Способ регулирования и стабилизации температуры в рабочем объеме с криогенной средой и устройство для его осуществления Советский патент 1992 года по МПК G05D23/02 

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

температуры и устройство для его реализации, 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 зависимости все время изменяется, что создает значительные трудности при измерениях в магнитном поле, когда образец должен быть фиксирован относительно магнитной системы.

Известен также способ регулирования температуры при непрерывном протоке хладагента, при этом варьирование температуры достигается изменением скорости прокачки хладагента и мощности нагревателя, 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 получать стабильную температуру с окрестности точки кипения Тк из-за неустойчивости потока хладагента. Наиболее часто в лабораторной практике применяются способы, основанные на использовании вакуумных камер для образца или систем типа холодный палец. Общей чертой большинства способов регулирования и стабилизации темлературы при фиксированном положении объекта исследования в криогенной среде является операция создания вакуумной изоляции либо для развязки между нагретым образцом и жидким хладагентом, либо для термоизоляции теплообменников в системе с непрерывной циркуляцией хладагента.

Наиболее близким к предлагаемому является способ регулирования и стабилизации температуры в рабочем объеме с 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 известного способа содержит сосуд из теплоизоляционного материала, установленный в теплоизолированной камере, заполненой жидкой фазой криогенной среды, причем полость сосуда образует рабочий объем, который сообщен с полостью теплоизолированной камеры, а также нагреватель, установленный в рабочем объеме.

Недостатком данного способа и устройства 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

существенное упрощение конструкции устройства.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу регулирования и стабилизации температуры в рабочем объеме с криогенной средой, включающему нагрев этой среды и регулирование теплопереноса между газовой и жидкой фазами криогенной среды путем изменения уровня раздела

0 этих фаз, нагрев осуществляют до полного вытеснения жидкой фазы из рабочего объема в термоизолированный лабиринтный канал, причем уровень раздела газовой и жидкой фаз изменяют в пределах лабирин5 тного канала, и дополнительно выравнивают температуру газовой фазы в рабочем объеме.

В устройстве для регулирования и стабилизации температуры в рабочем объеме с

0 криогенной средой, содержащем сосуд из теплоизоляционного материала, установленный в теплоизолированной камере, заполненной жидкой фазой криогенной среды, причем полость сосуда образует ра5 бочий объем, который сообщен с полостью теплоизолированной камеры, а также нагреватель, установленный в рабочем объеме, стенки сосуда выполнены по меньшей мере двойными, причем зазор между стен0 ками образует лабиринтный канал, а внутренняя стенка сосуда снабжена в нижней части отверстием, которое соединено с полостью теплоизолированной камеры через лабиринтный канал, при этом рабочий объ5 ем ограничен теплопроводящим экраном.

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

На чертеже показано устройство для осуществления предлагаемого способа.

Устройство содержит сосуд из внутреннего 1 и внешнего 2 коаксиальных стаканов,

5 выполненных из теплоизолирующего материала и расположенных с зазором а, с отверстиями 3 и 4, причем соприкасающиеся стенки стаканов b и с выполнены шероховатыми и образуют лабиринтный канал, тепло0 проводящий 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

5 11 Лабиринтный канал может быть образован в помощью ленты из теплоизолирующего материала, скрученной в клубок и помещенной в зазор d межд стаканами, либо гранул из такого же материала, заполняющих зазор d.

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- 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- лируют количество газа в рабочем объеме и, соответственно, уровень жидкости в лабиринтном канале между стаканами 1 и 2, а также степень нагрева, интенсивность теп- лопереноса в газовой среде и радиацией- 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 колебания уровня жидкости, передающиеся в рабочий объем в виде скачков температуры, эффективно сглаживаются теплопрово- дящим экраном 5.

Формулаизобретения

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 среды путем изменения уровня раздела этих фаз, отличающийся 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 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, о т- личающееся 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 п.2, отличающее- с я тем, что поверхность стенок сосуда со стороны лабиринтного канала выполнена шероховатой.

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

W

//

/ /