简介

低温计，用来测量极较的温度。在低温的应用中，尤其是1~100K的范围内，电阻、二极管和热电偶是最常用的低温温度计。温度计的选择主要考虑测量范围、响应时间、灵敏度、稳定性、易用性、包装、经济成本和对环境的影响等因素。

分类

1电阻式温度计

电阻温度计测温原理是材料的电阻率变化与温度变化相关，材料一定的电阻值对应一定的温度。我国工业常用的标准热电阻主要由铂和铜两种材质制造，它们都由感温元件，引出线，保护套管等组成。热电阻的接线方式多采用三线制、四线制等，用以消除温度计引线带入的电阻。电阻式温度计分为正温度系数温度计（PTC）和负温度系数温度计（NTC）。正温度系数温度计指的是温度传感器电阻与温度正相关，而负温度系数温度计的电阻与温度负相关。典型的正温度系数温度计如铂、铑铁、铜电阻温度计等；而典型的负温度系数温度计主要包括锗电阻和氮氧化锆电阻等半导体温度计。

2二极管温度计

二极管测温技术产生于二十世纪六十年代，人们对用锗、硅、砷化稼二极管作为可能的低温温度计就已进行了研究。1966年，砷化镓二极管温度计就出现于市场，1972年美国的Lake Shore公司最早提出利用P-N结检测温度。二极管工作原理是在正向电流时，二极管的正向电压随温度的降低而增加。二极管温度计线性关系好、测量方便、灵敏度高、测量范围宽（1~400K），从而不断受到重视，应用范围不断扩大。但是二极管温度计的发热较大，在液氦温区有几十微瓦以上的发热，一定程度上限制了其应用。砷化镓二极管温度计是典型的二极管温度计，相对于锗电阻温度计，它受磁场影响很小，2-40K温区内，磁场强度为2T时，温度误差约为0.1K；4T时，误差才增加到0.6-1K。硅二极管是另一种二极管温度计，是结合气相外延技术做成的，它由高电导硅衬底上生长一个薄的外延层作材料，用通常的平面双扩散技术制备成 P-N 结。它在30-400K温区内，测温精度误差在1K以内，4.2K时为0.1K，但其抗磁性逊于砷化镓温度计。

3热电偶

热电偶是利用热电效应进行温度测量的，包括测量端和补偿端。热电偶测温包括热电偶元件、参考点，以及电压测装置。热电偶应用极其广泛，具有结构简单，加工方便，价格便宜、探头质小、热惰性小、安装使用方便等优点。此外，热电偶测温可从3K到高达3073K，并具有比较好的计性能，在某些情况下它的准确度可达±0.01K，在低温测量范围内一般可达到±0.5K。但是热电偶也存在不足的地方，如测量准确度难以超过0.2K，使用时参考端温度必须恒定，否则将造成测量结果的偏差，在高温或者长期使用时，因受被测介质或环境的影响（如氧化、还原等）而发生劣化，降低使用寿命。由于热电偶丝本身存在着不良的结点电势，在有温度梯度的条件下，将产生寄生电势源。这个寄生电势叠加在测量的热电势上，从而影响测温的精度。在低温测量中，还应注意使参考点的温度恒定，若冰点偏差0.1K，会使测量液氮温区的温度带来2倍的偏差。在某些实验情况下，需要考虑热电偶丝自身的导热引起的测量误差。这可以通过减少导热的途径或通过实验与计算的修正来提高测量的精度。

4其他类型低温温度计

除了上述的几类常用温度计，电容温度计、气体温度计、蒸气压温度计、磁温度计也在低温测量中有着广泛的应用。 马克汉科夫等人在低温下测量常规电容器的性质时，发现电容器有相当合适的测温特性。电容温度计是利用电容与温度变化相关而制成的。由于电容温度计的工作与束缚电荷相联系，因而磁场对电容温度计没有影响，这使得它能在超导等强磁场条件下使用。电容温度计适用于具有强磁场的测温场合。

上世纪六十年代，美国和苏联先后建立了气体声学温度计，由于声学温度计的灵敏度随温度的下降而增加，用以复现热力学温标更为适宜，然而气体温度计的结构比较复杂，操作也不简便。

图1

蒸气压温度计的测温原理是化学纯物质的饱和蒸气压PV和温度T之间具有确定的一一对应的关系。用真空泵对低温恒温器中的低温液体进行减压时，由于液体蒸发带走汽化潜热，使剩余液体温度降低，测量此状态下的蒸气压力就可以测知对应的饱和温度。

磁温度计也是常用的低温温度计之一，它的工作原理是居里定律，即顺磁盐的磁化率与温度T成反比关系。通常将顺磁盐置于互感线圈中，用互感电桥得出互感的读数，便可得出顺磁盐的磁化率与热力学温度的关系。

如图1所示为各低温温度计的性能特性参数，包括测范围、特性与灵敏度、外形尺寸等参数。

温度计稳定性筛选

常用于低温领域的温度计多为热电阻温度计，在同一温度点测温过程中由于各种原因往往会出现温度漂移，从而影响测温稳定性和精确度。性能优良的温度计应保证其所测温度的稳定性，稳定性包括长期稳定性和热冲击稳定性。

1温度计长期稳定性