Способ регулирования и стабилизации температуры в рабочем объеме с криогенной средой и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к технике автоматического регулирования, может использоваться в экспериментальной физике и испытательной технике. Целью изобретения является расширение области применения , повышение точности и экономичности способа регулирования и стабилизации температуры в рабочем объеме с криогенной средой и устройства для его реализации Способ включает нагрев криогенной среды и регулирование теплопереноса между газовой и жидкой фазами этой среды путем изменения уровня раздела этих фаз, причем нагрев осуществляют до полного вытеснения жидкой фазы из рабочего объема в термоизолированный лабиринтный канал, причем уровень раздела газовой и жидкой фаз изменяют в пределах лабиринтного канала, и дополнительно выравнивают температуру газовой фазы в рабочем объеме . Устройство для реализации способа содержит сосуд из теплоизоляционного материала, установленный в теплоизолированной камере с криогенной жидкостью, причем полость сосуда образует рабочий объем, который сообщен с полостью теплоизолированной камеры, а также нагреватель , установленый в рабочем объеме, причем стенки сосуда выполнены по меньшей мере двойными, а зазор между стенками образует лабиринтный канал внутренняя стенка сосуда снабжена в нижней части отверстием, которое соединено с полостью теплоизолированной камеры через лабиринтный канал, при этом рабочий объем ограничен теплопроводящим экраном . 2 с.и 1 з п ф-лы, 1 ил. (Л С VI Јь О Ю

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (s1)s G 05 D 23/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

° фь

С) ,О (21) 4793424/24 (22) 19.02.90 (46) 15.06.92. Бюл. № 22 (71) Институт общей физики АН СССР (72) Н.Е.Случанко и С,В.Демишев (53) 621.555.6 (088.8) (56) Физический энциклопедический словарь, М., 1963, т.3, с,438

Анзин B.Á. и др, ПТЭ, 1977, ¹ 3, с,257.

Laboratory cryostats Oxford, Проспект фирмы Oxford Instruments, Великобритания, 1986.

Физика твердого тела. Спецпракт кум/Под. ред. Б.А.Струкова, М., 1983, с.22

24.

Авторское свидетельство СССР

¹607201,,кл,,G 05 D 23/30, 1974. (54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ И СТАБИЛИЗАЦИИ ТЕМПЕРАТУРЫ В РАБОЧЕМ

ОБЪЕМЕ С КРИОГЕННОЙ СРЕДОЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к технике автоматического регулирования, может использоваться в экспериментальной физике и испытательной технике, Целью изобретения является расширение области применения, повышение точности и экономичности способа регулирования и стабилизации температуры в рабочем объеме с криогенной

Изобретение относится к автоматическому регулированию и может использоваться в экспериментальной физике и испытательной технике, Известен способ регулирования температуры в рабочем объеме с криогенной средой путем опускания образца в градиенте средой и устройства для его реализации.

Способ включает нагрев криогенной среды и регулирование теплопереноса между газовой и жидкой фазами этой среды путем изменения уровня раздела этих фаз, причем нагрев осуществляют до полного вытеснения жидкой фазы из рабочего объема в термоизолированный лабиринтный канал, причем уровень раздела газовой и жидкой фаз изменяют в пределах лабиринтного канала, и дополнительно выравнивают температуру газовой фазы в рабочем объеме. Устройство для реализации способа содержит сосуд из теплоизоляционного материала, установленный в теплоизолированной камере с криогенной жидкостью, причем полость сосуда образует рабочий объем, который сообщен с полостью теплоизолированной камеры, а также нагреватель, установленый в рабочем объеме, причем стенки сосуда выполнены по меньшей мере двойными, а зазор между стенками образует лабиринтный канал. внутренняя стенка сосуда снабжена в нижней части отверстием, которое соединено с полостью теплоизолированной камеры через лабиринтный канал, при этом рабочий объем ограничен теплопроводящим экраном. 2 с.и, 1 з.п. ф-лы, 1 ил, температуры и устройство для его реализай ции, содержащее шток с образцом, перемещаемый в парах жидкого хладагента (обычно жидкого гелия), Недостатком данного способа и устройства является то, что положение образца в ходе регистрации температурной зависимо1741109 ства является то, что очень велик расход криогенной жидкости и, очевидно, недостаточна для ряда применений точность стабилизации температуры рабочего объема.

Кроме того, устройство, реализующее способ, сложно по конструкции и в изготовлении, так как содержит вакуумную изоляцию и механические манипуляторы.

Целью изобретения является расширение области применения, повышение точности и экономичности способа, а также

55 сти все время изменяется, что создает значительные трудности при измерениях в магнитном поле, когда образец должен быть фиксирован относительно магнитной системы, 5

Известен также способ регулирования температуры при непрерывном протоке хладагента, при этом варьирование температуры достигается изменением скорости прокачки хладагента и мощности нагревате- 10 ля. Недостатком систем, реализующих этот способ является то, что они очень сложны конструктивно, так как требуют применения теплообменников специальной конструкции и, кроме того, с их помощью трудно 15 получать стабильную температуру с окрестности точки кипения Т„из-за неустойчиво-сти потока хладагента, Наиболее часто в лабораторной практике применяются способы, основанные на использовании ваку- 20 умных камер для образца или систем типа

