Устройство охлаждения датчика высокотемпературного СКВИД-магнитометра Советский патент 1992 года по МПК G01R33/35 

Предлагаемое изобретение относится к области аналитического приборостроения и может быть использовано в криоэлектрони- ке и экспериментальной физике низких температур, в частности, при конструировании высокотемпературных СКВИД-магнитомет- ров для различных отраслей народного хозяйства: медицины (динамическое картирование физических полей для целей диагностики и терапии), авиации и космоса (создание радаров с высоким разрешением, датчиков и средств космической связи) и других областей науки и техники, например, в геофизике и археологии,

Цель изобретения - повышение эффективности и расширение функциональных возможностей устройства,

На фиг, 1 изображен общий вид устройства охлаждения датчика высокотемпературного СКВИД-магнитометра, продольный разрез; на фиг. 2 - общий вид этого же устройства, вид сбоку.

Устройство охлаждения датчика высокотемпературного СКВИД-магнитометра состоит из кожуха 1, выполненного в виде нескольких идентичных криволинейных симметричных самовакуумирующихся вихревых труб с сопловыми вводами 2 сжатого газа (воздуха). Каждая вихревая труба 1 снабжена щелевыми диффузорами 3, расположенных со сторон, противоположных вводу 2 сжатого газа, причем функцию наружных стенок этих диффузоров 3 выполняют изолирующие диски 4 с отверстиями 5 для закрепления кольцевого датчика б из сверхпроводящего элемента внутри вихре- пых груб 1 вдоль их осей, расположенных в одной плоскости по замкнутой кривой, радиус изгиба которой равен радиусу кольцевого датчика 6. Диски 4 установлены с равными зазорами 7 по отношению к сопряженным диффузорам 3 и ширина зазоров регулируется при помощи шпилек (на фиг, 1 не указаны), при этом в каждом диске выполнены радиальные каналы 8 для прохождения контактных проводников, подключенных к датчику 6 и соединяющих его с измерительной аппаратурой.

Кольцевой дат.чик б соорентирован внутри кожуха 1 таким образом, что переходы Джозефсона 10 попадают точно внутрь областей сопловых вводов 2 (сопряженных вихревых труб, сдвинутых друг относительно друга на 180°). Для удобства монтажа и замены кольцевого датчика 6 желательно изготовить вихревые трубы 1 (вместе с вводами 2 и диффузорами 3) и диски 4 разборными, состоящими из двух симметричных половинок, сопряжение которых происходит в плоскости замкнутой кривой. На фиг.

2показана плоскость сопряжения, которая совпадает с радиальным каналом 8. Температура кольцевого датчика 6 определяется оптическими методами, для этого измерительная аппаратура содержит излучатель 12 и детектор 13 оптического излучения, которые установлены с противоположных сторон вихревой трубы 1 в зоне зазора 7 между диффузором 3 и диском 4.

0 Для надежного функционирования устройства необходимо изготавливать вихревые трубы 1, сопловые вводы 2 и диффузоры

3из немагнитного материала, а изолирующие диски 4 - из пластического материала с

5 малым коэффициентом теплопроводности. Устройство работает следующим образом.

Газ, например воздух, под избыточным давлением подают в криволинейные сим0 метричные самовакуумирующиеся вихревые труРы 1 через сопловые вводы 2. Внутри каждого соплового ввода 2 происходит формирование вихревого воздушного потока, который распространяется вдоль вихревых

5 труб 1 по спирали и выбрасывается в атмосферу через регулируемые зазоры 7 щелевых диффузоров 3, При этом, вследствие возникновения вихревого эффекта, внутри каждой вихревой трубы 1 образуется приосевая

0 низкотемпературная зона пониженного давления, о ядре которой происходит охлаждение кольцевого датчика 6 из сверхпроводящего элемента помещенного по оси устройства. Температуру кольцевого дэтчи5 ка 6 регулируют в широких пределах начальным давлением, расходом и температурой сжатого воздуха на входе сопловых вводов 2 вихревых труб 1, а также изменением ширины зазоров 7 диффу0 зоров 3.

Контроль температуры датчика б осуществляется бесконтактным оптическим методом, в частности, термооптическим посредством излучателя 12, направляюще5 го световые потоки в свободное пространство зазора 7 между любым диффузором 3 и изолирующим диском 4, и детектора оптического излучения 13. Надежность работы СКВИД-магнитометра повышается, когда

0 переходы Джозефсона 10 соорентированы .точно в сопловых сечениях вводов 2, так как зона минимальной температуры для симметричной относительно соплового сечения вихревой трубы 1 совпадает в точности с

5 этим сечением,

Важнейшим условием работоспособности такого устройства является сохранение собственных характеристик вихревого воздушного потока в кольце-ом кожухе, что обеспечивается при выполнении его в виде

криволинейных симметричных самовакуу- мирующихся вихревых труб 1 с диффузорами 3 на концах, расположенных в одной плоскости по замкнутой кривой, радиус изгиба которой равен радиусу кольцевого датчика б, Для двух симметричных вихревых трубок 1 каждый элемент идентичных вихревых каналов изогнут по радиусу кольцевого датчика 6 на угол 90°. При таких параметрах влиянием изгиба можно пренебречь и рассматривать изогнутый цилиндрический канал каждой вихревой трубы 1 идентичным прямолинейному цилиндрическому каналу, в котором характеристики вихревого воздушного потока незначительно отличаются от аналогичных характеристик вихревого изогнутого воздушного потока при одинаковых длинах каналов,

Формула изобретения 1. Устройство охлаждения датчика высокотемпературного СКВИД-магнитомет- ра, состоящее из кожуха, выполненного в виде самовакуумирующейся вихревой трубы с диффузорами на концах, в которой находится магниточувствительный элемент, имеюаинй тепловой контакт с охлаждающей средой, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности и расширения функциональных возможностей устройства, кожух образован рядом идентичных вихревых труб, изогнутых по форме криволинейного магниточувствительного элемента и расположенных коаксиально

ему, причем в месте сопряжения диффузоров предусмотрены изолирующие диски с отверстиями для закрепления магниточувствительного элемента, расположенные с равными зазорами по отношению к сопряженным диффузорам, при этом в каждом диске выполнены радиальные каналы для прохождения контактных проводников измерительной аппаратуры, подключенных к магниточувствительному элементу.

2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что вихревые трубы и диски изготовлены разборными, состоящими из двух симметричных половинок, сопряжение которых происходит в плоскости контура магниточуаствительного элемента.

Сущность изобретения: охлаждение датчика в низкотемпературной зоне пониженного давления возникающей вследствие вихревого эффекта внутри вихревой трубы, Для этого кожух 1 выполнен в виде нескольких идентичных вихревых труб с сопловыми вводами 2 сжатого газа. Каждая вихревая труба снабжена щелевыми диффузорами 3, расположенными со стороны, противоположных вводу 2, причем функцию дружных стенок этих диффузоров 3 выпол- чют изолирующие диски 4 с отверстиями Д .Р закрепления кольцевого датчика 6 из jotcoKcneMnepaTypnoro сверхпроводящего элемента внутри вихревых труб вдоль их осей, расположенных в одной плоскости по замкнутой кривой, радиус изгиба которой равен радиусу кольцевого датчика 6, Температура датчика 6 определяется оптическими методами, для чего измерительная аппаратура содержит излучатель 12 и детектор 13 оптического излучения, установпенныя с противоположных сторон вихреоон о зоне зазора 7 между диффузором 3 и диском 4. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. (Л ;х4 Iх4 КЗ vl / ihiidii/ /

8

Фиг.