Криостат

 

407I59

-C-АЙ И Е

Союз Советских

Социалистических, Республик

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Зависимое от авт. свидетельства ¹

Заявлено 22.Х!.1971 (№ 1716770/23-26) с присоединением заявки ¹

Приоритет

Опубликовано 21.Х1.1973. Бюллетень № 46

Дата опубликования описания 2.1Ъ.1974

М. Кл. F 25d 3/10

Гасударственный комитет

Соната Министров СССР па делам изаоретений и открытий

УДК 621.59(088.8) Авторы изобретения

В, Ф. Ижнин и Г. Д. Усова

Заявитель

КРИОСТАТ

Криостат предназначен для использования преимущественно в радиоэлектронной промышленности для охлаждения СВЧ устройств малошумящих приемно-усилительных устройств до температуры жидкого азота при настройке и измерении рабочих параметров.

Известно устройство для охлаждения СВЧ устройств, в частности циркуляторов. Оно содержит теплоизолированную камеру с регулятором уровня жидкого азота, расположенный в объеме камеры термоблок с крышкой и пнтатсль. Для охлаждения и защиты от попадания жидкого азота подлежащий испытанию циркулятор устанавливают в медный термоблок в полость верхней его части, размеры которой обеспечивают хороший тепловой контакт материала термоблока и циркулятора, и закрывают медной крышкой, плотно прилегающей к верхней грани циркулятора. Термоблок с циркулятором помещают в камеру так, чтобы нижняя часть термоблока оказалась погруженной в жидкий азот. За счет высокой теплопроводности материала тсрмоблока и хорошего теплового контакта циркулятора с термоблоком происходит охлаждение испытуемого циркулятора до температуры, близкой температуре жидкого азота. Попадание жидкого азота внутрь циркулятора, недопустимое по условиям испытаний и эксплуатации СВЧ циркуляторов, при этом исключается, так как циркулятор оказывается расположенным в камере выше уровня жидкого азота.

Вследствие того что охлаждение циркуляторов в известном устройстве происходит за счет теплопередачи от циркулятора к термоблоку, необходимым условием охлаждения циркуляторов является хороший тепловой контакт материала термоблока п циркулято10 ðà. Последнее приводит к ужесточению размеров цнркулятора и полости под него в термоблоке и к необходимости изготовления для каждого типоразмера циркулятора своего тсрмоблока. А это, помимо требований npo1s стоты формы и точности размеров циркуляторов, усложняет изготовление устройства, не позволяет сделать его универсальным.

В предлагаемом криостате указанные недостатки устранены путем охлаждения циркуля20 торов непрерывной струей распыленного жидкого азота, подаваемого на нижнюю плоскость циркулятора попеременно из питающего криостат сосуда Дьюара и из объема криостата, для чего питающая трубка криостата снабже25 на распыляющим наконечником и в нижней части клапаном и встроенным нагревателем для подачи на циркулятор жидкого азота пз объема криостата. Причем нагреватель для подачи жидкого азота на циркулятор из объе30 ма крностата включается автоматически ре407159 гулятором уровня на время периодических отключений в процессе поддержания уровня подачи жидкого азота из сосуда Дьюра.

На чертеже схематично изображен предлагаемый криостат. Он содержит теплоизолированную камеру 1, крышку 2, подставку 3 под камеру с размещенными внутри нее элементами электрической схемы и переливной сифон 4, помещаемый при работе в сосуд 5 Дьюара с жидким азотом. В рабочий ооъем каме- 1о ры введена трубка 6. Снаружи камеры она снабжена штуцером для соединения с переливным сифоном, внутри изогнута вверх с расширением в месте изгиба и снабжена распылительным соплом 7. В широком участке 15 трубки установлены нагреватель 8 и шариковый клапан 9.

Кроме того, в объеме камеры расположен датчик 10 регулятора уровня жидкого азота.

В месте соединения крышки с камерой вы- 2р полнены вырезы для выводов охлаждаемого изделия 11. Переливной сифон снабжен нагревателем 12, уплотнительной втулкой 13, электромагнитным клапаном 14 и для соединения со штуцером трубки 6 накидной гайкой 25

15. Выводы от нагревателя 8, датчика 10, нагревателя 12 и клапана 14 соединены с электрической схемой криостата.

