Криостат без азотного охлаждения

 

КРИСЮТАТ БЕЗ АЗОТНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ по авт.св. № 289269, отличающийся тем, что, с цепью повышения стабильности температуры образца, он снабжен дифференциальным клапаном и дросселем, первый из которых соединен с верхними частями гелиевого сосуда и внутренней коаксиальной трубь, а второй - соответственно с их нижними частями. С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

«9г <ггг

7 17 С 9/00, У 25 33 3/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР пО ДелАм изОБРетений и откРытий

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) 289269 (21) 349&341/23-26 (22) 04.10.82 (46) 30.04.84. Бюл. 34 16 (72) И.Д.Абушенков, В.К.Чернецкий и В.Я.Ильичев (71) Физико-технический институт ниэких температур AH УССР (53) 621.59(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

M 289269, кл. Р 25 Q 3/10, 1968. (54} (57) КРИОСТАТ БЕЗ АЭЗТНОГО

ОХЛАЖДЕНИЯ по авт,св. № 289269, отлича юшийс ятем, что, с

1 целью повьциения стабильности температуры образца, он снабжен дифференциальным клапаном и дросселем, первый из которых соединен с верхними частями гелиевого сосуда и внутренней коаксиальной трубы, а второй - соответственно с нх нижними частями.

10893

Изобретение относится к криогенной технике и может быть использовано, например, для исследования свойств полупроводниковых приемников излучения при температуре от 4,2 К до 300 К, для прове» дения магнитных H радиоспектроскопичеоких исследований образцов твердого тела, для определения модуля упругости различных конструкционных материалов, а также для крио- и термостатирования различных радиоустройств в ука.занном интервале температур.

По основному авт.св. % 289269 известен криостат без азотного охлаждения, содержащий наружную оболочку, внутри которой размещен гелиевый сосуд, окруженный радиационным экраном, внутри гелиевого сосуда установлены две коаксиально расположенные трубы, выполненные из материала с малой теплонроводностью, верхние концы которых прикреплены к наружной оболочке криостата, между коаксиально расположенными трубами установ»лен электрический нагревательЩ

Однако известный криостат не обеспе- чивает стабильную температуру после ow качки пространства между трубами из-за теплопритоков.

Бель изобретения - повышение стаби>й ности температуры образца. зо (Для доСтижения указанной цели криостат без азотного охлаждения снабжен дифференциальным клапаном и дросселем, первый из которых соединен с верхними частями гелиевого сосуда и внутренней Ç5 коаксиальной трубы, а второй - соответсч венно с их нижними частями.

На чертеже схематически представлен предлагаемый криостат без азотного ох40 лажд ения .

Криостат содержит наружную оболочку

1, внутри которой размешен гелиевый сосуд 2, окруженный радиационным экраном

3. Внутри гелиевого сосуда установлены две коаксиально расположенные трубы 4

45 и 5, выполненные из материала с малой тенлопроводностью, верхние концы которых прикреплены к наружной оболочке 1 криос тата, Нижняя часть гелиевого сосуда 2 сообщена через трубопровод 6 и дроссель о (гидравлическое сопротивление) 7 с нижней частью установленной в нем трубы 4, в которой дополнительно закреплен перфорированный стакан 8 со сквозными отверстиями 9 в боковой стенке, выполненный из теплопроводного материала (меди).

Верхняя часть гелиевого сосуда 2 сообщена через дифференциальный клапан 10 и патрубок 11 с верхней частью трубы 4.

В перфорированный стакан 8 введен испытываемый образец 12, подвешенный к крышке 13 на стержне 14. В полости между стаканом 8 и трубой 4 установлен электрический нагреватель 15. Для заливки в. сосуд 2 жидкого гелия предусмотрен переливной трубопровод 16 с вентилем 17 и электрическим нагревателем 18. На трубе

5 закреплен медный радиационный экран

19. Между экраном 19 и стенкой сосуда

2 имеется радиальный зазор 20, Межтрубная полость отвакуумирована через вентиль 21, а полость межцу оболочкой 1 и экраном 3 и сообщенная с ней через отверстие 22 полость между экраном 3 и сосудом 2 отвакуумированы через вентиль

23. К патрубку 11 подключен вакуумный насос 24, который через патрубок 25 сообщен с газгольдером (не показан). Дифференциальный клалан 10 включает в себя плунжер 26 с цилиндрическими шейками

27 и 28, подпружиненный пружиной 29, контактирующей с регулировочным винтом

30. В корпусе клапана 10 имеется кольцевая расточка (канавка) 31, сообщенная каналом 32 с верхней частью гелиевого сосуда 2. с которой сообщена также и полость слева от шейки 27 через демпфер (гидравлическое сопротивление) 33 и KG» нал 34. Полости слева и справа от шейки

28 клапана 10 каналами 35 и 36 через патрубок 11 сообщены с верхней частью трубы 4.

Криостат работает следующим образом.

