Исследование и разработка новых рабочих средств измерения низких температур тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.09, доктор технических наук Логвиненко, Сергей Петрович

• Логвиненко, Сергей Петрович
• доктор технических наук
• 1984

Оглавление диссертации доктор технических наук Логвиненко, Сергей Петрович

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I. МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ НИЗКИХ

ТЕМПЕРАТУР. II

1.1. Рабочие низкотемпературные термопреобразователи.

ГЛАВА 2. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ

АППАРАТУРА.

2Л. Передача шкалы температуры рабочим термопреобразователям методом сличения.

2.2. Экспериментальная аппаратура.

2.2.1. Криостат-компаратор P-I04 и измерительная установка на его основе.

2.2.2. Криостат-компаратор и схема измерений сличением при непрерывном ходе температуры.

2.2.3. Криостаты-компараторы конденсационного типа и криостат для исследования магнитосопро-тивления.

ЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕРМОМЕТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК.

3.1. Термометрические характеристики монокристаллического Qq/\$.

3.I.I. Магнитосопротивление Gate р -типа.

3.2. Термометрические характеристики р-П переходов на основе Ge,Si, GaAs, П и р -типа.

3.3. Термометрические характеристики литых микропроводов.

3.3.1. Провода из Си.

3.3.2. Провода из М'

3.3.3. Провода из jfo.

3.3.4. Провода из Rh.Fe. .НО

3.3.5. Провода из 6в.

ГЛАВА 4. АНАЛИТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ И АППРОКСИМАЦИЯ

ТЕРМОМЕТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК.

4.1. Аппроксимация термометрических характеристик степенными полиномами.

4.2. Аппроксимация ТХ методом Сплайн.

4.3. Аппроксимация зависимостей /?(?7для ТПС на основе микропровода.

4.4. Анализ дисперсии и подобия термометрических характеристик ТПСП типа ТСАД.

ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА И СОЗДАНИЕ РАБОЧИХ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ТЕРМОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ.

5.1. Термопреобразователи типа ТСАД.

5.2. Термопреобразователъ ТСГФ4-ММ.

5.3. Воспроизводимость.

5.4. Нагрев ТП измерительным током.

5.5. Тепловая инерционность.

5.6. Некоторые вопросы производства и технологии ТПС.

ЛАВА б . РАЗРАБОТКА ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ АППАРАТУРЫ.

6.1. Измеритель-регулятор температуры ПТ-1.

6.2. Импульсный измеритель температуры ПТ-5.

6.3. Измеритель температуры ПТ-6.

6.4. Регулятор температуры ТР-3.

6.5. Стабилизатор тока CT-1.

6.6. Помехоустойчивый измеритель уровня хладоагента.

6.7. Тепловой измеритель малых расходов газа.

6.8. Измеритель тепловой инерционности термопреобразователей.

6.9. Система измерения температуры для исследования тепловых режимов криотурбогене-раторов.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование и разработка новых рабочих средств измерения низких температур»

Перспективность результатов и методов физики и техники низких температур, для дальнейшего прогресса научных исследований и, особенно, для развития таких важных отраслей народного хозяйства, как энергетика, ядерная техника, связь, ракетно-космическая техника, медицина, пищевая промышленность и т.д., обусловила значительный рост количества научных и опытно-конструкторских работ, выполняющихся с использованием глубокого охлаждения.

Одновременно увеличивается сложность, масштабность и стоимость этих работ, многие из которых выполняются в рамках государственных и отраслевых программ.

Одним из необходимых условий эффективного выполнения этих важных для народного хозяйства работ является обеспеченность их рабочими средствами измерения температуры 7": низкотемпературными термопреобразователями (ТП) и измерительными приборами.

Общеизвестно, что точность и надежность измерения 7", в значительной мере может определить возможность успешного выполнения низкотемпературного эксперимента и объективной интерпретации его результатов, а для криогенных технических устройств может оказать существенное влияние на возможность получения и стабилизации заданных технических характеристик. Поэтому закономерно наблюдающееся в последние годы значительное увеличение потребности народного хозяйства в рабочих ТП способных эффективно обеспечивать работы в диапазоне 0,4-300 К, работоспособных также в условиях крупных стендов, технических устройств и специзделий .

Однако эта, возникшая в 60-70 годы, потребность в рабочих средствах измерения низких температур (особенно для диапазона / \ 20 К) практически не удовлетворялась, что отрицательно сказывалось на развитии работ с использованием глубокого охлаждения. Отсутствовали разработки перспективных низкотемпературных рабочих термопреобразователей, пригодных для массового производства, методы и аппратура для их градуирования, многие приборы для работы с ними. Это отставание отечественного приборостроения стимулировало постановку работ в указанных направлениях и определило их актуальность.

Одной из первых работ такого типа явилась разработка, выполненная при участии автора в ФТИНТ АН УССР совместно с ИПАН УССР, дистанционной стендовой системы измерения температуры для диапазона 13-33 К, успешное выполнение которой послужило основой дальнейшего развития работ в области рабочих средств измерения низких температур в указанных организациях.

Следует отметить, что зти и дальнейшие работы в области практической термометрии могли успешно выполняться на основе фундаментальных результатов отечественной метрологии, методы, эталонные и образцовые средства которой для термометрии в диапазоне 1,5-273 К разработаны -и созданы в нашей стране под руководством М.П.Орловой, Л.Н.Астрова, Б.И.Альшина.

В настоящей работе изложены результаты по исследованию, разработке и применению некоторых новых рабочих средств низкотемпературной термометрии для интервала 0,4-300 К.

Целью работы являлась разработка ряда новых рабочих средств измерения низких температур: термопреобразователей и приборов для работы с ними, пригодных для серийного изготовления и использования для решения широкого круга задач практической низкотемпературной термометрии при выполнении промышленных разработок новой криогенной техники и решении актуальных научно-технических задач.

