[发明专利]一种77～90K温区的低温热电偶标定装置

说明书

本发明公开了一种应用于77～90K温区范围的热电偶标定装置。标定装置包括：真空腔、液氮槽、锥形容器、标定平台、热沉、恒温块、待标定热电偶、标准温度计、冰点槽、真空泵、数据采集仪。本方法能够简便地获得77～90K之间的稳定温度点，且能够同时对多个热电偶温度计进行标定。该套装置具有操作简便、精度高、标定数量多等优点。

技术领域

本发明涉及低温制冷工程技术领域，尤其涉及一种77～90K温区的低温热电偶温度计标定装置。

背景技术

在低温汽蚀、液泛等实验中，实验段温度范围在77～90K之间，温度变化频率非常快，且需要布置较多温度测点。因此，低温热电偶以其优异的动态响应特性和低廉的成本被广泛应用于低温汽蚀、液泛等实验的实验段温度测量。

传统的低温热电偶标定方式是以标准大气压下的液氮沸点、冰水混合物温度点、沸水点为3个标定点，拟合出热电偶在77～373K之间的测温关联式。虽然这种标定方式简单易行，但在面对77～90K温区的低温实验温度测量时，精度很差，难以准确表征真实温度。主要原因是标定点太少且温度跨度太大，导致关联式的精确度不高，应用在低温实验中则更加不准确。

针对上述传统的低温热电偶的标定方式存在的问题，市场上逐渐出现许多新型标定方式，以满足低温制冷工程领域对热电偶精确标定的需求。

中国专利CN 104458059 A公开了一种热电偶串的标定装置，该装置以自然变化的室温为标定点，可方便、快捷地对多支热电偶进行标定，但不适用于高精度要求的低温热电偶标定。中国专利CN105865658A公开了一种微型铠装热电偶的地面标定方法，该发明利用小型红外灯阵实现恒温铜板平面的均匀加热，可对多支热电偶温度计同时标定，但无法应用于77～90K温区。日本专利JP2000205973A公开了一种低温热电偶标定装置和方法，该装置无需标准温度计，将气氮导入液氮中以不断达到新的饱和平衡点，通过测量饱和蒸汽压，计算出对应饱和液体温度，可对热电偶实现77～94K温区的标定，但该装置为承压容器，结构复杂，拆装不易，当标定数量较多的热电偶时，操作冗杂。日本专利JP2007248277A公开了一种温度计的低温度校正装置，该装置将布置好待标定热电偶的铜块，完全浸入在液氮液氧混合液中，通过改变液氮液氧的比例来获取77～94K之间的温度标定点，该装置安全可靠，但一次性标定热电偶的数量有限，在分组标定数量较多的热电偶时，需要反复将铜块从混合液中取出，且液氮、液氧混合后不可再利用。

文章[1]中描述了一种低温热电偶的标定装置，该装置利用液氮的辐射冷量与恒温箱内的加热器提供的热量对抗，以实现低温热电偶在77～273K温区的标定；文章[2]中描述了一种医用低温温度计标定装置，其原理与文章[1]类似，利用恒温块内电热丝的不同的加热功率与液氮的冷辐射进行平衡，来实现77～300K之间不同的稳定温度点；该类型装置应用广泛，但需将恒温箱完全浸入液氮中，并且恒温箱内部需维持高真空状态，在分组标定数量较多的热电偶时，要反复破坏真空状态，重新布置待标定热电偶，操作繁杂。文章[3]描述了一种简单的低温热电偶标定系统及方法，其发明是在低温敞口容器中混合不同比例的液氮和液氧，以获得77～90K之间多个标定点，并对标定结果给出了详细的不确定度分析，但该装置设计简单，不能同时标定多支低温热电偶，且液氮、液氧混合后不可再利用。文章[4]中描述了一种简易的热电偶标定方法，但不适用于77～90K温区，而该文章验证了冰点槽比线路板内置的温度补偿系统精度高，更适合作为温度参考端。

综上所述，针对低温汽蚀、液泛等实验对热电偶精度高、数量大的需求，有必要设计一种简便的77～90K温区的低温热电偶温度计标定装置。

[1]P.Zhang,Y.X.Xu,R.Z.Wang,M.Murakami,Fractal study of thefluctuation characteristic in the calibration of the cryogenic thermocouples,Cryogenics.2003(43):53-58.