Измерительный криостат Советский патент 1981 года по МПК F25D3/00 F25D3/10 

(54) ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КРИОСТАТ

Изобретение относится к криогенной технике и может быть использова но при конструировании металлических криостатов, предназначенных для охлаждения, например СВЧ трактов, работающих в широком диапазоне частот и температур и служащих для измерения параметров СВЧ устройств.

Известны криостаты, используемые для измерения параметров СВЧ устройств при криогенных температурах, содержащие корпус с крышкой, ванны для хладагентов (азот, гелий), изоляцию и элементы ввода и вывода хладагентов. СВЧ тракт вводится и выводится из криостата через крышку, а измеряемое СВЧ устройство помещается внутри ванны с хладагентом.

Криостат позволяет измерять параметры СВЧ устройства в ишроком диапазоне температур от 4,2 К до

ЗООК. .

Однако при смене измеряемого объекта требуется периодически разгерметизировать криостат, что значительно снижает производительность измерений. .

Известен измерительный криостат/ содержащий герметичный корпус с размещенными в нем измерительной камерой, ваннами для хладагентов, вакуумной изоляцией, радиационными экранами и регулятором температуры, и съемный вакуумный отсек с индиви5дуальными средствами откачки. В этом криостате смена образца происходит без нарушения герметизации вакуумного объема криостата 21 .

Однако за время смены объекта по10вышается температура нижней части экрана и регулятора температуры,что приводит к дополнительному расходу хлс1дагента.

Цель изобретения - повышение про15изводительности измерений и снижение расхода хладагентов.

Поставленная цель достигается тем, что в измерительном криостате, содержащем герметичный корпус с раз20мещенными в нем измерительной камерой, ваннги ш для хлещагентов, вакуумной изоляцией, радиационными экранами и регулятором температуры, и съемный вакуумный отсек с индиви25дуальными средствами откачки, между измерительной камерой и съемным вакуумным отсеком установлен вакуумплотный подвижный фланец, а съемный отсек снабжен подвижным зажимом для

30 образца,,

На чертеже схематично изображено устройство.

Криостат состоит из криогенной части 1 и измерительной камеры 2 и содержит верхнюю 3 и нижнюю 4 крыш . ки, вакуумплотно соединенные с герг метичным корпусом 5. Азотная 6 и гелиевая 7 ванны расположены в криогенной части криостата и жестко соедине ны с верхней крышкой криостата. На верхней к{нлшсе расположены, элементы ввода 8 и 9 и вывода 10 и II хладагентов. Охлаждаемый СВЧ тракт введен и выведен через боковые стенки криостата и содержит входной 12 и выходной 13 гермовводы на герметичных сильфонах 14 и 15, предназначенных для развязки СВЧ тракта от механических деформаций при изменении температуры. Гермовводы с помощью тонкостенных нержавеющих волноводов 16 и 17 соединены с измеряемым СВЧ устройством 1.8, а 11оследнее конструктивно связано с регулируемым теплообменником 19, Охлаждение нержавеющих (развязывающих) волноводов npoijiSBOдится тепловыми мостами 20 и 21. Регулирование температуры измеряемого СВЧ устройства производится теплообменником 19 с вентилем - распределителем 22, работающим в режимах паржидкость, и электрическим нагревателем 23. Охлажденное СВЧ устройство окружено защитными (радиационными) экранами 24 с отверстиями 25 для прохода цангового держателя 26 с объектом измерения 27. Замена объекта измерения производится через герметичный шлюз 28, содержащий съемный вакуумный отсек 29 с вакуумплотным подвижным фланцем 30, открывающим шлюз при замене объекта измерения. Шлюз вакуумплотно соединен с нижней крышкой криостата. Вал 31 фланца и шток 32 цанги помещены в вакуумноплотные зажимы 33 и 34.

Криостат работает следующим образом.

После сборки СВЧ тракта и элементов криостата прследний откачивают до давления 10 - Ю мм рт.ст, и заполняют вначале азотную 6 (при этом давление в криостате снижается до 10 юл рт.ст.), затем гелиевую 7 ванны. При установлении рабочей температуры на измеряемом СВЧ устройстве 18 помещают объект измерения 27 в цанговый держатель 26 и направляют последний в отсек 29 шгаоза 28,; который откачивают (с помощью штуцера 35) до давления 10 - Ю мм рт.ст Затем ручкой 36 открывают иШюз (убиргиот фланец 30 в канал 37) и помещают объект 27 измерения с помощью штока 32 цанги в измеряемое СВЧ устройство 18, После этого цанга выводится в съемный отсек,, который закрывается фланцем. После установления требуемой рабочей температуры на СВЧ устройстве Криостат готов к измерениям. СВЧ сигнал подается к измеряемому СВЧ устройству через гермоввод 12, а выводится через гермоввод 13. Рабочую Q температуру измеряемого СВЧ устройства регулируют ручкой 38 вентиляраспределителя 22, устанавливая режим работы теплообменника 19 пар или жидкость (т.е. через теплообменник пропускйуют жидкий или газообразный хладагент), и мощностью электрического нагревателя 23.. Порядок замены объекта измерения такой же, как и при первоначальной уста-, новке.

0 Изобретение позволяет измерять параметры СВЧ устройства в диапазоне температур 5-300 К, уменьшить потери охлажденного СВЧ тракта до 0,5 дБ и коэффициента стоячей волны 5 до 1,1-1,15 и проводить замену объекта измерения без нарушения режима работы криостата, что значительно повышает точность и производительлость измерений в широком диапазоне Q температур и одновременно уменьшает расход хладагентов.

Формула изобретения

Измерительный криостат, содержащий герметичный корпус с размещенными в нем измерительной камерой, ваннами для хладагентов, вакуумной изоляцией, радиационными экранами и регулятором температуры, и съемный ва куумный отсек с индивидуальными средствами откачки, отличающийс я тем, что, с целью повышения производительности измерений и снижения расхода хладагентов, между изме-. рительной Кс1мерой и съемным вакуумным отсеком установлен вакуумплотный

ПОДВИЖНЫЙ фланец, а съемный отсек снабжен подвижным зажимом для образ0

Источники информации ,принятые во внимание при экспертизе

an KapazitSts dioden bei Mikrowellen . im Temperaturbereich von 4,2 К bis 300 K. Frequenz, 21 (1967), 1, p. 1319.

2.Патент Франции 2139624, кл. F 25 D 1/00, 1973 (прототип).