)器的振動向管壁等處傳播(這一點(diǎn)若不能控制，則流量信號與噪音信號難以分辨)．常溫下用的流量計雖然可使用橡膠等緩沖材料防止情況②的發(fā)生，但在低溫區(qū)不能使用這種緩沖材料，必須采用特殊的緩沖方法．第17頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三3液位（液面）測量1）壓差式液面計根據(jù)低溫液體和氣體的密度不同，測量其液位高度所廣生的靜壓力，通過靜壓力的大小來指示液面高度。它包括重量法、浮子法和流體靜力學(xué)壓差法等。第18頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三壓差式液面計(又稱漢普遜液面計)的結(jié)構(gòu)如圖10-24所示。第19頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三為了提高精度，可使用密度小的液體作為指示液。把貯液泡做得大些，指示管做成傾斜式的，也可以提高測量精度。這種液面計的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，能連續(xù)指示。缺點(diǎn)是漏熱大，精度差，引出管容易凍結(jié)。適用靜止的貯槽。

與漢普遜液面原理相同的還有膜盒式液位計。它的精度雖差一些，但適合運(yùn)輸槽車和大型貯榴中直接讀數(shù)。第20頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三2）浮力液面計利用輕質(zhì)多孔物(相對密度一般為0.04)的浮力指示液面。其結(jié)構(gòu)原理見圖10-25，按指針的移動來指示液面高低。指針的重量約為多孔物的三倍左右。浮力液面計的優(yōu)點(diǎn)是簡單直觀，且漏熱不大。第21頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三3）電阻液面計利用電阻隨溫度而變，以及氣體與液體的熱導(dǎo)率不同的原理制成的。當(dāng)一電阻線通電后，便產(chǎn)生焦耳熱，使本身的溫度升高。由于液體和氣體的熱導(dǎo)率不同，放熱情況不一樣。就使電阻線在液體中和氣體中的溫度不一樣，從而有不同的電阻值，由該電阻的變化來指示液面的位置。第22頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三常用的電阻有碳電阻、熱敏電阻、錳鋼電阻等。這種液面計的精度差，特別是在加液過程中，由于氣液夾帶及容器內(nèi)溫度梯度少，其精度更差。優(yōu)點(diǎn)是可以遠(yuǎn)距離測量。第23頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三4）電容液面計利用低溫液體和氣體的介電常數(shù)不同而制成的，其結(jié)構(gòu)示圖見圖10-28。第24頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三4蒸發(fā)率的測定日蒸發(fā)率：標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下（101.3kPa，0℃），儲存適量的低溫液體，在達(dá)到熱平衡后的蒸發(fā)速率，一般以24h計算。它指一天(24h)內(nèi)蒸發(fā)的數(shù)量與容器的公稱容積之比：蒸發(fā)率指標(biāo)是衡量低溫容器絕熱性能最重要的參數(shù)。第25頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三1）稱重法稱重法比較簡單、可靠，適用于小型容器。容器裝好低溫液體后，置于重量計上（精度較高的納磅秤也可)，待達(dá)到熱平衡時，測出24h內(nèi)液化氣體損耗的數(shù)量。用這種方法測量時，測量的時間間隔長一點(diǎn)為好，這樣誤差較小，測量精度提高。第26頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三第27頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三2）蒸氣流量測量法通過流量計，如濕式流計、干式流量計(煤氣表)、轉(zhuǎn)子流量汁等一些儀表，測量蒸發(fā)氣體的流量。濕式流量計的精度比干式高，使用轉(zhuǎn)子流量計測量時，需進(jìn)行修正。第28頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三流量計測量的氣體流量是在一定的溫度、壓力條件下的氣體流量。由于測量時的壓力、溫度等條件不同，盡管從流量計上測得的流量相同，但實際的質(zhì)量是不相同的。因此，需作必要的修正。首先，要將測得的流量換算標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的流量：第29頁，共32頁，2023年，2月20日，星期三液化氣體從液態(tài)蒸發(fā)為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的氣態(tài)，假設(shè)其體積增加了n倍，則