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近年來超導(dǎo)技術(shù)的發(fā)展，特別是強(qiáng)磁場超導(dǎo)磁體的廣泛應(yīng)用，需要研究高磁場強(qiáng)度對各種溫度計特性的影響。隨著低溫技術(shù)和固體物理的發(fā)展，對磁致電阻、熱磁效應(yīng)等的本質(zhì)認(rèn)識的逐步深入，有助于研究磁場對溫度計特性的影響。
★磁場對熱電偶的影響
在磁場中測溫時，如果熱電偶上存在橫向或縱向溫度梯度，就會出現(xiàn)一種額外的熱電勢—磁致熱電勢，它疊加在通常的熱電勢上而造成測溫誤差。磁場的這種影響，隨磁場強(qiáng)度的增高而變大，特別是在低溫下更為顯著。
磁場對熱電偶的影響用溫度的百分比表示為
式中△E(B, T)—受磁場影響熱電偶輸出的熱電勢，E(0,T)—零磁場中的熱電勢，T與T。—測里端與參考端的溫度。
銅-康銅熱電偶在64K時，△T=2.6K, △=4%，在20K時，△T=10K,△=5%, 10K時，△T=0.5K,△=5%。
鎳鉻一金鐵7熱電偶在6特斯拉縱向磁場中，在35~60K溫域、其偏差約為2.5%。在更高的溫度下，磁場影響逐漸消失，此種偏差可以忽略。在25K以下，磁場強(qiáng)度對熱電勢的影響隨磁場強(qiáng)度B增高而變大。在4.1K時迅速增至40%。一些實臉研究表明，可調(diào)整合金中鐵的含量來減小磁效應(yīng)。含鐵量愈低，磁場對熱電偶影響的溫度愈低。下表列出磁場對溫度計特性的影響。
溫度計類型 | 溫度(K) | 磁場 | 附注 | ||
B<2.5 | B<8 | B<14 | |||
銅-康銅 溫差電偶 | 10 20 64 | - - - | - - - | 5 5 4 |
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鎳鉻-金鐵7 溫差電偶 | 5 10 20 45 100 | 2 3 2 1 0.1 | 10 20 15 5 0.8 | 15 30 20 7 | 表中所列出的 數(shù)據(jù)是參考端在4.2K，整個溫差點偶都在磁場B中所得到的。 |
鉑電阻 | 20 40 80 | 20 <1 <0.5 | 100 5 1 | 250 10 2 | 磁效應(yīng)很大，外殼平行于B時zui大，表中數(shù)據(jù)相應(yīng)于此種情況，適用于30K以上。 |
銠鐵電阻 | 4 | 10 | - | - |
|
碳電阻 | 0.5 1.0 2.5 4.2 | 0-2 1-2 3-5 4-9 | 0-1 2-4 1-4 2-5 | 0-6 3-9 7-14 4-13 | △R/R0有正有負(fù)，R(B,T)關(guān)系很復(fù)雜，類似元件之間的一致性不大好。 |
滲碳玻璃電阻 | 2.1 4.2 15 35 77 | 0.5 0.5 <0.1 <0.1 <0.1 | 1.5 3 0.5 0.5 0.5 | 4 6 1.5 1 1.5 | 性能優(yōu)于碳電阻，且可應(yīng)用到更高的溫度(如300K)，復(fù)現(xiàn)性好，溫度偏差幾乎與R0無關(guān)。 |
鍺電阻 | 2.0 4.2 10 20 70 | 8 5-20 4-15 3-20 3-10 | 60 30-55 25-60 15-35 15-30 |
60-70 60-75 50-80 25-50 | 磁效應(yīng)大，只用在很低的磁場下，磁阻具有各向異性，所給出的數(shù)據(jù)是在測量電流垂直于磁場的情況下得到的。 |
硅二極管 | 4.2 10 20 30 77 | 75 20 4 3 0.2 |
30 7 4 0.5 |
50 10 5 0.5 | 磁效應(yīng)具有各向異性P-N結(jié)平行于B(△T/T)較小。 |
熱敏電阻 | 4.2 10 20 40 60 | <0.05 <0.05 <0.05 <0.05 <0.05 | 1 0.3 0.1 0.1 0.1 | 3 1 0.5 0.5 0.3 | 磁場造成的(△T/T)很小，復(fù)現(xiàn)性較好，但是由于它的靈敏度太高，每支溫度計只適用于比較窄的溫度范圍。 |
★磁場對電阻溫度計的影響
由于外加磁場引起溫度計電阻值的變化稱為磁致電阻效應(yīng)。磁致電阻效應(yīng)的大小與溫度有關(guān)，可以用下式表示：
式中△R—電阻變化量，Ro—零磁場電阻值。電阻溫度計的磁效應(yīng)還是用相對溫度偏差△T/T來表征。相對溫度偏差定義為:在磁場作用下，由溫度計示值所確定的表管溫度與真實溫度之差△T除以真實溫度T。近似式為
式中右邊分母是電阻溫度計在零磁場時的相對靈敏度?！鱐/T越大，說明磁場對溫度計性能的影響越大。
鉑電阻溫度計只有在溫度高于70K時，才能應(yīng)用于強(qiáng)磁場中的低溫測量。銠鐵電阻在低溫強(qiáng)磁場中的相對磁阻△R/R，卻要比鉑電阻小得多。
碳電阻有較小的磁阻效應(yīng)。同時，它是多晶休，所以它的磁阻效應(yīng)與磁場取向無關(guān)，即其磁阻效應(yīng)是各向同性的。它的磁阻效應(yīng)可以用經(jīng)驗公式來計算修正，經(jīng)過修正后的誤差可小于20mK。
鍺電阻溫度計的磁阻效應(yīng)比金屬電阻和碳電阻都大。并且與磁場方向有很大關(guān)系。
相關(guān)產(chǎn)品介紹：熱電阻 雙金屬溫度計
