低温传感器的应用.ppt

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1、低温传感器的应用信号与信息处理刘航12015000922低温传感器的应用低温技术广泛应用于航天、国防、科研等领域，低温测量在低温技术中占有非常重要的地位。本文叙述了不同类型的低温传感器在1K温度范围内的使用情况，并详细讨论了这些温度传感器的使用范围、灵敏度和精确度。在特殊的使用环境下，对于选择合适的温度传感器非常重要。该文对应用广泛的传感器进行了综述，为以在在低温仪器设计中传感器的选型提供了参考。技术背景低温学是指低温产品及低温条件下的研究。在低温物理领域，获得低温和测量低温同样非常重要。我们需要在低温条件进行研究的原因主要有以下方面

2、:与常温相比，许多材料的性质在低温下会表现出巨大的差异，温度越低这种效应越明显，在极低温度下有些现象是突然发生的。在凝聚态物理领域超导和超临界流体是两块非常吸引人的领域。技术特点恒定低温的实现：用液态气体作为冷源，维持所需要的温度。如液氮可以为低温恒温器提供77—65K的温度区间;液氢可以提供20—14K的温度。最低的恒温器的温度是由液e提供，它的沸点在4．2K，通过温度控制器可以获得从1K至300K区间内的任意温度。温度传感器的类型性能要求：1.传感器的选择主要是根据所需要的分辨率、精确度和可重复性。2.传感器还需要承受循环热冲击。

3、(1)流动温度计:气体或蒸汽压温度计;(2)金属电阻温度计:Pt和Ｒh－Fe电阻型温度计;(3)半导体电阻温度计:碳－玻璃，锗和CernoxTM温度计;(4)半导体二极管:硅二极管;(5)热偶。流动温度传感器1.气体温度传感器：原理：气体的状态方程为PV=nＲT，其中P为压力，V为体积，n为气体的摩尔量，Ｒ为常数，T为温度，如果其中一个量保持不变，测量另外一个变量，然后第三个变量可以通过计算得到。由于摩尔量不变，可通过测量压力来间接测量温度。2.蒸汽压力温度传感器：原理：液体的饱和蒸汽压随温度的变化而表现出一定的关系，因此可以通过测量

4、液体的饱和蒸汽压推算出环境温度。特点：这些温度计比较精确，可以从临界点到三相点的温度区间内使用。不同气体的蒸汽压曲线以上两种流动温度计都是通过物理原理通过测量气压来间接测量温度。这些温度计的响应时间比较迅速，并且其准确度不受离子束和磁场的影响。蒸汽压力温度计的准确度非常高，常用来作为对其他温度计的标定。金属电阻温度传感器一般来说，金属的电阻与温度成正比例方向的关系。根据Mattheissen定律，纯金属的总的电阻可以表示为:ρ=ρ0+ρ1。即总电阻为残余电阻与温度依赖电阻之和。大约在20K以下，纯金属的电阻只剩下残余电阻，而与温度关系

5、不大。1.铂电阻温度传感器：铂电阻温度传感器是在20K至800K温度范围内精确度高和重复性好的温度计。它具有很多优势，例如，它的电阻与温度几乎呈线性；很容易获得较高的纯度：，并且它的纯度在制造过程中可以重复（惰性金属不易在非极端或特定化学条件下与环境物质化合）。2.铑－铁温度传感器：Ｒh－Fe温度传感器适用的温度较宽(1．4K—350K)。Ｒh－Fe温度传感器的最大优势在于它从1K至50K和从50K至500K之间近似线性的温度－电阻关系。它的主要缺点是在生产该传感器过程中难以控制其一致性。半导体电阻温度传感器一些半导体材料在低温下具有

6、较好的测温特性。一般来说半导体的电导率远比金属的小，但比绝缘体的大。半导体材料在低温范围内的测温灵敏度(dＲ/dT)比金属高，在4．2K温度以下，这些传感器的精度可以达到1mK。（超低温测量）1.锗温度传感器：特点：锗温度传感器具有较高的稳定性，在无磁场存在的条件下最适合于测量0．05—30K区间的温度。2.碳电阻温度传感器：优点：与金属电阻传感器相比，因为其价格便宜、体积小，所以仍然广泛使。缺点：在4．2K经过热循环以后，其测温误差在2%左右。如果需要进行精确测量，碳电阻温度传感器在每次热循环处理后都需要进行校正。可重复性较差。3.

7、温度传感器（薄膜）:特点：它是通过在蓝宝石基底上蒸镀一层含有氮氧化物的陶瓷薄膜而制备的;它是仅有的一款能够从300mK测量至室温的温度传感器。这些薄膜传感器很容易安装在样品上面，并且其热传导很快，在4．2K的响应时间也只需要大约2ms。主要缺点：Cernox传感器的一个主要缺点是它没有一套标准的温度响应曲线，在使用Cernox传感器之前，必须对该传感器的温度－电阻曲线进行校正，因此，不同的传感器之间不能互换使用。其他类型低温传感器1.半导体二极管：在半导体结上加一电压后可以在某一温度下产生一定的稳定的电流，并且该电流值与温度的关系比例

8、一定。2.热偶温度传感器：两种不同成份的导体（称为热电偶丝材或热电极）两端接合成回路，当接合点的温度不同时，在回路中就会产生电动势，这种现象称为热电效应，而这种电动势称为热电势。热电偶就是利用这种原理进行温度测量的，其中