Стеклянный криостат Советский патент 1991 года по МПК F17C3/00 F25D3/10 

Изобретение относится к криогенной технике и может быть использовано в лабораторной практике

Цель изобретения - повышение точности измерения амплитуды акустических колебаний.

На чертеже схематически показано предлагаемое устройство.

В наружный сосуд 1 Дьюара, заполненный экранной криогенной жидкостью 2, погружен внутренний сосуд 3. Наружная оболочка 4 сосуда 3 имеет разбортованный верхний конец 5. а внутренняя оболочка 6 сосуда 3 - разбортованный верхний конец 7. Концы 5 и 7 введены соответственно в верхнюю и нижнюю расточки капки 8. Концы 5 и 7 отделены от окружающего их материала капки 8 амортизирующей прокладкой 9 и распорными кольцами 10.

Распорное кольцо 10 конца 7 распирается нижним нажимным фланцем 11, а распорное кольцо конца 5 - крышкой 12 капки.

Внутри капки 8 в крышке 12 имеется кольцевой буртик 13 с ввернутыми в него винтами 14. Последние опираются на кольцо 15 / юбого жесткого материала и амортизирующую прокладку 9, расположенные на разбортованном верхнем конце 5. Капка 8 Леет сквозной боковой канал с патрубком 16.

Не дне наружного сосуда 1 расположен резервуар 17, внутри которого находится экрв# нэя криогенная жидкость 18 Резервуар 17 сообщен с атмосферой трубкой 19с заоторнмм элементом в виде шарика 20 на ее иенце. Резервуар 17 сообщен также с атмосферой змеевиком 21, расположенным между наружным 1 и внутренним 3 сосудами, внутренний сосуд Дьюара 3 заполнен мсоявцуомой криогенной жидкостью 22

Ап пфенний сосуд 3 не имеет непосредственного контакта с резервуаром 17 и его элемениами 19-21.

О CN О 00 О

Вертикальные оси симметрии наружчо- го 1 и внутреннего 3 сосудов, резервуара 17 и змеевика 21 примерно совпадают и экранирующая криогенная жидкость 2 равномерно окружает внутренний сосуд 3.

Наружный 1 и внутренний 3 сосуды крепятся на общей стойке (не показана) через звукопоглощающие элементы - амортизаторы (не показаны), например, прокладки из губчатой резины. Основание стойки опирается на амортизатор (не показан) например, лист губчатой резины.

Криостат работает следующим образом.

Последовательно ввинчивая винты 14 и воздействуя ими на кольцо 15 и прокладку 9, добиваются концентричного расположения внутренней оболочки 6 по отношению к наружной оболочке 4. В наружный сосуд 1 заливают экранную криогенную жидкость 2. С трубки 19 снимаются шарик 20 и в резервуар 17 наливают экранную криогенную жидкость 18. Змеевик 21 соединяется с вакуум-насосом (показан пунктиром), и производится вакуумирование экранной криогенной жидкости 18, шарик 20 возвращается на свое место - трубку 19, при этом температура жидкости 18 понижается, вызывая понижение температуры экранной жидкости 2. Внутренний сосуд 3 погружается в экранную криогенную жидкость 2.

Патрубок 16 соединяют с вакуум-насосом (показан пунктиром) и производят от- пространства между оболочками 4 и б внутреннего сосуда 3. после чего можно начинать заливку исследуемой криогенной жидкости 22 и проводить измерения.

Для проведения измерений в предлагаемом устройстве, в исследуемую криогенную жидкость 22 помещают контрольную перегреваемую поверхность (не показана) или такую поверхность выделяют на внутренней стенке оболочки 6. Внешний тепловой поток, например световой, воздействует на контрольную поверхность, вызывая ее перегрев по отношению к температуре исследуемой криогенной жидкости 22. Приповерхностный слой жидкости, а также жидкость, находящаяся в микровпадинах контрольной поверхности, претерпевает структурные изменения: флуктуации, образование паровых зародышей, колебания границы жидкость - пар в зарождающихся и растущих паровых пузырях, отрыв пузырей, притекание на их место жидкости и т.д. Указанные изменения сопровождаются акустическими колебаниями в очень широком диапазоне частот (от единиц герц до мегагерц).

