Криостат

Криостат

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1.КРИОСТАТ, содержащий гелиевую ванну, промежуточную камеру, сообщаюущюся с гелиевой ванной посредством вентиля и с трубопроводом сбора газа,и рабочую камеру с охлаждаемым объектом, отлйчающийс я тем, что, с целью повышения стабильнос.ти температуры в рабочей камере при непрерывном криостатировании объекта, промежуточная и рабочая камеры соединены посредством трубопровода жидкого гелия с вентилем, рабочая камера выполнена теплоизолированной от Промежуточной камеры и сообщена с трубопроводом сбора газа. 2. Криостат по п.I, о т л и ч аю щ и и с я тем, что промежуточная и рабочая камеры сообщены с трубопроводом сбора газа через регуляторы давления. О)

СОЮЗ СО8ЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

692 (19) (11) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPIHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1|Ы! :

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3510877/23-26 (22) 12. 11.82 (46) 28.02.84, Бюл. 1) 8 (72) А.Г,Демишев, В.Ç.Суплин и Е.А.Наймушин (71) Специальное конструкторско-тех-. нологическое бюро Донецкого физикотехнического института AH УССР .(53) 621.59(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

У 554454, кл. F 25 0 3/10, 1973.

2. Журнал ПТЭ, 1980, Ф 5, с.237238, (54) (57) 1.КРИОСТАТ, содержащий гелиевую ванну, промежуточную камеру, сообщаюущюся с гелиевой ванной посред3(Ю F 17 С 3/08 F 25 0 3/10. ством вентиля и с трубопроводом сбора газа,и рабочую камеру с охлаждаемым объектом, о т л и ч а ю щ и й— с я тем, что, с целью повышения стабильности температуры в рабочей камере при непрерывном криостатировании объекта, промежуточная и рабочая камеры соединены посредством трубопровода жидкого гелия с вентилем, рабочая камера выполнена теплоизолированной от промежуточной камеры и сообщена с трубопроводом сбора газа.

2. Крностат по и.1, о т л и ч аю шийся тем, что промежуточная и рабочая камеры сообщены с трубопроводом сбора газа через регуляторы давления.

1 10766

Изобретение относится к криогенной технике, в частности к конструкции криостатов, и может быть использовано для регулирования и стабилизации температуры, для непрерывного поддержания постояной температуры с точностью 10 ЗК в сочетании с поддержанием постоянного уровня жидкого гелия в ванне.

Известен криостат с автоматическим 10 поддержанием уровня в камере с охлаждаемым объектом, содержащий наружную емкость и внутреннюю для хранения хладагента, сообщающуюся с атмосферой через регулятор давления. Цнлиндричес- 15 кая камера,,внутренняя и наружная оболочки в рабочем состоянии образуют гидрозатвор между паровой полостью внутренней оболочки и атмосферой (11.

Давление в паровой полости периодически меняется при барботировании паров через столб жидкого хладагента в гидрозатворе. Это приводит к колебаниям температуры жидкости, которые складываются с суточными изменениями температуры, вызываемыми изменениями атмосферного давления. Таким образом, длительное поддрежание стабильной температуры в известном устройстве невозможно.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является кршостат, содержащий гелиевую ванну— наружный гелиевый дьюар, служащий для хранения жидкого. гелия и соединенный с атмосферой трубопроводом сбора газа. В нижней части гелиевой ванны расположен двустенный двухкамерный сосуд. Верхняя промежуточная камера отделена от нижней рабочей камеры сплошной медной перегородкой и 40 сообщена с гелиевой ванной посредством вентиля и с трубопроводом сбора газа. Рабочая камера содержит охлаждаемый объект, выполнена беэ дна и сообщена с гелиевой ванной. Указанный гелиевый криостат позволяет поддерживать температуру ниже 4, 2 К с точностью 10 2У. (2 ).

35

55

Кристат работает следующ обг,— эом, Охлаждаемый объект 8 размещают в рабочей камере 7, Гелиевую ванну 1

Однако свободное сообщение рабочей камеры с гелиевой ванной ограничивает стабильность температуры достигаемую в этой конструкции, ниже

4,2 К. Произвести стабилизацию температуры в рабочей камере вьппе температуры кипения жидкого гелия в ванне невозможно, так как жидкий гелий s рабочей камере будет находиться в перегретом. состоянии. Тепловыделения на образце приведут к бурному парообразованию и выдавливанию жидкости из камеры, что вызовет повышение температуры образца и нарушит ее стабильность.