Криостат работает следующим образом.

После установки в камере изделия ее под- чо ключают к сосуду Дьюара с жидким азотом.

Для этого нижний конец переливного сифона опускают в сосуд Дьюара, горловину которого уплотняют втулкой 13, гайку 15 сифона соединяют со штуцером трубки 6, 35

При включении криостата подают напряжение на нагреватель 12 и обмотку клапана

14. Последний срабатывает и закрывает выход парам азота из сосуда Дьюара в атмосферу. Под действием мощности, выделяемой 4О на нагревателе 12, жидкий азот в сосуде

Дьюара испаряется, давление паров азота возрастает, в результате чего жидкий азот из сосуда Дьюара через отверстие в нижнем конце сифона 4 по сифону, трубке 6, через сопло 45

7 в виде распыленной струи поступает на нижнюю плоскость охлаждаемого изделия 11.

Клапан 9 при этом закрыт, нагреватель 8 от ключен.

В связи с тем, что жидкий азот, подавае- 5р мый на изделие, испаряется не полностью, поднимается уровень жидкого азота в объеме камеры. После того как уровень жидкого азота в камере достигнет величины, на которую настроен регулятор уровня, по сигналу дат- 55 чика уровня происходит отключение нагревателя 12 и обмотки клапана 14 и включение нагревателя 8. При этом клапан 14 открывает выход парам азота из сосуда Дьюара в атмосферу, давление в сосуде Дьюара падает и подача жидкого азота из сосуда Дьюара на изделие прекращается. Одновременно под давлением столба жидкого азота в камере открывается клапан 9, и жидкий азот из объема камеры по закону сообщающихся сосудов заполняет трубку 6. Под действием мощности, выделяемой на нагревателе 8, жидкий азот в трубке 6 испаряется, пузырьки газообразного азота устремляются по трубке вверх и, захватывая жидкий азот, через сопло 7 подают его на нижнюю плоскость изделия. Таким образом, трубка 6 с клапаном 9 и нагревателем 8 преобразуется в термосифон для подачи жидкого азота из объема камеры на изделие.

При снижении уровня жидкого азота в камере по сигналу датчика регулятором уровня производится отключение нагревателя 8 и включение нагревателя 12 и обмотки клапана 14. Подача жидкого азота из объема камеры прекращается, и на изделие подается жидкий азот из сосуда Дьюара. Клапан 9 при этом под .давлением жидкого азота, подаваемого из сосуда Дьюара закрывается.

Таким образом, на охлаждаемое изделие непрерывно подается струя жидкого азота либо из сосуда Дьюара, либо из объема камеры. Переключение осуществляют автоматически с помощью регулятора уровня. В результате за счет теплопроводности материала изделия происходит охлаждение всего изделия до температуры, близкой температуре жидкого азота. Так, при допускаемой для СВЧ циркуляторов температуре. испытаний — 190+5 С температура циркулятора, замеренная внутр» него по всей длине, составила †1 -2 С.

Попадание жидкого азота внутрь циркулятора исключается.

Криостат позволяет производить охлаждение циркуляторов любых типоразмеров без каких-либо конструктивных доработок.

Предмет изобретения

Криостат преимущественно для охлаждения СВЧ устройств, содержащий теплоизолированную камеру и размещенные в ней испытуемое изделие, регулятор уровня криогенной жидкости и трубку с распылительным соплом, соединенную посредством переливного сифона с сосудом Дьюара, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции и обеспечения универсальности криостата, распылительное сопло установлено под испытуемым изделием, а трубка в нижней части заполняемого объема камеры снабжена клапаном и встроенным нагревателем, электрически соединенным с регулятором уровня и электромагнитным клапаном, установленным на переливном сифоне.

407159

Составитель И. Соседов

Техред T. Ускова

Редактор Т. Юрчикова

Корректор Н. Стельмах

Типография, по. Сапунова, 2

Заказ 715/15 Изд. № 2004 Тираж 576 Подписное

Ц!-1ИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, Я-35, Раушская паб., д. 4 5