Актуальными задачами низкотемпературной термометрии, для которых в настоящей работе реализованы новые решения, являлись:

1. Разработка и внедрение в практику измерений полупроводникового термопреобразователя на интервал С,'4-100(300) К, допускающего работу в магнитных полях существенно больших чем для ТП на основе монокристаялического германия.

2. Разработка и внедрение в практику измерений рабочего широкодиапазонного термопреобразователя на интервал I,5-300(400)К, устойчиво работающего в магнитных полях 5 Тя, что позволило бы упростить измерения в указанном интервале температур.

3. Разработка рабочих термопреобразователей на основе металлов с повышенной чувствительностью при 7~К. 13 !{ с одновременным увеличением их абсолютного сопротивления и уменьшением габаритов .

4. Разработка методов и аппаратуры для градуирования в интервале 0,4-300 К рабочих ТП при их серийном производстве с целыо уменьшения' затрат времени, криогенных жидкостей и автоматизации сложного и трудоемкого процесса градуирования.

5. Разработка приборов для работы с низкотемпературными ТП, методов использования их для измерений других величин, систем измерений.

В результате проведенных исследований и разработок получены и выносятся на защиту следующие новые научно-технические результаты:

I. Определены термометрические характеристики нового термометрического вещества - монокристаллического GaAsp -типа и обоснована перспективность его использования для термометрии в интервале С,4-300 К в магнитных полях до 5 Тя.

2. Впервые разработан новый тип рабочего низкотемпературного термопреобразователя на основе серийно выпускающегося промышленностью fo^S на интервал 0,4-100 К типа ТСАД нескольких модификаций: двухпроводные - ТСАД2-1, ТСАД2-CP, ТСАД2-Ш; четырех-проводные - ТСАД4-К, ТСАД4-КМ, ТСАД4-КМ2. По результатам Государственных приемочных испытаний, термопреобразователи ТСАД2-1, ТСАД2-СР утверждены Госстандартом к использованию в СССР в качестве рабочих средств измерения в интервале 4,2-100 К. Оригинальная конструкция четырехпроводных термопреобразователей ТСАД4-К обеспечивает их метрологические, тепловые и механические характеристики на уровне рабочих средств повышенной точности, а в интервале 0,5-20 К образцового термопреобразователя II разряда (л7"<0,01 К).

3. Разработана технология изготовления ТП типа ТСАД и осуществлен их серийный выпуск на Опытном заводе ФТИНТ АН УССР (включая градуирование) мощностью 1000 шт./год. Изготовлено и поставлено заказчикам более 5000 шт. термопреобразователей.

4. Показана перспективность использования p-tl переходов для термометрии в интервале 1,5-300(400) К. На основе выполненных исследований термометрических характеристик p-tl переходов в Get As П- и Р -типа, Ge ,Si впервые выполнена разработка отечественного серийного термодиода на основе G&As /7-типа. Термодиод АД-302 принят Государственной комиссией и предназначен для измерения температуры в интервале 4,2-300 К с погрешностью 0,05-0,15 К в магнитных полях до 5 Тл.

5. В интервале I,5-300(500)К выполнен цикл исследований термометрических характеристик литых микропроводов в стеклянной изоляции (05-25 мкм) из Rh+Fe, On. , Nl , Си, Ge .

Впервые показано, что использование литых микропроводов для разработки чувствительных элементов позволяет получить аналоги зарубежных ТП на основе R/j+fig для термометрии в интервале (0,3)1,5-300 К и получить рабочие ТП на основе Oft для термометрии в интервале 3,5-300 К. Разработана конструкция четырех-проводного ТП на основе микропровода с металлической жилой типа ТСМФ4 ( 0 =3,2 мм, £ = 12 мм, 500-3000 Ом) с чувствительными элементами из ЛК 3,5 -300 К), из Ni (10-400 It), из Си (15-300 К), а также четырехпроводныи термопреобразова-'тель на основе микропровода из Об типа ТСГФ4-М (01,3 мм, & =6 мм, 1,5-150 К) и выпущены их малые серии.

6. Разработана методика и аппаратура для массового градуирования рабочих ТП в интервале 1,5-300 К с погрешностью ~ 0,02 К. Криостат-компаратор P-I04 аттестован для выполнения градуировок в интервале 4,2-300 К. Изготавливается серийно.

Впервые разработан метод массового градуирования рабочих ТП в интервале 1,5 -300 К при непрерывном ходе температуры. Метод и аппаратура его реализующая позволяют существенно уменьшить .время градуирования, расход хладоагентов и позволяют комплексно автоматизировать трудоемкий процесс градуирования низкотемпературных ТП.

7. Выполнен цикл работ по аналитическому описанию и аппроксимации термометрических характеристик разработанных термопреобразователей сопротивления и термодиодов и их обобщению.

Разработан и внедрен ряд приборов для работы с низкотемпературными термопреобразователями: измеритель температуры ПТ-1, регулятор температуры РТ-3, стабилизатор тока CT-I и осуществлен мелкосерийный выпуск указанных приборов, а также разработаны измерители температуры ПТ 5, б, универсальный измеритель уровня, тепловой измеритель малых расходов газа, измеритель тепловой инерционности ТП, многоканальное измерительное токо-съемное устройство для вывода информации из вращающихся объектов.

С использованием разработанных термопреобразователей и приборов разработана многоканальная система измерения температуры и уровня в роторах турбогенераторов 2 и 5 МВт со сверхпроводящей обмоткой возбуждения и выполнен цикл исследований их тепловых режимов в стендовых условиях.

Постоянное внимание в настоящей работе уделялось практической реализации результатов исследований в виде конкретных конструкций ТП, технологии их изготовления и градуирования, а также организации их серийного производства и использованию разработанных ТП и приборов для решения реальных задач по измерению низких температур и других величин на объектах новой техники и при выполнении физических и технических экспериментов .

Заключение диссертации по теме «Физика низких температур», Логвиненко, Сергей Петрович

Основные результаты диссертации отражены в следующих публикациях:

I. Логвиненко С.П., Россошанский О.А., Поладич В.В., Еременко В.И. Низкотемпературный термометр из GaA» р-типа. - В кн.: Криогенная и вакуумная техника. Харьков: ФТИНТ АН УССР, IS73, 3, с. 87-89.

