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Eine gute Adresse für Mess- und Regeltechnik aus einer Hand

Kryotechnik

Einführung zum Thema Tieftemperaturmessungen und Supraleitung

Die Kryotechnik oder Tieftemperaturtechnik befasst sich mit der Erzeugung und den auftretenden Effekten bei sehr niedrigen Temperaturen. Die Tieftemperaturfühler wurden unter Ausnutzung einer Vielzahl temperaturabhängiger Eigenschaften entwickelt. Die üblichen auf dem Markt verfügbaren Sensoren sind im Prinzip Widerstände, Kondensatoren, Thermoelemente und Halbleiterbauteile wie Dioden oder Transistoren.

Sensoren der Primärstandardqualität reagieren sehr empfindlich auf abrupte Temperatursprünge oder mechanische Stöße. Daher eignen sie sich nicht für alltägliche Temperaturmessungen im Labor oder in der Industrie. Andere Temperaturmesstechniken mit gegenüber Gas, Dampfdruck, Akustik, Rauschen und Magneten empfindlichen Temperaturmesseinrichtungen erfordern einen weit größeren Realisierungsaufwand oder beeinträchtigen das Systemdesign in zu hohem Maße.
Tieftemperaturfühler

Auswahlkriterien für Temperatursensoren

Temperaturbereich

Für die Auswahl des geeigneten Fühlers muss der Temperaturbereich der Anwendung genau bekannt sein. Viele Sensoren werden durch extreme (zu hohe oder zu niedrige) Temperaturen beschädigt. Auch die Sensorempfindlichkeit ist von der Temperatur abhängig und kann den sinnvollen Einsatzbereich eines Fühlers einschränken. Dementsprechend sollten je nach Temperaturbereich der Anwendung unterschiedliche Sensoren in Betracht gezogen werden. Bei einer Messaufgabe in flüssigem Helium, in der eine hohen Empfindlichkeit und Auflösung gefordert ist, kann nicht der gleiche Fühler wie für eine Messung bei Zimmertemperatur eingesetzt werden. Außer dem Sensor spielt auch das verwendete Messgerät eine wichtige Rolle. Die Bereiche und Auflösungen für Geräte können je nach Temperaturbereich begrenzt sein.

Sensorempfindlichkeit

Die Empfindlichkeit des Temperatursensors misst, wie sehr sich ein Sensorsignal bei Temperaturveränderungen ändert. Verschiedene Sensoren unterscheiden sich unter Umständen auch in der Empfindlichkeit bei einer gegebenen Temperatur. Pt100 verfügen z. B. über eine gute Empfindlichkeit bei höheren Temperaturen, lassen unter 30 Kelvin allerdings nach. Für Bereiche zwischen ca. 1,4 und 475 Kelvin ist die Empfindlichkeit von Sensoren mit Silikondioden besser geeignet.

Umgebungsbedingungen

Umgebungsfaktoren wie ein starker Unterdruck, ein Magnetfeld, ätzende Chemikalien oder sogar Strahlung können die Effektivität mancher Sensoren einschränken. Versuche mit Magnetfeldern werden häufig durchgeführt. Die Abhängigkeit von Magnetfeldern ist ein wichtiges Auswahlkriterium bei Temperatursensoren für diese Anwendungen.

Messgenauigkeit

Sowohl die Genauigkeit des Sensors als auch die des Geräts müssen bei der Prüfung der Systemgenauigkeit berücksichtigt werden. Die Messgenauigkeit der Sensoren verschiebt sich mit der Zeit. Diese Verschiebung der Sensoren entsteht durch thermische Wechselbelastungen. Idealerweise wird ein Sensor für den jeweiligen Temperaturbereich ausgewählt. Es empfiehlt sich, Sensor und Gerät zu kalibrieren.

Sensorposition

Wenn Sensor und Anwendungsumgebung dieselbe Temperatur haben, ist die Positionierung des Sensors weniger problematisch. Bei vielen Anwendungen ist das leider nicht der Fall. Bei den meisten Anwendungen gibt es ein Temperaturgefälle. Eine Positionierung des Sensors in der Nähe der Probe hilft, die Temperaturunterschiede zwischen Probenahme und Messung möglichst gering zu halten.



Wählen Sie den idealen Tieftemperaturfühler-Typ

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Silizium-Tieftemperaturfühler Silizium-Tieftemperaturfühler
Mit der CY7-Sensorserie stellt OMEGA die erste echte Innovation in der Kryosensor-Technologie des vergangenen Jahrzehnts vor. Die Fühler basieren auf einem Temperaturaufnehmer mit einem präzisen, reproduzierbaren und monotonen Ansprechverhalten über einen weiten Temperaturbereich. Diese Aufnehmer sind in ein robustes, hermetisch dichtes Gehäuse eingebaut, das speziell für den Einsatz bei tiefen Temperaturen ausgelegt ist. Das Ergebnis ist eine Fühlerfamilie mit einem klar definierten Temperaturgang und geringer Streuung untereinander, sodass Fühler problemlos ausgetauscht werden können.
Platin-Widerstandsfühler Platin-Widerstandsfühler
Diese Fühler eignen sich optimal für einen Temperaturbereich von 14 bis 873 K. Auch bei höheren Temperaturen zeichnen sich Pt100-Widerstandsfühler durch eine gute Genauigkeit und Empfindlichkeit aus.
Tieftemperaturregler Tieftemperaturregler
Die Tieftemperaturregler der Serie CYC325 bieten eine einfache, günstige Lösung für einfache Regelaufgaben bei tiefen Temperaturen. Sie verfügen über eine integrierte Scroll-Eingabefunktion, sodass die Einstellung über die Tastatur an der Gerätefront möglich ist. Es gibt drei Modellversionen für verschiedene Eingangsarten: Silikondioden, Widerstandsfühler oder Thermoelemente. Für kundenspezifische Fühler kann eine benutzerdefinierte Linearisierungskurve eingegeben werden. Diese Kurve kann bis zu 97 Punkte plus zwei Endpunkte enthalten. Die Kurvenwerte werden über die standardmäßige RS-232-Schnittstelle übertragen.
Tieftemperaturthermometer Tieftemperaturthermometer
Das Digitalthermometer Modell CYD200 kombiniert hohe Genauigkeit, Auflösung und eine Schnittstelle in einem kompakten Tischgehäuse. Mit den entsprechenden Fühlern misst das CYD211 Temperaturen von 1,4 bis 800 K, auch unter schwierigen Messbedingungen wie Vakuum und Magnetfeldern. Zur Standardausstattung des CYD211 gehören Alarme, Relais, ein frei konfigurierbarer Analogausgang (Spannung/Strom) sowie eine serielle Schnittstelle. Typische Anwendungen für das CYD211 sind Flüssiggaslager/-überwachung, Regelung von Kryopumpen, Kryokühler, Materialforschung und andere Anwendungsgebiete, in denen eine höhere Genauigkeit erforderlich ist als mit Thermoelementen möglich.