La criogenia è la branca della fisica che si occupa della produzione e degli effetti delle temperature molto basse. I sensori di temperatura criogenici sono stati sviluppati sulla base di una serie di proprietà dipendenti dalla temperatura. I sensori comunemente disponibili in commercio includono resistori, condensatori, termocoppie e dispositivi a giunzione semiconduttori come diodi o transistor.
I sensori di grado primario sono molto sensibili agli shock termici e meccanici e non sono quindi adatti per le normali misurazioni di temperatura in laboratorio o in ambito industriale. Altre tecniche di misurazione della temperatura, come la termometria a gas, a pressione di vapore, acustica, a rumore e a suscettività magnetica, richiedono uno sforzo molto maggiore per essere implementate o limitano fortemente la progettazione del sistema.
Criteri di selezione dei sensori di temperatura
Intervallo di temperatura
È fondamentale conoscere l'intervallo di temperatura dell'applicazione. Intervalli di temperatura estremi, troppo bassi o troppo alti, possono danneggiare la maggior parte dei sensori. Anche la sensibilità del sensore dipende dalla temperatura e può limitare il suo intervallo di utilizzo. È necessario prendere in considerazione sensori diversi per applicazioni con temperature diverse. Un sensore per la temperatura dell'elio liquido con una sensibilità molto elevata e una buona risoluzione potrebbe non essere lo stesso sensore necessario per un'applicazione a temperatura ambiente. La strumentazione a cui è collegato il sensore è molto importante. Gli intervalli e le risoluzioni degli strumenti possono essere limitati a seconda dell'intervallo di temperatura.
Sensibilità del sensore
La sensibilità del sensore di temperatura misura quanto cambia il segnale del sensore al variare della temperatura. Sensori diversi hanno sensibilità diverse a temperature diverse. I sensori al platino hanno una buona sensibilità alle temperature più elevate, ma scendono al di sotto dei 30 Kelvin. La sensibilità dei sensori a diodi al silicio è migliore a circa 1,4-475 Kelvin.
Condizioni ambientali
Fattori ambientali quali alto vuoto, campi magnetici, sostanze chimiche corrosive o persino radiazioni possono limitare l'efficacia di alcuni sensori. Gli esperimenti con campi magnetici sono molto comuni. La dipendenza dal campo è un criterio di selezione importante per i sensori di temperatura utilizzati in queste applicazioni.
Accuratezza di misurazione
Quando si esamina la precisione di un sistema, è necessario tenere conto sia dell'accuratezza del sensore che dell'accuratezza dello strumento. L'accuratezza dei sensori varia nel tempo. I cicli termici causano variazioni nei sensori. È preferibile selezionare un sensore per un intervallo di temperatura specifico. La calibrazione del sensore e dello strumento è una buona pratica.
Posizione del sensore
Se il sensore e l'ambiente di applicazione hanno la stessa temperatura, la posizione del sensore è meno problematica. Purtroppo, in molte applicazioni non è così. Nella maggior parte delle applicazioni sono presenti gradienti di temperatura. Posizionare il sensore vicino al campione aiuta a prevenire il flusso di calore tra il sensore e il campione.
Scegli lo strumento di misurazione della temperatura giusto per la propria applicazione
Sensori criogenici al silicio
I sensori della serie CY7 di Omega rappresentano la prima tecnologia realmente innovativa nel campo dei sensori criogenici introdotta nell'ultimo decennio. I sensori incorporano elementi di rilevamento uniformi che mostrano una risposta di temperatura precisa, ripetibile e monotona su un ampio intervallo. Gli elementi sono montati in contenitori robusti e con chiusura ermetica, progettati specificamente per funzionare correttamente in un ambiente criogenico. Il risultato è una famiglia di sensori con risposte di temperatura così prevedibili, raggruppate e stabili che i sensori possono essere regolarmente intercambiabili tra loro.
Sensori a resistenza in platino
Sensori ideali per un intervallo di temperatura compreso tra 14 e 873 K. Questi sensori RTD in platino da 100 OHM offrono ottime prestazioni alle alte temperature e garantiscono un'eccellente sensibilità.
Regolatori di temperatura criogenici
I regolatori di temperatura criogenici della serie CYC321 offrono una soluzione semplice ed economica per le esigenze di base di controllo della bassa temperatura. Sono dotati di un menu a scorrimento che consente di effettuare facilmente la configurazione dalla tastiera frontale. Sono disponibili tre modelli per adattarsi a ingressi con diodo al silicio, RTD o termocoppia. L'operatore può anche inserire una curva definita dall'utente, per un sensore personalizzato. Questa curva può avere fino a 97 punti più due punti finali. I valori della curva vengono inseriti tramite l'interfaccia standard RS-232.
Monitor per temperature criogeniche
Il monitor per temperature criogeniche offre l'accuratezza e la risoluzione necessarie per questo intervallo di misurazione della temperatura. Con sensori appropriati, i monitor criogenici misurano temperature da 1,4 a 800 K in condizioni di rilevamento difficili, inclusi vuoto spinto e campi magnetici.
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