2. Логвиненко С.П., Россошанский О.А., Дербышева СЛ., По.ладич В.В., Зарочинцева Т.М., Еременко В.И. Термометры wGaASwn интервала 1-100 К. ПТЭ, 1974, 4, с. 203-205;

Czyogenics, 1975, з, Р. 150-151.

3. Логвиненко С.П., Голуб А.А., Россошанский О.А. Характеристики термометров из дырочного арсенида галлия в интервале 1,5-0,4 К. - В кн.: Криогенная и вакуумная техника. Харьков: ФТИНТ АН УССР, 1974, 4, с. 63-64.

4. Логвиненко С.П., Россошанский О.А. Низкотемпературные диоды из GdAS, легированного цинком. - ПТЗ, 1975, 2, с. 219-220

Сгдодеш/я, 1Ш, 2, p. 118-119.

5. Иванов Л.П. Коренман М.Е., Лахтикова В.Г., Логвиненко С.П., Романова И.Д., Тарасова Л.К., Хлудков С.С. диодный датчик температуры изGciAs для работы в интервале температур 4,2-373 К.

- В кн.: Труды НИИПП. Томск: НИИПП, 1973, вып. 3, ч. I.

6. Логвиненко С.П., Россошанский О.А., Потупчик А.Е. Низкотемпературный термометр сопротивления. - ПТЗ, 1976, 6, с. 258.

7. Логвиненко С.П., Россошанский О.А. Температурная зависимость сопротивления GaAs, легированного Мп. - В кн.: Приборы и техника эксперимента в криогенных системах. Киев: Наукова думка, 1978, с. 102-104.

8. Логвиненко С.П., Михина Г.Ф., Павленко С.И. электросопротивление р-п переходов в$?и<Йпри низких температурах и малых смещениях. - В кн.: Приборы и техника эксперимента в криогенных системах. Киев: Наукова думка, 1978, с. 104-109.

9. Россошанский О.А., Логвиненко С.П. Электросопротивление в интервале 4,2-300 К образцов из GaAsМп с шунтирующим слоем.

- В кн.: Техника низких температур. Киев.: Наукова думка, 1979, с. 123-125.

10. Логвиненко С.П., Россошанский О.А., Дербышева С.Л. Возможности расширения рабочего интервала температур термометров сопротивления из дырочного арсенида галлия и дисперсия характеристик технических термометров типа ТСАД. - В кн.: Расчет и исследования криогенных систем. Киев: Наукова думка, 1981, с. 129-136.

II. Логвиненко С.П., Михина Г.Ф. Термопреобразователь сопротивления из медного микропровода. - В кн.: Расчет и исследования криогенных систем. Киев.: Наукова думка, 1981, с. 125-128.

12. Логвиненко С.П., Михина Г.Ф. Термопреобразователь сопротивления из никелевого микропровода. - В кн.: Исследование процессов в криогенных и вакуумных системах. Киев.: Наукова думка, 1982, с. 217-223.

13. Логвиненко С.П., Михина Г.Ф. Низкотемпературный термопреобразователь сопротивления на основе микропровода из сплава родий-железо. - Харьков, 1982. - 8 с. (Препринт / ФТИНТ АН УССР: 25-82).

14. Логвиненко С.П., Россошанский О.А., Потупчик А.Е., Дербышева СЛ. Низкотемпературные термометры сопротивления. - В кн.: Приборы для научных исследований и системы автоматизации в

АН УССР. Киев.: Наукова думка, 1980, с. 35-36.

15. Логвиненко С.П., Дербышева С.Л. Аппроксимация в интервале 4,2-100 К характеристик технических термометров сопротивления и з 0ciAs р-типа. - В кн.: Криогенная и вакуумная техника. Харьков: ФТИНТ АН УССР, 1974, 4, с. 65-67.

16. Логвиненко С.П., Потупчик А.Е. Исследование воспроизводисти технических криогенных термометров из арсенида галлия. - В кн.: Криогенная и вакуумная техника. Харьков: ФТИНТ АН УССР, 1974, с. 68-73.

17. Логвиненко С.П., Дербышева С.Л. Аппроксимация термометрических характеристик термодиодов из GciAs tt и р-типа в интервале 4,2-300 К и термометров сопротиаления из G&AS р-типа в интервале 4,2-100 К. - ПТЗ, 1978, 5, с. 229-232.

18. Потупчик А.Е., Логвиненко С.П., Боровик В.И. Приведение шкалы ССТ - 64 к шкале МПТШ-68 расчетным путем. - В кн.: Теплообмен при низких температурах. Киев: Наукова думка, 1979, с. 143-146. I

19. Логвиненко С.П., Потупчик А.Е., Оприщенко Л.А. Градуировка полупроводниковых термопреобразователей ТСАД-2 в интервале температур 4,2-100 К при непрерывном температурном ходе.

- В кн.: Процессы тепло- и массообмена в криогенных системах. Киев: Наукова дума, 1981, с. I04-II0.

20. Логвиненко С.П., Потупчик А.Е., Оприщенко Л.А. Моделирование градуировочных процессов при непрерывном температурном ходе.

- В кн.: Приборы и техника эксперимента в криогенных системах. Киев: Наукова думка, 1978, с. I09-II4.

21. Логвиненко С.П., Турина С.Л. Дисперсия характеристик рабочих низкотемпературных термопреобразователей типа ТСАД. - Метрология, 1983, 5, с. 37-44.

22. Логвиненко С.П., Руденко Б.Г., Захаров Б.Д. Измеритель-регулятор температуры. - В кн.: Криогенная и вакуумная техника, Харьков.: ФТИНТ АН УССР, 1974, 4, с. 74-76.

23. Логвиненко С.П., Руденко Б.Г., Захаров БД., Мезенцев В.П. Измеритель-регулятор температуры, - ПТЭ, 1976, 3, с. 279.