Цель изобретения — повышение стабильности температуры в рабочей камере при непрерывном криостатировании объектов.

Поставленная. цель достигается тем, что в криостате, содержащем гелиевую ванну, промежуточную камеру, сообщающуюся с гелиевой ванной посредством вентиля и с трубопроводом сбора газа, и рабочую камеру с охлаждаемым объектом, промежуточная и рабочая камеры соединены посредством трубопровода жидкого гелия с вентилем, рабочая камера выполнена теплоизолированной от промежуточной камеры и сообщена с трубопроводом сбора rasa+

Кроме того, промежуточная и рабочая камеры сообщены с трубопроводом сбора газа через регуляторы давления.

На чертеже изображен предлагаемый криостат, общий вид.

Криостат содержит гелиевую ванну I с вентилем 2, установленным в нижней части ванны, трубку 3, соединяющую гелиевую ванну l с промежуточной гелиевой камерой 4, размещенной под гелиевой ванной 1..Промежуточная камера

4 снабжена регулировочным вентилем 5 и через трубку 6 сообщена с рабочей камерой 7, установленной концентрично промежуточной камере 4, В рабочей ка мере 7 размещен охлаждаемый объект 8.

Гелиевая ванна 1, промежуточная 4 и рабочая 7 камеры соединены с трубопроводом сбора газа (не показан ) трубками 9-11 для выхода паров гелия, На трубках 9-11 установлены регуляторы 12-14 давления и эапорные вентили 15-17. Криостат счабжен радиационными экранами 18-20 и вакуумным кожухом 21. Рабочая камера 7 теплоизолирована от промежуточной камеры

4 и гелиевой ванны 1 вакуумом (тепловой изоляцией 1. Вентиль 2 и регулировочный вентиль 5 снабжены штоками

22 и 23 управления вентилями, которые выведены на крышку криостата и выполнены съемными.

1076692

3 через переливной сифон 1 не показан( подсоединяют к .транспортному сосуду с жидким ге нем и производят предварительное захолаживание путем продувки паров гелия с последующей за.ливкой гелия. При эахолаживания криостата открыты запорный вентиль 17, .вентиль 2 и регулировочный вентиль 5 а эапорные вентили 15 и .16 закрыты и пары гелия последовательно прохо- 10 дят через гелиевую ванну 1, трубку

3, промежуточную камеру 4, трубку 6, рабочую камеру 7, трубку 11 и через вентиль 17 отводится в трубопровод сбора газа (или в атмосФеру.1. После того, как охлаждаемый объект 8 достигнет температуры около 80 К, а радиационный экран 18 около 100 К, открывают запорные вентили 15 и 16, в транспортном сосуде поднимают давление и заполняют гелиевую ванну 1 жидким гелием. Во время заполнения гелиевой ванны 1 хладагент (жидкий гелий )через вентиль 2 и трубку 3 поступает в:промежуточную камеру 4, испаряется и его пары продолжают эахолаживать промежуточную 4 и рабочую

7 с охлаждаемым объектом 8. Выдавливание жидкого хладагента иэ гелиевой ванны 1 в промежуточную камеру 4 производят путем повышения давления паров в галиевой ванне 1 при закрытом запорном вентиле 15. Регулировку давления паров при этом производят регулятором 12 давления, а избыток паров от испарившейся жидкости сбрасы35 вают из промежуточной камеры 4 в трубопровод сбора газа через запорный вентиль 16. В процессе заполнения промежуточной камеры 4 жидкий гелий через регу40 лировочный вентиль 5 и трубку 6 попадает в рабочую камеру 7 и продолжает охлаждать ее и охлаждаемый объект 8.

После заполнения промежуточной камеры 4 жидким.хладагентом запорный . вентиль 15 открывают, а вентиль 2

45 при помощи штока 22 закрывают. Выдавливание жидкого гелия из промежуточной камеры 4 в рабочую камеру 7 про- . изводят путем повышения давления паров в промежуточнои камере 4 при 50 закрытом запорном вентиле 16, Регулировку давления паров при этом производят регулятором 13 давления,,: а избыток паров от испарившегося при охлаждении н заполнении рабочей 55 камеры 7 жидкого хладагента сбрасывают в трубопровод сбора газа через. запорный вентиль 17.