После ввоца образца 12 в полость трубы 4 при открытом вентиле 17 и включенном откачном насосе 24 заливают жидкий гелий в сосуд 2. Пары гелия из сосуда 2 уходят под повышенным давлением (равным 1,1-1,5 кгс/см ) через зазор

20, отбирая при этом тепло от стенки сосуда 2, трубы 5 и экрана 3, Далее па» ры гелия носФупают через канал 34 и демцфер 33 в полость слева от шейки 27 и смещают вправо плунжер 26 клапана

10, сжимая пружину 29. При этом открывается выход для паров из сосуда 2 через канал 32 и далее через. открытую кольцевую канавку 31, полость слева от шейки 28. По каналу 35 к насосу 24 пары откачивают через патрубок 25 в газгольдер. Насос 24 создает в патрубке 11 и в верхней части трубы 4 давление ниже атмосферного (равное 0,1 — 0,3 кгс/см ).

Демпфер ЗЗ предотврашает (гасит) колебания плунжера 26 при срабатывании клапана 10. По окончании .заливки гелия вен3 . 10893 тиль 17, закрывают, при этом для получе,ния необходимого повышенного давления паров в верхней части сосуда 2 (равного

l,1-1,5 кгс/см2 ) может быть включен электрический нагреватель 18. Дифференциальный клапан 10 автоматически поддерживает постоянной разность давлений паров гелия в сосуде 2 и в трубе 4, благодаря чему давление пара в верхней части

Ф сосуда 2 всегда на одну и ту же заранее щ заданную величину превышает давление паров в трубе 4.

Работа дифференциального клапана 10 осуществляется следующим образом. Если давление в сосуде 2 по некоторым причи-tg нам становится больше заданного, то в сообщенной с ним через канал 34 и демпфер 33 полости слева от шейки 27 дав. ление тоже возрастает и дополнительно отжимается вправо плунжер 26.При этом., шейка 28 плунжера в большей степени от-, крывает кольцевую выточку 31, уменьшая ее гидравлическое сопротивление потоку пара из сосуда 2, в результате чего давление в сосуде 2 снижают до прежней 25 (заданной) величины. Если же давление в сосуде 2 уменьшится ниже заданной ве-. личины, то плунжер 26 сместится под действием пружины 29 влево и в большей степени перекроет шейкой 28 кольцевую 30 выточку 31, увеличив ее гидравлическое сопротивление потоку пара из сосуда 2, в результате давление в сосуде 2 снова увеличится до прежней (заданной) величины.Если же по каким-либо причинам.начинает изменяться.давление откачиваемых паровв

- З5 верхней части трубы 4, то дифференциаль ный клапан реагирует на эти изменения следующим образом. В случае увеличения по каким-либо причинам давления выше заданного (равного 0,1-0,3 кгс/см )

2 плунжер 26 дополнительно сместится вле. во, в большей степени перекрыв шейкой ,28 кольцевую выточку 31. При атом возрастает гидравлическое сопротивление .кольцевой выточки 31 уходяшим через нее паром из сосуда 2.. Следовательно, давление в сосуде 2 при этом тоже возрастет

45 4 и поэтому разность давлений в сосуде 2 и в трубе 4 восстановится. Если же давление в верхней части трубы 4 уменьшу ся ниже заданного, то произойдет дополнительное смещение плунжера 26 вправо и соответственно этому снизится давление в сосуде 2, следовательно, разность давлений в сосуде. 2 и в трубе 4 при этом восстановится.

Разность давлений ьР зависит от усилия сжатия Р„пружины 29 и плошади F поперечного сечения. шейки 27 плунжера

АР =Р 1 ". Указанная разность давлений

hP приложена к трубопроводу 6 с дросселем 7, следовательно регулируя винтом

30 усилие сжатия Р< пружины 29, можно тем самым регулировать перепад давления на дросселе 7 и расход жидкого гелия через него, поступающего из сосуда 2 в нижнюю часть трубы 4. Жидкий гелий под действием тепла, выделенного электрическим нагревателем 15, испаряется и нагревается до нужной температуры, затем через сквозные отверстия 9 медного стакана 8 равномерно обдувает образец 12, поддерживая необходимую температуру образца на протяжении заданного промежутка времени, максимальная длительность кбi торого определяется количеством жидкого гелия,. залитого в сосуд 2.

Температурный уровень образца 12 можно изменять как посредством изменения мощности нагревателя 15, так и посредством изменения расхода гелия через дроссель 7.

Таким образом, в предлагаемом криостате без азотного охлаждения существенно повышена стабильность температуры образца, так как обеспечена возможность более длительного поддержания температуры на заданном уровне. Кроме того, обеспечена возможность перехода с одного температурного уровня на,другой (выше или ниже). Все это повышает качество эксперимента, а также расширяет эксплуа« тационные возможности криостата .

Составитель A.Бердин

Редактор О.Сопко Техред M.Tenep Корректор A.Тяско

Заказ 2906/34 Тираж 471 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская на6, д.4/5

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