24. Логвиненко С.П., Еременко В.И., Сухих В.Д., Михина Г.Ф. Установка для исследования и градуировки термометров сопротивления, термодиодов и термопар в интервале 4,2-300 К. - Измерительная техника, 1977, 3, с. 71-72.

25. Логвиненко С.П., Еременко В.И., Неонета А.С., Синебрю-хов Ю.Б. Измеритель уровня жидкого гелия во вращающемся роторе электрической машины- - В кн.: Криогенное электромашиностроение. Киев: Наукова думка, 1977, с. III-II4.

26. Логвиненко С.П., Еременко В.И. Измерение температуры во вращающемся роторе криотурбогенератора. - В кн.: Криогенное электромашиностроение. Киев: Наукова думка, 1977, с. II4-II7.

27. Логвиненко С.П., Павленко С.И. Система дистанционного измерения температуры. - В кн.: Техника низких температур. Киев: Наукова думка, 1979, с. II5-I22.

28. Логвиненко С.П., Руденко Б.Г., Шакиров Р.Г., Мезенцев В.П., Кнышенко Е.Е. Стабилизатор тока CT-I. - ПТЗ, 1980, 3, с. 256.

29. Логвиненко С.П., Руденко Б.Г., Мезенцев В.П., Шакиров Р.Г. Универсальный измеритель-регулятор низких температур ПТ-1.

- ПТЗ, 1980, 4, с. 241.

30. Еременко В.И., Логвиненко С.П. Система измерения температуры во вращающемся роторе криотурбогенератора. - В кн.: Процессы тепло - и массообмена в криогенных системах. Киев.: Наукова думка, 1981, с. 100-104.

31. Логвиненко С.П., СмороДинов A.M. Импульсный цифровой измеритель температуры с автономной памятью узлов аппроксимации.

- В кн.: Исследование процессов в криогенных и вакуумных системах. Киев.: Наукова думка, 1982, с. 228-234.

32. А.с. 641288 /СССР/. Способ измерения вакуума /Логвиненко С.П., Смородинов A.M. - Опубл. в Б.И., 1979, №1.

33. А.с. 626367 /СССР/. Устройство для измерения показателей тепловой инерции термометра сопротивления /Логвиненко С.П., Смородинов A.M. - Опубл. в Б.И., 1978, №36.

34. А.с. 623II6 /СССР/. Терморезистор /С.П.Логвиненко,

О.А.Россошанский, В.В.Поладич, Т.М.Зарочинцева, -Опубл. в Б .И., 1978, №33.

35. А.с. 658413 /СССР/. Термометр сопротивления /С.ПЛогвиненко, О .А.Россошанский, Т.М.Зарочинцева. - Опубл. вБ.И., 1979, №15.

36. А.с. 667826 /СССР/. Термометр сопротивления / С.П.Логвиненко, О.А.Россошанский. - Опубл. вБ.И., 1979, №22.

37. А.с. 73I3I8 /СССР/. Термодатчик /С.П.Логвиненко. - Опубл. в Б.И.,.1980, №16.

38. А.с. 719240 /СССР/. Полупроводниковый термометр сопротивления. /С.П.Логвиненко, О.А.Россошанский, В.В.Поладич, Т.М.Зарочинцева. - Опубл. вБ.И., 1980, №8.

39. А.с. 853424 /СССР/. Устройство для измерения температуры, напряженности магнитного поля и механических напряжений. /С.П.Логвиненко. - Опубл. вБ.И., 1981, №29.

40. А.с. 838417 /СССР/. Термометр сопротивления /С.П.Логвиненко.

- Опубл. в Б.И., 1981, №22.

41. А.с. 870984 /СССР/. Способ динамической градуировки термопреобразователей /С.П.Логвиненко, А.Е.Потупчик, В.И.Боровик.

- Опубл. в Б.И., 1981, №37.

42. А.с. 9I700I /СССР/. Способ определения температуры

С.П.Логвиненко, С.Л.Дербышева. - Опубл. в Б.И., 1982, №12.

43. А.с. 957014 /СССР/. Устройство для автоматической градуировки термопреобразователей в динамическом режиме.

С.П.Логвиненко, А.Е.Потупчик, В.И.Боровик, Л.А.Оприщенко.

- Опубл. в Б.И., 1982, №33.

44. А.с. 979893 /СССР/. Способ изготовления чувствительного элемента термопреобразователя /С.П.Логвиненко. - Опубл. в Б .И., 1982, №45.

Б заключение выражаю сердечную благодарность всем сотрудникам отдела практической термометрии ОКТБ ФТИНТ АН УССР за огромный многолетний труд и настойчивость в выполнении этой работы, выполнивших многие тысячи приборов и измерений на высоком профессиональном уровне.

Приношу глубокую благодарность соавторам, включенных в диссертацию работ: Т.М.Зарочинцевой, О.А.Россошанскому, Г.Ф.Михиной, Н.И.Курдюкову, С ЛДербышевой, Б.Г.Руденко,

A.Е.Потупчику, В.И.Еременко, В.Г.Юрко, А.М.Смородинову,

B.И.Боровику, Г.Т.Менде, Л.А.Оприщенко, А.Н.Сагареву и моим научным руководителям И.М.Дмитренко, Б.И.Веркину за постановку задачи, поддержку и благожелательное внимание в процессе выполнения диссертационной работы.

Искренне благодарен всем, оказавшим содействие внедрению и использованию результатов работы и близким,предоставившим время, поддержку и внимание для ее выполнения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

Основными результатами, полученными в настоящей работе являются:

1. Выполнен цикл исследований термометрических характеристик нового термометрического вещества - монокристаллического дырочного GaAs и показана перспективность его использования для термометрии в интервале 0,4-300 К.

