Измерение температуры методом ядерного квадрупольного резонанса — КиберПедия 

Наброски и зарисовки растений, плодов, цветов: Освоить конструктивное построение структуры дерева через зарисовки отдельных деревьев, группы деревьев...

Археология об основании Рима: Новые раскопки проясняют и такой острый дискуссионный вопрос, как дата самого возникновения Рима...

Измерение температуры методом ядерного квадрупольного резонанса

2017-10-09 702
Измерение температуры методом ядерного квадрупольного резонанса 0.00 из 5.00 0 оценок
Заказать работу

 

 

Эти измерения основаны на зависимости от температуры частоты прецессии атомных ядер, обладающих электрическим квадрупольным моментом. Этот момент обуслов­лен отклонением распределения заряда ядра от сферической сим­метрии и имеет место у ядер, спин которых I ≥1. Взаимодействие квадрупольных моментов ядер с электрическим полем кристал­лической решетки вызывает прецессию ядер с частотой

f якр= eQq zz/(2 h), (1.11)

где e - заряд электрона;

Q - квадрупольный момент ядра;

q zz -составляющие тензора градиента электрического поля;

h - постоянная Планка.

Градиент электрического поля решетки зависит от темпера­туры, что обусловливает температурную зависимость частоты ЯКР и позволяет применить ЯКР для измерения темпера­туры.

В большинстве веществ с понижением температуры частота ЯКР возрастает. Частота ЯКР в различных веществах находится в пределах 20 кГц - 1000 МГц. Для измерения температур в ди­апазоне 10-600 К в качестве термометрического вещества наи­более Подходящим является соль КСlО3, в которой опреде­ляется частота ЯКР ядер 35Cl. При температурах до 870 К ис­пользуется ЯКР ядер 63Сu в Сu2O или ядер Re в соли NaReO4.

 

 

Рисунок 1.7 – Графики зависимостей а) fЯКР=F(Т) и б) dfякр / х=F(Тх)

 

Все термометры, в которых используется ЯКР одних и тех же ядер в образцах данного химического состава, имеют одинаковую и стабильную зависимость частоты ЯКР от температуры. Благо­даря этому ЯКР-термометры не нуждаются в градуировке, если эта зависимость однажды определена по реперным точкам тем­пературной шкалы. Недостатком ЯКР-термометров является не­линейность зависимости f = F (T) вследствие чего чувствитель­ность df / dT является функцией температуры. На рисунке 1.7, а по­казаны зависимости fЯКР=F(Т) для ядер 35Сl в КСlO3, для ядер 63Cu в СuО2 и для ядер Re в NaRe04, а на рисунке 1.7, б - зависимость dfякр / х=F(Тх) для ядер З5Сl в КСlO3 и погрешность из­мерения температуры Δ Т. При температуре 290 К чувствитель­ность достигает 5,8 кГц/К.

На рисунке 1.8 представлена структурная схема цифрового автоматического ЯКР-термометра, состоящего из датчика темпе­ратуры 1, LC-генератора высокой частоты (ГВЧ) 2 с цепью авто­матического поиска и настройки на частоту ЯКР, микропроцес­сора 3 для линеаризации зависимости fЯКР=F(Тх) и получения ре­зультата измерения температуры непосредственно по цифровому отсчетному устройству 4. Датчик ЯКР состоит из герметичного корпуса, в который помещен образец термометрического веще­ства (КСlО3) с катушкой L, которая является индуктивностью ГВЧ, работающего в режиме вынужденных колебаний.

 

 

Для расчета температуры по частоте ЯКР fякр используется формула

(1.12)

где f0якр = 28,213324 МГц - частота ЯКР ядер 35Сl при Тx= 293 К;

п= 6 при работе в диапазоне температур Тx= 87,7-178,7 К и n =7 при Тx= 178,7-297 К;

Ri - коэффициенты, рассчитываемые ме­тодом наименьших квадратов.

Рисунок 1.8 - Структурная схема цифрового автоматического ЯКР-термометра.

 

Термометр обеспечивает измерение температур в диапазоне 77-374 К с абсолютной погрешностью 0,001 К. Чувствительность прибора при Т =300К составляет 5 кГц/К. На частоту ЯКР влияет изменение давления. При 300 К изменение давления на 105 Па эквивалентно уменьшению темпе­ратуры на 6 мК. Магнитное поле вызывает уширение резонанс­ного сигнала, поэтому датчик необходимо экранировать.

Стабильность и универсальность градуировочных характери­стик ЯКР-термометров в сочетании с частотным выходом позво­ляют использовать такие приборы для дистанционных измерений температуры в метрологии и океанографии. Метод ЯКР Приме­няется также для создания вторичных эталонов температуры, в частности для воспроизведения практической температурной шкалы.

 


Поделиться с друзьями:

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим...

Индивидуальные очистные сооружения: К классу индивидуальных очистных сооружений относят сооружения, пропускная способность которых...

Археология об основании Рима: Новые раскопки проясняют и такой острый дискуссионный вопрос, как дата самого возникновения Рима...

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций...



© cyberpedia.su 2017-2024 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!

0.009 с.