Терморегулируемое криостатиое устройство

 

l.t апис

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

I 43S334

Союз Советских

Социалистических

Республик (б1) Зависимое от авт. свидетельства— (22) Заявлено 03.12.70 (21) 1602081/18-24 с присоединением заявки №вЂ” (32) Приоритет—

Опубликовано 15.07.74. Бюллетень № 26

Дата опубликования описания 27.02.75 (51) М, Кл, б 05d 23/30

G 05d 1б/0б

Гасударственный комите

Совета Министров СССР па делам изобретений и открытий (53) УДК 621-555.6 (088.8) (72) Авторы изобретения В. С. Медведев, В. М. Ермаков, П. В. Водолазский, В. Б. Подолич, А. Г. Чмуль, В. Х. Гохман и А. Ф. Прокопюк (71) Заявитель Институт физики АН Украинской ССР (54) ТЕРМОРЕГУЛИРУЕМОЕ КРИОСТАТНОЕ УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к области физикотехнических испытаний и исследований материалов и предназначено для автоматической стабилизации температуры объекта в интервале 4,2 †3 К с точностью +0,02 К.

В существующих терморегулируемых криостатных системах, в которых используется откачка паров криогенной жидкости из термостатируемой камеры, необходимо постоянно действующее выемное откачное оборудование, что усложняет конструкцию этого прибора и его эксплуатацию. В этих приборах невозможна смена образца без нарушения режима термостатирования или возможна только при полном отогреве прибора.

В приборе, в котором используется электронагревательное устройство для регулирования интенсивности кипения криогенной жидкости, наблюдается высокий расход последней.

Цель изобретения — упрощение криостатного устройства путем замены откачного оборудования клапаном постоянного давления, установленным на резервуаре с хладоагентом.

Благодаря этому давление в термостатируемой камере становится избыточным и потому отпадает необходимость в ее герметизации, что приводит к дополнительным упрощениям ряда узлов криостата.

Кроме того, расширены функциональные возможности устройства;

2 возможность замены обьекта термостатирования, а также введение извне в термостатированную камеру различных манипуляторов и зондов для съема информации без нарушения рабочих режимов криостатного устройства в целом и режима термостатировання камеры в частности; обеспечение высокой точности термостатирования, постоянства давления в термоста1п тированной камере и широкого диапазона температур в ней, не прибегая к замене кпиогенной жидкости, используемой в качестве хладоагента.

Посгавленные цели достигаются следую15 щими средствами:

1. Резервуар-питатель криостата, в котором находится криогенная жидкость, снабжен клапаном постоянного давления, предназ гаченным для поддержания как в самом резер20 вуаре, так и в термостатированной камере постоянного избыточного давления и побуждения расхода криогенной жидкости через криостатную систему.

2. В полости резервуара-питателя установлен переключающий вентиль, имеющий нижнее и верхнее заборные отверстия, предназначенный для отбора из резервуара-питателя либо криогенной жидкости через нижнее заборное отверстие (либо ее паров через верхнее забор3Q ное отверстие).

436334

3

3, Седло клапана регулятора расхода, установленного на линии отвода отработанных паров хладоагента из термостатированной камеpb имеет переменное сечение и предназначено для оптимизации системы термостатирова= ния.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема устройства; на фиг. 2 — вертикальный разрез криостата; на фиг. 3 — вертикальный разрез регулятора расхода.

Криогенная жидкость или ее пары, наход щиеся в резервуаре 1 (фиг. 1) под давлением, поддерживаемым клапаном 2 постоянного давления, поступает через теплообменную форкамеру 3 в термостатируемую камеру 4, в которой осуществляется криостатирование исследуемого объекта или прибора потоком газа, имеющего темггратуру, олнзкую к заданной.

: правление этим потоком осуществляется регулятором расхода 5, являющимся исполнительным механизмом системы терморегулироания и стабилизации температуры. Эта система состоит из датчика температуры 6 (например, термопары Au + 0,02Fe; Cu), задатчика 7 опорного напряжения (например, потенциометра), усилителя 8 сигнала разбаланса (на пр имер, ф ото ко ми енса циони о го ус ил и тел я) и двухпозиционного регулирующего электронного потенциометра 9 с двумя контактными группами, одна из которых при разбалансе, отвечающем повышению температуры в раоочей камере, дает токовый импульс, необходимый для увеличения проходного сечения клапана регулятора 5, а другая при разбалансе, отвечающем понижению температуры, включает электр оподогреватель, смонтированный на теплообменной форкамере 3. Вентиль 10 позволяет отбирать хладоагент в виде пара (при открытом верхнем заборном отверстии,, либо в виде жидкости (при открытом нижнем заборном отверстии).