Характер акустического спектра, зависящий от свойств жидкости, геометрии сосуда и величины перегрева контрольной поверхности подвергается изучению. Восприятие акустических колебаний осуществляется пьезодатчиками, располагаемыми на контрольной поверхности. Амплитуды полезного сигнала, особенно в начале кипения, невелики и составляют доли

0 микровольта. Разнообразные помехи искажают полезный сигнал, зачастую превышая его по амплитуде. Одной из помех, характерной для жесткого сварного стеклянного сосуда (соответствует внутреннему сосуду

5 3), погруженного в экранирующую криогенную жидкость 2, является шум кипения этой жидкости, шум при ее добавлении, а также шум кипения вакуумируемой экранной криогенной жидкости 18, который передается через стенку резервуара 17, трубки 19 и

0 змеевика 21, экранирующей криогенной жидкости 2.

Из указанных трех разновидностей помехи шум от экранирующей жидкости (последняя - от кипения жидкости 18), является

5 постоянной помехой, так как прерывание вакуумирования жидкости 18 приводит лишь к временному непродолжительному (порядка нескольких минут) прекращению кипения обеих жидкостей 18 и 2.

0В результате неизбежного теплопритока давление над указанными жидкостями быстро достигает атмосферного и кипение возобновляется. Колебания жидкостей 18 и 2 передаются по стеклу в толщу исследуе5 мой криогенной жидкости 22, вызывая появление на кривой ее акустического спектра резонансных пиков, характерных для резонансных свойств наружного сосуда 1, резер- вуара 17, трубки 19 и змеевика 21.

0 Исключение жестких мостиков, передающих колебания за счет применения резиновых амортизирующих прокладок приводит к сглаживанию спектральной кривой.

Наличие дополнительного резервуара

5 17 с криогенной жидкостью 18 позволяет поддерживать экранирующую криогенную жидкость 2 прозрачной благодаря ненасыщенному и в то же время некипящему ее состоянию непрерывно длительное время,

0 что важно для визуального контроля за поведением исследуемой жидкости 22 и состо- янием контрольной поверхности: или выделенной части внутренней оболочки 6, или специального образца внутри оболочки

5 6.

Поддержание прозрачности жидкости 2 важно также для постоянства плотности теплового потока, направляемого в ходе измерений через стенки криостата на контрольную поверхность и вызывающего ее перегрев и как следствие локализованное кипение, шум которого затем анализируется.

Также существенно, чтобы оболочки 4 и б не имели жестких звукопроводящих переходов. Поэтому важно подчеркнуть, как конструктивно это обеспечивается: амортизирующие прокладки и распорные кольца, а также внутреннее устройство капки, включающее кольцевой буртик 13с ввернутыми в него винтами 14, кольцом 15 с амортизирующей прокладкой 9 и расположенные на разбортованном верхнем конце 5, которое (устройство) обеспечивает концентричное взаимное расположение наружной 4 и внутренней б оболочек внутреннего сосуда 3. что, с одной стороны, обеспечивает одинаковую толщину вакуумного межоболочного пространства, а с другой - исключает прямое касание оболочек.

Кроме того, сосуд, составленный из двух оболочек и капки, прост в изготовлении и его восстановление в случае поломки не требует длительного времени на сложный ремонт, т.е. обеспечивает увеличение как срока службы устройства, так и его надежность.

Формула изобретения Стеклянный криостат преимущественно для акустических измерений в криогенной жидкости, содержащий наружный сосуд Дьюара для экранной криожидкости и внутренний сосуд Дьюара исследуемой криожидкости с патрубками, подвешенный на капке и имеющий крышку, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, верхние концы внутренней и наружной оболочек внутреннего сосуда Дьюара разбортованы и закреплены в верхней и нижней частях капки соответственно посредством распорных колец и амортизирующих прокладок, крышка размещена на

внутренней оболочке и имеет контакт с амортизирующей прокладкой, в капке выполнен боковой канал, соединяющий полость внутренней оболочки с патрубком, криостат снабжен резервуаром для экранной криожидкости со змеевиком отходящих паров и трубкой с запорным органом в виде шарика, расположенным на конце трубки, соединяющим резервуар с атмосферой, при этом резервуар расположен на дне наружного сосуда Дьюара, а змеевик - между сосудами.

Изобретение относится к криогенной технике, оно может быть применено при акустических измерениях в лаборатории. Цель изобретения - повышение точности измерения. Повышение точности измерения амплитуды колебаний от кипения криогенной жидкости достигается разделением наружной и внутренней оболочек внутреннего сосуда Дьюара амортизирующими прокладками и распорными кольцами соответственно снизу и в верху капки. Расположение на дне наружного сосуда Дьюара резервуара с вакуумированием экранной криогенной жидкости понижает температуру исследуемой криогенной жидкости, исключает вредное влияние собственных шумов при ее кипении. 1 ил.

/J

19

И.