После заполнения рабочей камеры

7 до заданного уровня криостат приготовлен к переводу в рабочий pe ì стабилизации температуры, который осуществляется поддержанием постоянного давления регулятором 14 давления и постоянного уровня жидкого гелия в рабочей камере 7. Уровень жидкого гелия стабилизируется непрерывной подачей его иэ промежуточной камеры 4 через регулировочный вентиль 5 и трубку 6 в рабочую камеру 7 .за счет перепада давления между гелиевой емкостью 4 и рабочей камерой 7. Жидкий гелий проходит .регулировочный вентиль 5, дросселируется и приобретает температуру такую же, как и жидкий гелий в рабочей камере 7, Таким образом, непрерывная подача жцдкого хладагента не влияет на стабильность температуры в рабочей камере 7 ° Для стабилизации температуры в рабочей камере 7 в жидком гелии установлен датчик температуры (не показан ), который включен в цепь обратной связи регулятора 14 давления.

Для поддержания постоянного уровня жидкого гелия в рабочей камере 7 установлен датчик уровня (не показан, который включен в цепь обратной связи регулятора 13 давления. При снижении (повышенни уровня хладагента в рабочей камере 7 регулятор 13 давления повышает (понижает)давление в промежуточной камере 4, подача жидкости возрастает (уменьшается )и уровень устанавливается на заданном значении.

В рабочем режиме запорный вентиль

17 закрыт. При стабилизации температуры жидкого гелия на уровне 4,2К регулятор 14 давления настраивают на давление, которое выше любого возможного в трубопроводе сбора газа. Такая настройка регулятора 14 давления . исключает влияние изменений давления в трубопроводе сбора газа на давление в рабочей камере 7. Регулировоч.ный вентиль 5 устанавливают в положение, обеспечивающее перепад давлений

l,5 .10 ИПа между промежуточной 4 и рабочей 7 камерами при необходимом расходе, который определяется по тепловыделениям на охлаждаемом объекте

8. Регулятор 13 давления настраивают на давление, которое выше давления в рабочей камере 7 íà wl,5-.10 ИПа, и поддерживают уровень жидкости в ра!

076692 бочей камере 7 постоянным эа счет непрерывной подачи жидкого гелия иэ промежуточной камеры 4. В рабочем режиме температура в рабочей камере 7 поддерживается постоянной с точностью w5-10"5К в течение всего заданного времени работы.

Если стабилизируется некоторая температура ниже 4,2 К, то регулятор

14 давления настраивают на соответствующее давление паров гелия и включают в линию откачки вакуумного насоса (не показан ), эадатчик регулятора 13 давления устанавливают несколько выше любого возможного в трубопроводе сбора газа давления и вентилем 5 подбирают такой расход, чтобы уровень жидкого-хладагента в ра бочей камере 7 оставался постоянным, При снижении уровня жидкого хладагента в промежуточной камере 4 до некоторого минимального за счет непрерывной его подачи в рабочую камеру 7 и испарения в промежуточную камеру 4 периолически подают хладагент из гелиевой ванны I. Гелиевую ванну 1 заполняют жидким хладагентом из транспортного сосуда при открытом запорном вентиле. 15 и закрытом вентиле 2, затем закрывают запорный вентиль 15, регулятором 12 давления сАдают перепад давлений " 1 -10 ЗМПа между гелиевой ванной 1 и промужточной камерой 4, открывают для подпитки вентиль 2.

По достижении максимального необходимого уровня жидкости в промежуточной камере 4 вентиль 2 закрывают

1 запорный вентиль 15 открывают, криостат находится в исходном рабочем состоянии. Периодичность операций для подпитки промежуточной камеры 4 зависиг от тепловыделений на охлаждаемом объекте 8.

Таким образом, применение предлагаемого криостата обеспечивает непрерывное криостатирование объектов при поддержании постоянной температуры с

-5 точностью 10 . - 10 К, а также п зволяет улучшить стабильность темо

-5 пературы до 10 - 10 К. Это достигается благодаря исключению непосредственной связи рабочей камеры с гелиевой ванной, в которую производят подлив жидкого гелия. Кроме того, при использовании предлагаемого криостата расширяется диапазон рабочих температур (измерения можно производить выше 4,2 К ), Эта возможность обеспечивается отсутствием контакта между рабочей камерой и промежуточной гелиевой емкостью. При

30 этом обеспечивается практически неограниченный ресурс работы со стабильной температурой, так как температура в рабочей камере при подливе жидкого гелия не изменяется, !

1076692

Составитель Г,Ольшанская

Техред М.Надь Корректор В.БутягаРедактор А.Мотыль

Заказ 716/35 . Тираж 471 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал IIIIII "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4