Криостат (фиг. 2) состоит из наружного кожуха 11, полость которого вакуумирована, резервуара жидкого азота 12 с подвесными радиационными экранами 13, охватывающими резервуар-питатель с криогенной жидкостью и другие детали, охлаждаемые до нижайшего температурного уровня. Часть трубопровода, выходящего из переключающего вентиля, также окружена радиационным экраном 14. Теплообменная форкамера разделена на две секции: первая заполнена массивной насадкой 15 и снабжена нагревателем 16, а вторая — мелкой насадкой 17, рассекающей и перемешивающей поток газа. Термостатированная камера подвешена к тонкостенной трубе подвеса

18, изготовленной из нержавеющей стали. В верхней ее части имеется шлюзовая камера 19, обеспечивающая возможность смены образца, ввода манипуляторов и прочего без нарушения работы системы терморегулирования. Образец или прибор вводится в термостатированную камеру при помощи штока, выполненного в виде особо тонкостенной трубки из материала с низкой теплопроводностью. Шток пропущен

5Р

4 через заглушку 20, устанавливаемую на верхнем срезе трубы-подвеса.

Уровень криогенной жидкости в резервуаре-питателе определяется визуально при помощи поплавкового указателя уровня 21.

Датчик 22 системы терморегулирования либо введен в теплообменную форкамеру при помощи низкотемпературных электровводов через ее стенку со стороны вакуумированного пространства, либо вставляется в тсрмостатпрованную камеру вместе со штоком.

В корпусе 23 регулятора расхода (фиг.3) смонтированы игольчатый вентиль 24, регулирующий проходное сечение клапана, перекрываемого бойком 25, и соленоид 26. Проходное сечение байпасного канала 27 регулируется иглой 28.

Термостатирование камеры осуществляется путем непрерывной подачи в нее газообразного или жидкого хладоагента. При этом уже на выходе из первой секции теплообменной форкамеры хладоагент имеет температуру чуть ниже заданной, так как количество хладоагента, поступающего в теплообменную форкамеру, определяется температурным уровнем термостатирования и теплопотерями криостатируемых элементов системы.

Этот баланс достигается регулированием проходного сечения байпасного канала 27 регулятора расхода, После установления в термостатируемой камере заданной температуры включается система автоматической стабилизации температуры. Потенциометром 7 (фиг. 1) создается опорное напряжение, которое соответствует термо-э. д. с. термопары при заданной температуре камеры. При этом термо-э. д. с. компенсируется опорным, напряжением, и сигнал на входе и выходе усилителя 8 равен нулю; движок реохорда самопишущего регулирующего потенциометра 9 находится в зоне регулирования и обе его контактные группы включены, т. е. электронагреватель 16 выключен, а сол»ноидный клапан перекрывает проход под иглой игольчатого вентиля 24.

При понижении температуры в термостатированной камере на входе усилителя 8 появляется напряжение определенной полярности и усиленный сигнал разбаланса поступает на регулирующий потенциометр 9 и приводит в действие движок реохорда, выводя его из зоны регулирования. При этом замыкается цепь электронагревателя, что повышает температуру хладоагента.

При черезмерном повышении температуры в термостатированной камере на входе усилителя 8 также появляется сигнал разбаланса, как и при понижении температуры в термостатированной камере, но обратной полярности, и движок реохорда регулирующего потенциометра вращается в противоположном направлении, замыкая при этом цепь соленоида. Проход под иглой вентиля 24 открывается, что влечет за собой импульсное увеличение потока хладоагента через теплообменную форка436334 меру и термостатированную камеру и понижение температуры в этой камере.

Ручное регулирование проходного сечения под соленоидным клапаном при помощи иглы

28 позволяет подобрать оптимальную амплитуду рыскания температуры в теплообменной форкамере и существенно влияет на точность стабилизации температуры в рабочей камере криостата.

Предмет изобретения

1. Терморегулируемое криостатное устройство, содержащее криостат и системы термостатирования, отличающееся тем, что, с целью упрощения устройства, повышения и расширения его функциональных возможностей, резервуар с хладоагентом снабжен клапаном постоянного давления.

2. Устройство по и. 1, отличающееся тем, что, с целью обеспечения широкого диапазона рабочих температур термостатированной камеры криостата, его резервуар с хладоагентом снабжен переключающим вентилем.

1О 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью повышения точности термостатирования, седло клапана регулятора расхода, установленного на линии втвода отработанHb1x паров хладоагента из криостата и вклю15 ченного в систему автоматического регулирования, имеет перемечное сечение.

"Редактор Б. Нанкина

Составитель Ю. Луцук

Техред 3. Тараненко

Корректор Е. Рогаипина

Заказ 6375/4 Изд. № 1866 Тираж 760 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, )К-35, Раушская наб., д. 4/5

МОТ, Загорский цех