КРИОСТАТ Советский патент 1973 года по МПК F25D3/10 

1

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 н питатель. Для охлаждения и защиты от попадания жидкого азота подлежащий испытанию циркулятор устанавливают в медный тер.моблок в полость верхней его части, размеры которой обеспечивают хорощий 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 термоблока 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 выще 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 циркулятора. Последнее приводит к ужесточению раз.мерОБ циркулятора и полости под него в тер.моблоке и к необходимости изготовления для каждого типоразмера циркулятора своего тер.моблока. А это, помимо требований простоты формы и точности размеров циркуляторов, усложняет изготовление устройства, не позволяет сделать его универсальным.

В предлагаемом криостате указанные недостатки устранены путем охлаждения циркуляторов 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 снабжена распыляющим наконечником и в нижней части клапано.м и встроенны.м нагревателем для подачи па циркулятор жидкого азота нз объема криостата. Причем нагреватель для подачи жидкого азота на циркулятор из объема криостата включается автоматически регулятором уровня на время нериодических отключений в процессе поддержания уровня подачи жидкого азота из сосуда Дьюра.

На чертеже схематично изображен предлагаемый криостат. Он содержит теплоизолированную камеру 1, крышку 2, иодставку 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 объем камеры введена трубка 6. Снаружи камеры она снабжена щтуцером для соединения с нереливным сифоном, внутри изогнута вверх с расширением в месте изгиба и снабжена распылительным соплом 7. В щироком участке трубки установлены нагреватель 8 и шариковый клапан 9.

Кроме того, в объеме камеры расположен датчик 10 регулятора уровня жидкого азота. В месте соединения крыщки с камерой выполнены вырезы для выводов охлаждаемого изделия 11. Переливной сифон снабжен нагревателем 12, унлотнительной втулкой 13, электромагнитным клананом 14 и для соединения со штуцером трубки 6 накидной гайкой 15. Выводы от нагревателя 8, датчика 10, нагревателя 12 и клапана 14 соединены с электрической схемой криостата.

Крностат работает следующим образом.

После установки в камере изделия ее подключают к сосуду Дьюара с жидким азотом. Для этого нижний конец переливного сифона опускают в сосуд Дьюара, горловину которого уплотняют втулкой 13, гайку 15 снфопа соединяют со штуцером трубки 6.

При включении криостата подают нанряжение на нагреватель 12 и обмотку клапана 14. Последний срабатывает и закрывает выход парам азота из сосуда Дьюара в атмосферу. Под действием мощности, выделяемой 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 но сифону, трубке 6, через сопло 7 в виде распыленной струн поступает на нижнюю плоскость охлаждаемого изделия И. Клапан 9 при этом закрыт, нагреватель 8 отключен.

В связи с тем, что жидкий азот, подаваемый 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 датчика 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 клананом 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 непрерьшно 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 внутри него но всей длине, составила -190±2°С. Попадание жидкого азота внутрь циркулятора исключается.

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

. Предмет изобретения

Крностат преимущественно для охлаждеНИИ 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 испытуе.мым изделием, а трубка в нижней части занолняемого объема камеры снабжена клапаном и встроенным нагревателем, электрически соединенным с регулятором уровня и электромагнитным клапаном, установленным па переливном сифоне.

Z

/J