2. Впервые разработаны и освоены выпуском низкотемпературные рабочие термопреобразователи на основе GaAs на интервал 0,5-100 К типа ТСАД2 и ТСАД4. По результатам государственных приемочных испытаний термопреобразователи ТСАД-2 утверждены Госстандартом СССР к обращению в СССР в качестве рабочих средств измерения. Изготовлено и передано в эксплуатацию более 4000 шт. термопреобразователей этого типа. Организовано их серийное производство (включая градуирование в интервале 4,2-100 К) мощностью 1000 шт. в год на Опытном заводе ФТИНТ АН УССР.

3. Выполнен цикл исследований термометрических характеристик р-tl переходов на основе GciAs ft жр-чшъ.Мб , St и показана перспективность их использования для термометрии в интервале 1,5-300 К. На основе выполненных исследований осуществлена разработка серийного термодиода на основе GdA5 ft -типа. Разработанный термодиод типа АД-302 рекомендован в качестве рабочего средства для измерения температуры в интервале 4,2-400 К и внесен в Госреестр СССР.

4. В интервале 1,5-300(500) К выполнен цикл исследований термометрических характеристик литых микропроводов в стеклянной изоляции изСи, А/с, Otl, Rh+Fe. На основе выполненных исследований разработана технология, конструкция и изготовлена установочная партия миниатюрных высокоомных (Рг73*500 Ом) термопреобразователей типа ТСМФ для интервала (I,5)12-300(500)К. Освоен выпуск малых серий термопреобразователей этого типа.

5. Выполнены исследования термометрических характеристик чувствительных элементов на основе микропровода из вб и разработаны миниатюрные четырехпроводные рабочие термопреобразовате- -ли на его основе типа ТСГФ4-ММ для интервала 1-200 К. Освоен выпуск малых серий термопреобразователей этого типа.

6. Разработана методика массового градуирования рабочих термопреобразователей в интервале 1,5-300 К с погрешностью 0,02 К в квазистатическом режиме. Разработан, введен в эксплуатацию и аттестован криостат-компаратор P-I04 для градуирования рабочих ТП в интервале 4,2-300 К и освоен его мелкосерийный выпуск, а также аппаратура для градуирования и исследования воспроизводимости в интервале 1,5-5 К.

7. Впервые разработана методика массового градуирования рабочих термопреобразователей в интервале 1,5-300 К при непрерывном ходе температуры. Разработана криогенная и измерительная аппаратура, автоматизирующая процесс градуирования рабочих термопреобразователей, существенно уменьшающая затраты времени, хладоагентов и уменьшающая трудоемкость процесса градуирования.

8. Выполнен цикл работ по аналитическому описанию термометрических характеристик новых рабочих низкотемпературных ТПСП, ТПСМ и термодиодов и их обобщению. Разработаны программы для SBM, использующиеся для анализа результатов измерений и получения градуировочных таблиц с заданным шагом по температуре.

9. В интервале 4,2-77 К и магнитных полях до 7 Тл выполнены исследования магнитосопротивления разработанных термодиодов, ТПСП и ТПСМ. Показано, что разработанные термодиоды из GaAs ft иp -типа и термопреобразователи ТСАД возможно использовать в полях 5 Тл с погрешностью не более 0,2 К.

10. Разработан и внедрен ряд приборов для работы с низкотемпературными ТП.

- Измерители температуры ПТ1, ПТ5, ПТб.

- Регуляторы температуры TPI, ТРЗ.

- Стабилизатор малых токов CTI и выпущены малые серии указанных приборов, а также универсальный измеритель уровня, тепловой измеритель малых расходов газов, измеритель тепловой инерционности термопреобразователей, измеритель давления, прецизионный коммутатор каналов.

В качестве первичных преобразователей вышеперечисленных приборов использованы разработанные термопреобразователи, что позволяет строить измерительные системы для измерения указанных величин, совместимые по измерительным линиям и первичным преобразователям.

11. С использованием разработанных первичных преобразователей и приборов разработаны системы измерения температуры в роторах турбогенераторов мощностью 2 и 5 мВт со сверхпроводящей обмоткой возбуждения и выполнен цикл исследований их тепловых режимов в стендовых условиях.

Практическая ценность работы заключается в следующем. Исследованы, разработаны и освоены выпуском новые рабочие термопреобразователи на основе ОаАь , микропроводов из металлов и германия и термодиодов. Технические характеристики разработанных рабочих средств измерения удовлетворяют требованиям Госстандарта и позволяют обеспечивать выполнение научных и технических работ в интервале 0,4-300 К. Разработаны методы и аппаратура для исследований и метрологической аттестации рабочих термопреобразователей. Разработаны приборы для измерения

•температуры, расхода, уровня, давления, тепловой инерционности и системы измерений на их основе. Первичные преобразователи, приборы, криогенное оборудование, методики внедрены в практику низкотемпературных работ.

Работа полностью финансировалась за счет выполнения хоздоговорных работ с учреждениями и предприятиями АН СССР, Минхим-маша, Минсредмаша, MOM, Минэлектротехпрома и ряда других, где и были внедрены разработанные термопреобразователи, приборы, оборудование, методики. Подтвержденный заказчиками экономический 'эффект от внедрения разработок в 1975-1980 гг. составил 3151 тыс. рублей.

Разработанные термопреобразователи и приборы экспонировались в 1973-1983 гг. на ВДНХ СССР и отмечены ее наградами: термопреобразователи ТСАД2-1, ТСАД2-СР - серебряной и двумя бронзовыми медалями; ТС АД 4-ЕС М - двумя бронзовыми медалями, ТСМФ - двумя бронзовыми медалями, прибор ПТ-I - тремя бронзовыми медялями, прибор CT-I - двумя бронзовыми медалями, прибор ТР-3 - двумя бронзовыми медалями.

Список литературы диссертационного исследования доктор технических наук Логвиненко, Сергей Петрович, 1984 год

1. Методы измерения температуры / Под ред. В.А.Соколова. -М.: ИИЛ, 1954, чЛ. - 397 с.

2. Куб о Р. Термодинамика. М.: Мир, 1970. - 304 с.

3. Кричевский И.Р. Понятия и основы термодинамики. М.: Госхимиздат, 1962. - 443 с.

4. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Статистическая физика. М.: Наука, 1964. - 567 с.

5. Киттелъ Ч. Статистическая физика и термодинамика. М.: Наука, 1977. - 336 с.

6. Wensel Н.Т., Temperature, In: Temperature Its Measurement and Control in Science and Industry, New York, Reinhold Publishing Co., I94I, p.3-23.

7. Второе начало термодинамики / Под ред. А.К.Тимирязева. -М.-Л.: Гос. техн. теоретич. изд., 1934. - 311 с.

8. Кеезом 3. Гелий. М.: ИИЛ, 1949. - 542 с.

9. Де Бур Я. Введение в молекулярную физику и термодинамику.-М.: ИИЛ, 1962. 163 с.

10. Орлова М.П. Газовая термометрия. Энциклопедия измерений, контроля и автоматики. М.: Стандартгиз, 1964, в. 2. -2112 с.

11. Бродский А.Д. Электроакустическая термометрия в области низких температур. Измерит, техника, 1967, № 6, с.21-25.

12. Хедрич А.Л., Пардью Д.Р. Измерение термодинамической температуры по скорости звука. В кн.: Температура и ее измерение. М.: ИИЛ, I960, с. 82-92.

13. Zimmerman J.E., Josephson Effect Devices and Low Frequency Field Sensing, Cryogenics, 1972, v.12, No.I, p.19-31.

14. Van der Ziel A., Thermal Noise at High Frequencies, J.Appl.1. Phys., 1950, v.2I, p.399.

15. Kamper R.A., Zimmerman J.E., Noise Thermometry with the

16. Josephson Effect, J.Appl.Phys., 1971, v.4-2, No.I, p.132.

17. Мендельсон К. Физика низких температур. М.: ИИЛ, 1963. -230 с.

18. Лоунасмаа О.В. Принципы и методы получения температур ниже I К. М.: Мир, 1977. - 356 с.

19. Международная практическая температурная шкала МПТШ-68. -М.: Изд-во стандартов, 1971. 37 с.

20. Comite International des Poids et Measures. Metrologia, 1969, v.5, No.2, p.35.

21. Стрелков П.Г., Боровик-Романов А.С., Орлова М.П. Термодинамические исследования при низких температурах. I. Измерение температур между 12 и 300 К. ЖФХ, 1954, т.28, № 2,с. 345-352.

22. Barber C.R., A Platinum Resistance Thermometer for Use at Low Temperature, J.Sci.Instrum., 1955, v.32, p.4-16-4-17.

23. Berry R.I., Platinum Resistance Thermometry belov? IOK, Metrologia, 1967, v.3, N0.3, p.53-58.

24. Воронель А.В., Щекочихина В.В. Миниатюрный платиновый термометр сопротивления. ПТ2, 1963, № 2, с. I8I-I82.

25. Johnston W.V., and Lindberg G.W., Stability and Calibration of Minuature Platinum Resistance Thermometers, Rev.Sci.Instrum., 1968, v.39, No.12, p.1925-1928.

26. Hall J. A Guide to Temperature Monitoring, Instrum. and Contr. Syst., 1978, v.5 I, N0.6, p.59.

27. Col es B.R., A New Type of Low—Temperature Resistance Anomaly in Alloys, Phys.Lett., 1964, v.8, No.4-, p.24-3-244.

28. Rusby R.L., Towards the Absolute Zero. Platinum Metals Rev 1981, v.25, No.2, p.57-61.

29. White G.K., Woods S.B. Indium Resistance Thermometer; 4 to 300K. Rev.Sci.Instrum., 1957, v.28, No.8, p.638-641.

30. Орлова М.П., Астров Д.Н., Медведева JI.А. Термометр сопротивления из индия для температур 3,4-3001С.- ПТЭ, 1963, № 2, с. 160-163.

31. Черенков В.А., Бейлин В.Н. Криогенный термометр сопротивления на основе сплава Си + Ni + Fe + Mn ♦ ПТЭ, 1980,5, с. 241.

32. Шкловский Б.И., Эфрос А.Л. Электронные свойства легированных полупроводников. М.: Наука, 1979. - 416 с.

33. Mott H.F. On the Transition to Metallic Conduction in Semiconductors. Can.J.Phys., 1956, v.34, No.I2A, p.I356-I368.

34. Blakemore J.S. Design of Germanium for Thermometric Applications. Rev.Sci.Instrum., 1962, v.33, No.I, p.I06-II2.

35. Орлова М.П., Кац Г.А., Астров Д.Н., Белянский Л.Б., Шибаева О.А., Шубин В.Э. Легированный германий для низкотемпературной термометрии. -Измерит, техника, 1966, №1, C.57-6L

36. Kirsch H.C., Bachmann R., Gaballe Т.Н., Measurement of Low Temperature with Thermistors. Temperature - Its Measurement and Control in Science and Industry, Reinhold Pub.Corp.,

37. New York, v.4, pt.2, p.843.

38. Логвиненко С.П., Россошанский О.А., Поладич В.В., Еременко В.И. Низкотемпературный термометр из Ga As п -типа. -В кн.: Криогенная и вакуумная техника. Харьков: ФТИНТ АН УССР, 1973, № 3, с. 87-89.

39. Jansak L. Pouzitie p-6aAs v nizkoteplotneg termometrii. -Electrotechnicky casopis, 1974, v.XXV, c.4-6.

40. Clement J.R., Quinell E.H. The Low Temperature Characteristics of Carbon-Composition Thermometers. Rev.Sci.Instrum., 1952, v.23, N0.5, p.213-216.

41. Михайлов H.H., Кагановский А.Я. Угольные термометры сопротивления для низких температур. ПТЗ, 196I, № 3, с.194-197.

42. Зиновьева К.Н., Карстенс Г.З. Угольные термометры для сверхнизких температур. ПТЗ, 1974, № 2, с. 249-252.

43. Лолесс В.Н. Термометрические свойства пропитанного углеродом пористого стекла при низких температурах. Приборы для научных исследований, 1972, № 12, с. 3-8.

