ТЕРМОРЕГУЛИРУЕМОЕ КРИОСТАТИОЕ УСТРОЙСТВО Советский патент 1974 года по МПК G05D23/30 G05D16/06 

1

Изобретение относится к области физикотехнических испытаний и исследований материалов и предназначено для автоматической стабилизации температуры объекта в интервале 4,2-350°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 эксцлуатацию. В этих приборах н-евозможна смена образца без нарушения режима термостатирования или возможна только при полном отогреве при.бора.

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

Цель изобретения - упрощение криостатного устройства путем замены откачного оборудорания, клапаном постоянного давления, установленным на резервуаре с хладоагентом. Блэгодаря этому давление, в термостатируелюй камере становится избыточным и потому отпадает необх.одимдсть в ее герметизации, что приводит к дополнительным упрощениям ряда узлрв криостата.

Кррме того, расширены функциональные ВОЗМОЖНОСТИ; устройства:

возможность замены объекта термостатирования, а введение извне в термостатированную камеру различных манипуляторов и зондов для съема информации без нарушения рабочих режимов криостатного устройства в целом и режима термостатирова 1 Я камеры в частности;

обеспечение высокой точности термостатирования, постоянства давления в термостатированной камере и широкого диапазона температур в ней, не прибегая к замене криогенной жидкости, используемой в качестве хладоагента.

Поставленные цели достигаются следующими средствами:

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

2.В полости резервуара-питателя установлен переключающий вентил.ь, имеющий нижнее

и верхнее заборные отверстия, предназначен-ный для отбора из резервуара-питателя либо криогенной жидкости через нижнее заборное отверстие (либо ее паров через верхнее заборное отверстие).

3. Седло клапана регулятора расхода, установленного на линии отвода отработанных паров хладоагента из термостатированной камеры, 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, находящиеся в резервуаре I (фиг. 1) под давлением, поддерживае.мым клапаном 2 постоянного давления, поступает через теплообменную форкамеру 3 в термостатируемую камеру 4, в которой осуществляется криостатирование исследуемого объекта или прибора потоком газа, имеющего температур}, близкую к заданиой. Управление этим потоком осуществ.тяется регулятором расхода 5, являющимся исполнительным механизмом системы терморегулирования и стабилизации температуры. Эта система состоит из датчика температуры 6 (например, термопары Аи + 0,02Fe; Си), задатчика 7 опорного напряжения (например, потенциометра), усилителя 8 сигнала разбаланса (например, фотокомпенсационного усилителя) и двухпозиционного регулирующего электронного потенциометра 9 с двумя контактными группами, одна из которых при разбалансе, отвечающем иовыщению температуры в рабочей камере, дает токовый импульс, необходимый для увеличения проходного сечения клапана регулятора 5, а другая при разбалансе, отвечающем понижению те.мпературы,. включает электроподогреватель, смонтированный на теплообменной форка.мере 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 И, 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 щтока, выполненного в виде особо тонкостенной- трубки из материала с низкой теплопроводностью. Шток пропущен

через заглущку 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 10 пространства, либо вставляется в термостатированную 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 непрерыв,ной 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 форкаме25 РУ, определяется температурным уровнем термостатирования и теплопотерями криостатируемых элементов системы.

Этот баланс достигается регулированием проходного сечения байпасного канала 27 реQ гулятора расхода.

После установления в термостатируемой камере заданной температуры включается система автоматической стабилизации температуры. Потенциометром 7 (фиг. 1) создается

5 опорное напряжение, которое соответствует термо-э. д. с. термопары при заданной температуре камеры. При этом термо-э. д. с. компенсируется опорным .напряжение.м, 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 соленоидный клапан перекрывает проход под иг5 лой 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 чрезмерном повышении температуры в термостатированной камере на входе усилителя 8 такж-е появляется сигнал разбаланса, как и при понижении температуры в термостатированной камере, но обратной полярности,

0 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 форкамеру 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 крвостат 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 п. 1, отличающееся тем, что, с целью обеспечения широкого диапазона рабочих температур термостатированной камеры криостата, его резервуар с хладоагептом снабжен переключающим вентилем. 3.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью повышения точности термостатирования, седло клапана регулятора расхода, установленного па линии втвода отработанных паров хладоагента из криостата и включенного в систему автоматического регулирования, имеет переменное сечение.

ФигЛ.

/

15