"холодный палец". Общей чертой большинства способов регулирования и стабилизации температуры при фиксированном положении объекта исследования в крио- 25 генной среде является операция создания вакуумной изоляции либо для развязки между нагретым образцом и жидким хладагентом, либо для термоизоляции теплообменников в системе с непрерывной 30 циркуляцией хладагента, Наиболее близким к предлагаемому является способ регулирования и стабилизации температуры в рабочем объеме с 35 криогенной средой, включающий нагрев этой среды и регулирование теплопереноса между газовой и жидкой фазами криогенной среды путем изменения уровня раздела этих фаз, Устройство для осуществления из- 40 вестного способа содержит сосуд из теплоизоляционного материала, установленный в теплоизолированной камере, заполненой жидкой фазой криогенной среды, причем полость сосуда образует рабочий объем, ко- 45 торый сообщен с. полостью теплоизолированной камеры, а также нагреватель, установленный в рабочем объеме, Недостатком данного способа и устройсущественное упрощение конструкции устройства.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу регулирования и стабилизации температуры в рабочем объеме с криогенной средой, включающему нагрев атой среды и регулирование теплопереноса между газовой и жидкой фазами криогенной среды путем изменения уровня раздела этих фаз, нагрев осуществляют до полного вытеснения жидкой фазы из рабочего объема в термоизолированный лабиринтный канал, причем уровень раздела газовой и жидкой фаз изменяют s пределах лабиринтного канала, и дополнительно выравнивают температуру газовой фазы в рабочем объеме, В устройстве для регулирования и стабилизации температуры в рабочем объеме с криогенной средой, содержащем сосуд из теплоизоляционного материала, установленный в теплоизолированной камере, заполненной жидкой фазой криогенной среды, причем полость сосуда образует рабочий объем, который сообщен с полостью теплоизолированной камеры, а также нагреватель, установленный в рабочем объеме, стенки сосуда выполнены по меньшей мере двойными, причем зазор между стенками образует лабиринтный канал, а внутренняя стенка сосуда снабжена в нижней части отверстием, которое соединено с полостью теплоизолированной камеры через лабиринтный канал, при этом рабочий обьем ограничен теплопроводящим экраном.

Упрощение конструкции предлагаемого устройства по сравнению с прототипом связано также с отсутствием вакуумной изоляции и механических манипуляторов, -J

На чертеже показано устройство для осуществления предлагаемого способа.

Устройство содержит сосуд из внутреннего 1 и внешнего 2 коаксиальных стаканов, выполненных из теплоизолирующего материала и расположенных с зазором а, с отверстиями 3 и 4, причем соприкасающиеся стенки стаканов Ь и с выполнены шероховатыми и образуют лабиринтный канал, теплопроводящий экран 5, исследуемый образец

6, закрепленный на штоке 7 с нагревателям

8, накидную гайку 9 для крепления на штоке стаканов 1 и 2, размещенных в резервуаре 10 с криогенной жидкостью

11, Лабиринтный канал может быть образован в помощью ленты из теплоизолирующего материала, скрученной в клубок и помещенной в зазор d между стаканами, либо гранул из такого же материала, заполняющих зазор d.

1741109

Устройство по предложенному способу работает следующим образом. Криогенная жидкая среда через отверстие 4 в стакане 2 заполняет зазор а между стаканами 1 и 2 и через отверстие 3 поступает в рабочий объ- 5 ем. При включении нагревателя 8 происходит интенсивное газообразование, причем газ накапливается в верхней части рабочего объема и вытесняет из него криогенную жидкость. Изменяя мощность нагрева, регу- 10 лируют количество газа в рабочем объеме и, соответственно, уровень жидкости в лабиринтном канале между стаканами 1 и 2, а также степень нагрева, интенсивность теплопереноса в газовой среде и радиацион- 15 ного потока через границу жидкость-газ, и, следовательно, температуру образца 6, В нормальном режиме жидкость полностью вытеснена из рабочего объема в пространство между стаканами 1 и 2, а хаотические 20 колебания уровня жидкости, передающиеся в рабочий объем в виде скачков температуры, эффективно сглаживаются теплопроводящим экраном 5.

Формула изобретения 25

1..Способ регулирования и стабилизации температуры в рабочем объеме с криогенной средой, включающий нагрев этой среды и регулирование теплопереноса между газовой и жидкой фазами криогенной 30 среды путем изменения уровня раздела этихфаз,отл ича ющи йся тем,что,с целью расширения области применения, повышения точности и экономичности способа, нагрев осуществляют до полного вытеснения жидкой фазы из рабочего объема в термоизолированный лабиринтный канал, причем уровень раздела газовой и жидкой фаз изменяют в пределах лабиринтного канала, и дополнительно выравнивают температуру газовой фазы в рабочем объеме.

2. Устройство для регулирования и стабилизации температуры в рабочем объеме с криогенной средой, содержащее сосуд из теплоизоля цион ного материала, установленный в теплоизолированной камере, заполненной жидкой фазой криогенной среды, причем полость сосуда образует рабочий объем, который сообщен с полостью теплоизолированной камеры, а также нагреватель, установленный в рабочем обьеме, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения области применения, повышения точности и экономичности устройства, стенки сосуда выполнены по меньшей мере двойными, причем зазор между стенками образует лабиринтный канал, а внутренняя стенка сосуда снабжена в нижней части отверстием, которое соединено с полостью теплоизолированной камеры через лабиринтный канал, при этом рабочий объем ограничен теплопроводящим экраном.

3. Устройство по и 2, от л и ч а ю щ е ес я тем, что поверхность стенок. сосуда со стороны лабиринтного канала выполнена шероховатой.