44. Межов-Дяглин Л.П., Кытин Т.к., Варфоломеев С.э. Градуировка германиевых термометров ТСГ-2 и термометров из композиционного углерода до 0.5К. ПТЗ, 1980, № 4, с. 233.

45. Голдсмид Г. Применения термоэлектричества. М.: Гос. изд. физ.-мат. литературы, 1963, - 104 с.

46. Borelius G., Keesom W.H., and Johansson S.H., Measurement of the Thermoelectric Thomson Effect down to the Temperature of Liquid Hydrogen. Kamerlingh Onnes Laboratory, 1928, v.18, No.I96a.

47. Jan J.P., Pearson W.B., and Templton J.M. Thermoelectricity at Low Temperatures. The Suitability of Lead as a Standard Reference Material. Can.J.Phys., v.36, 1958, p.627-631.

48. Powell R.L., Bunch M.D., and Corruccini R.J., Low Temperature Thermocouples. Cryogenics, 1961, v.I, No.3, p.I-I2.

49. Бейлин B.M., Левин И.А., Медведева Л.А., Орлова М.П., Ро-гельберг И.А. Термопара для низких температур с электродом из сплава медь + железо. ПТЭ, 1972, № 6, с. 215-216.

50. Sah С.Т., Noyce R.N., Shockley W. Generation and Recombination of Carriers in p-n Junction and Characteristics of p-n Junction. Proc.IRE, 1957, v.45, p.I228-I29I.

51. Simpson J.H. Theory of the Temperature Coefficient of the Forward Voltage of a p-n Junction. Semicond.Prod. and Solid State Technol., 1964, v.7, No.9, p.22-25.

52. Cohen B.G., Snow W.B., Tretola A.R. Ga As p-n Junction for Wide Range Thermometry. Rev.Sci.Instrum., I9&3, v*34, No.10, p.1091-1093.

53. Дмитренко И.М., Логвиненко С.П., Иванов Н.И., Колот З.М. Термометрические характеристики полупроводниковых диодов.-ПТЭ, 1965, № 5, с. 249-250; Cryogenics , 1966, №6,р.239.

54. Хьюэн Т. Низкотемпературный термометр на полупроводниковом диоде. Приборы для научных исследований, 1970, № 9,с. 92-94.

55. Полупроводниковые термосопротивления / Под ред. Б.С.Сотско-ва. М.-Л.: Гос. энергетич. изд., 1959. - 230 с.

56. Смагин А.Г., Милыптейн Б.Г. Кварцевый термометр частоты. -ПТЭ, 1970, № 3, с. 258-259.

57. Маханьков В.И., Сидоренко И.С., Шемонаев Г.П. Емкостные датчики для измерения сверхнизких температур. ПТЭ, 1968, № 4, с. 210-212.

58. Lowless W.H. A Low Temperature Glass-Ceramic Capacitance Thermometer. -Rev. Sci.Instrum. , 1971» v.42, N0.5, p.561-566.

59. Rubin L.G. Cruogenic Thermometry: A Review of Recent Progress. Cryogenics, 1970, v.10, N6.1, p.14-22.

60. Орлова М.П. Низкотемпературная термометрия. M.: Издательство стандартов, 1975. - 159 с.

61. Астров Д.Н., Белянский Л.Б. Измерение низких температур. -Физика низких температур, 1976, т. 2, №7, с. 821-848.

62. Hudson R.P. Measurement of Temperature. Rev.Sci.Instrum., IS v.5I, No.7, p.871-881.

63. Логвиненко С.П., Еременко В.И., Сухих В.Д., Михина Г.Ф. Установка для исследования и градуирования термометров сопротивления, термодиодов и.термопар в интервале 4,2-ЗООК. -Измерительная техника, 1977, № 3, с. 71-72.

64. Логвиненко С.П., Бровкин Ю.Н. Датчик и терморегулятор для интервала 4,2-320К. ПТЭ, 1968, № I, с. 212-213; Cryogenics , 1969, № 2, pp. 59-60.

65. Логвиненко С.П., Потупчик А.Е., Оприщенко Л.А. Моделирование градуировочных процессов при непрерывном температурном ходе. В кн.: Приборы и техника эксперимента в криогенных системах. Киев: Наук, думка, 1978, с. I09-II4.

66. Потупчик А.Е. Экспериментальная установка для моделирования процессов градуировки способом непрерывного хода температуры. В кн.: Приборы и техника эксперимента в криогенных системах. Киев: Наук, думка, 1978, с. II4-II9.

67. А.с. 957014 /СССР/. Устройство для автоматической градуировки термопреобразователей в динамическом режиме /С.П.Логвиненко, А.Е.Потупчик, В.И .Боровик, Л.А.Оприщенко. Опубл. в Б.И., 1982, № 33.

68. А.с. 870984 /СССР/. Способ динамической градуировки термопреобразователей / С.П.Логвиненкр, А.Е.Потупчик, В .И .Боровик. Опубл. в Б.И., 1981, № 37.

69. Ражба Я.Е., Белянский Л.Б., Орлова М.П., Шаревская Д.И. Высокоточная аппаратура для реализации реперных точек МПТШ-68 ниже 273,I5K по температурам кипения криогенных кипящих газов. Измерительная техника, 1973, № 3, с. 50-51.

70. Маделунг 0. Физика полупроводниковых соединений элементов III и У групп. М.: Мир, 1967. - 477 с.

71. Логвиненко С.П., Россошанский О.А., Потупчик А.Е. Низкотемпературный термометр сопротивления. ПТЭ, 1976, № 6, с.238.

72. Логвиненко С.П., Голуб А.А., Россошанский О.А. Характеристики термометров из дырочного арсенида галлия в интервале 1,5-0,4К. В кн.: Криогенная и вакуумная техника. Харьков: ФТИНТ АН УССР, 1974, № 4, с. 63-64.

73. Логвиненко С.П., Россошанский О.А. Температурная зависимость сопротивления Ga As , легированного Мп . В кн.: Приборы и техника эксперимента в криогенных системах. Киев:

74. Наук, думка, 1978, с. 102-104.

75. Логвиненко С.П., Россошанский O.A. Низкотемпературные термодиоды из Ga As легированного Zn . ПТЭ, 1975, № 2,с. 219-220; Cryogenics , 1976, 16, № 2, pp. II8-II9.

76. Улитовский А.В. Тонкая проволока в сплошной стеклянной изоляции и возможности ее применения. ПТЗ, 1957, № 3,с. II5-II7.

77. Kos J.F., Drolet M., and Lamarche J.L.G. High Precision Indium Resistance Thermometers. Can.J.Phys., 1967» v.45,p.2787-2795*

78. Coles B.R. A New Type of Low-Temperature Resistance Anomaly in Alloys. Phys.Rev.Lett., 1964, v.8, No.4, p.243-244.

79. Rushby R.L. Resistance Thermometry using Rhodium-Iron, O.IK to 273K. Inst.Phys.Conf. Ser. No.26, 1975, Chap.3,p.I25-I3C

80. Логвиненко С.П., Михина Г.Ф. Низкотемпературный термопреобразователь сопротивления на основе микропровода из сплава родий-железо. Харьков, 1982. - 8 с. ( Препринт / ФТИНТ1. АН УССР: 25-82).

81. Praddande Н.С. An Interpolation Formula for Ga As p-n Junction. Diode Thermometer in the I to IOOK Range. - Rev.Sci. Instrum., 1969, v.40, No.4, p.599-601.

82. Логвиненко С.П., Кононенко А.И., Левченко Е.П., Дербышева С.Л. Аппроксимация в интервале 4,2-ЗООК термометрических характеристик термодиодов из Ga As n-типа. В кн.: Криогенная и вакуумная техника. Харьков: ФТИНТ АН УССР, 1973, № 3, с. 90-93.

83. Гутер Р.С., Овчинский Б.В. Элементы численного анализа и математической обработки результатов опыта. М.: Наука, 1962. - 355 с.

84. Березин И.С., Жидков Н.П. Методы вычислений. М.: Наука, 1966. - T.I. 464 с.

85. Логвиненко С.П., Дербышева С.Л. Аппроксимация в интервале 4,2-ЮОК характеристик технических термометров сопротивления из Ga As n-типа. В кн.: Криогенная и вакуумная техника. Харьков: ФТИНТ АН УССР, 1974, № 4, с. 74-76.

86. Pavese F. An accurate Equation for the V-J Characteristics of Ga As Diode Thermometers in the 4-300K range. -Cryogenics, 1974-, v. 14, No.8, p.425-428.

87. Логвиненко С.П., Дербышева С.Л. Аппроксимация термометрических характеристик термодиодов из GaAs п и р -типа в интервале 4,2-300К и термометров сопротивления из Ga As

88. Р -типа в интервале 4,2-ЮОК. ПТЗ, 1978, № 5, с. 229-232.

89. Логвиненко С.П., Турина С.Л. Дисперсия характеристик рабочих низкотемпературных термопреобразователей типа ТСАД. -Метрология, 1983, № 5, с. 37-44.

90. Моденов П.С. Аналитическая геометрия. М.: МГУ, 1969. -698 с.

91. А.с. 9I700I / СССР/. Способ определения температуры

92. С.П.Логвиненко, С.Л.Дербышева. Опубл. вБ.И., 1982, №12.

93. А.с. 658413 / СССР /. Термометр сопротивления / С.П.Логвиненко, О.А.Россошанский, Т.М.Зарочинцева. Опубл. в Б.И., 1979, № 15.

94. А.с. 73I3I8 /СССР/. Термодатчик / С.П.Логвиненко. Опубл. в Б.И., 1980, № 16.

95. Логвиненко С.П., Потупчик А.Е. Исследование воспроизводимости технических криогенных термометров из арсенида галлия. В кн.: Криогенная и вакуумная техника. Харьков: ФТИНТ АН УССР, 1974, № с. 68-73.

96. PI. А.с. 678337 /СССР/. Способ измерения температуры / Г.К.Скрипицын. Опубл. в Б.И., 1979, № 29.

97. А.с. 626367 /СССР/. Устройство для измерения показателей тепловой инерции термометра сопротивления / С.П.Логвиненко, А.М.Смородинов. Опубл. в Б.И., 1978, № 36.

98. А.с. 641288 /СССР/. Способ измерения вакуума / С.П.Логви-ненко, А.М.Смородинов. опубл. в Б.И., 1979, № I.

99. Логвиненко С.П., РуденкоБ.Г., Захаров БД., Мезенцев В.П. Измеритель-регулятор температуры. ПТЭ, 1976, №3, с.279.

100. Логвиненко С.П., Руденко Б.Г., Мезенцев В.П., Шакиров Р.Г. Универсальный измеритель-регулятор низких температур ПТ-1. ПТЭ, 1980, № 4, с. 241.

101. Логвиненко С.П., Смородинов A.M. Импульсный цифровой измеритель температуры с автономной памятью узлов аппроксимации. В кн.: Исследование процессов в криогенных и вакуумных системах. Киев: Наук, думка, 1982, с. 228-234.

102. Логвиненко С.П., Руденко Б.Г., Шакиров Р.Г., Мезенцев В.П., Кнышенко Е.Е. Стабилизатор тока CT-I. ПТЭ, 1980, № 3,с. 256.

103. Магрин М. Расходомер с линейной характеристикой для измерения малых расходов газа. КИТ, 1970, К? 18, с. 22-24.

104. Логвиненко С.П., Еременко В.И. Измерение температуры во вращающемся роторе криотурбогенератора. В кн.: Криогенное электромашиностроение. Киев: Наук, думка, 1977,с. II4-II7.

105. Еременко В.И., Логвиненко С.П. Система измерения температуры во вращающемся роторе криотурбогенератора. В кн.: Процессы тепло- и массообмена в криогенных системах. Киев: Наук, думка, 1981, с. I04-II0.