Терморегулируемое криостатное устройство Советский патент 1982 года по МПК G05D23/30 

(5) ТЕРМОРЕГУЛИРУЕМОЕ КРИОСТАТНОЕ УСТРОЙСТВО

1

Изобретение относится к терморегулируемым криостатным устройствам и предназначено для автоматической стабилизации и регулирования температуры объекта в диапазоне ,2 300 К, может быть использовано при физико-технических испытаниях и исследованиях материалов.

По основному авт.св.№ 3633t известно терморегулируемое криостатное устройство, содержащее криостат и автоматическую систему термостатирования. В этом устройстве регулирование и стабилизация температуры объекта осуществляется в потоке теплообменной среды, например, жидкого или газообразного гелия, поступающей в термостатируемую камеру криостата в количествах, регулируемых системе управления. В резервуар-питатель, содержащий криогенную жидкость снабжен клапаном постоянного давления, предназначенным для поддержания как

в резервуаре-питателе,так и в термостатируемой камере, постоянного избыточного давления, необходимого для транспортирования криогенной жидкости или ее паров, используемых в качестве теплообменной среды, через криостатную систему. В полости резервуара питателя установлен переключающий вентиль, имеющий верхнее и нижнее

10 заборные отверстия, который предназначен для отбора из резервуара-питателя либо криогенной жидкости через нижнее заборное отверстие, либо ее паров через верхнее заборное отверс15тиэ. Седло клапана регулятора расхода, установленного на линии отвода отработанных паров криогенной жидкости из термостатируемой камеры, имеет переменное сечение, что позволяет оп20 тииизировать процесс термостатирования. Криостат, являющийся однкм из блоков устройства, содержит съемный налмкный кожух, полость которого вакуумирована, резервуар жидкого азота со съемными радиационными экранами, резервуар с криогенной жидкостью, используемой для термостатирования объекта, с заборной трубкой, теплообменником и примыкающей к нему форкамеро с нагревателем, термостатируемой рабочей камерой и трубой подвеса. Все эти элементы (кроме съемных) неразъемно и герметично соединены между собой 1.

Недостатком этого терморегулируемого криостатного устройства является ограниченная область его применения .

Цель изобретения - расширение области применения терморегулируемого криостатного устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в терморегулируемом криостатном устройстве криостат снабжен конической втулкой, установленной в коническом отверстии, выполненном в форкамере, а выходной конец трубки теплообменника герметично установлен в конической втулке, соединенной с форкамерой с обеспечением герметичного соединения, а труба подвеса соединена с крышкой наружного кожуха посредством разъемного герметичного соединения.

На фиг.1 изббражена принципиальная схема устройства; на фиг.2 - криостат с клапаном постоянного давления и регулятором расхода.

Устройство содержит криостат 1, клапан постоянного давления 2, регулятор расхода 3, датчик температуры системы стабилизации и регулирования температуры Ц, задатчик опорного напряжения (сигнала) 5 усилитель сигнала разбаланса (например, фотокомпенсационный усилитель) 6 и двухпозиционный регулятор (напримерj электронный регулирующий потенциометр) 7. Криостат (фиг.2) содержит резервуар для криогенной жидкости 8с вентилем 9, заборную трубку 10, соединенную с теплообменником 11, выходной конец которого введен в коническую втулку 12, а последняя введена в коническое отверстие форкамеры 13 своим коничесКИМ выступбй. На внешней поверхности форкамеры установлен электронагреватель I. В кольцевой проточке конической втулки помещена уплотнительная прокладка 15. Коническая втулка 12 и форкамера 13 герметично соединены болтами 16. Болты съемника 17 ввинчены во фланец конической втулки 12 до упора с форкамерой 13. К форкамере 13 примыкает термостатируемая рабочая камера 18, закрепленная на трубе подвеса 19. В верхней части трубы подвеса 19 смонтирован фланец 20, который через прокладку 21, болтами 22 разъемно скреплен с фланцем 23, установленном на крышке 2k. К крышке 2

съемно монтируется кожух 25. К резервуару с жидким азотом 26 крепятся съемные радиационные экраны 27, охватывающие резервуар-питатель и другие детали криостата, охлаждаемые

до нижайшего температурного уровня,, отдаляя их от узлов к.риостата, температура которых может быть более высокой. Регулятор расхода (фиг.2) содержит корпус 28 с каналами 30.

В корпусе 28 смонтированы игольчатый вентиль 31, соленоидный клапан с соленоидной катушкой 32 и бойком 33 и игольчатый вентиль З. Клапан постоянного давления 2 смонтирован на

Трубопроводе 35, который соединен с резервуаром с криогенной жидкостью 8.

Термостатирование камеры 18 с установленным в ней объектом, осуществляется путем непрерывной подачи в нее газообразного или жидкого криоагента из резервуара 8 через вентиль 9, заборную трубку 10, теплообменник 11 и форкамеру 13, taK как в резервуаре 8 поддерживается постоянное избыточное давление, обеспечиваемое клапаном постоянного давления 2. Управление потоком криоагента осуществляется регулятором расхода 3, установленном на линии отвода отработанных паров криоагента, выводимых из камеры 18 по трубе подвеса 19. За счет регулирования пррходного сечения канала 29 вентилем 31 в камере 18 устанавливается температура близкая к заданной. Для стабилизации температуры в камере 18 на заданном уровне используется компенсационный метод, при котором, например, при применении термопарнЬго датчика температуры k, введенного в камеру 18, термоэлектродвижущая сила его сравнивается с опорным напряжением, вырабатываемым высокостабильным источником напряжения, например, потенциометром 5. При этом при равенстве термоэлектродвижущей силы опорному напряжению, выбор которого определяется заданной температурой, сигнал ошибки на входе усилителя 6 равен нулю и движок реохорда электронного регулирующего потенциометра 7 находится в зоне регулирования, и обе контактные группы этого потенциометра разомкнуты,т.е. обесточены электронагреватель 1 и катушка соленоида 32. Канал 30 перекрыт бойком 33. При понижении температуры в камере 18 на входе усилителя 6 появляется электрический сигнал разбаланса . (сигнал ошибки) определенной полярности, который после усиления поступает на электрс нный регулирующий потенциометр 7 и приводит -в движение движок реохорда, выводя потенциометр из зоны регулирования. При этом замыкается цепь питания электронагревателя Ik, что вeдet к подогреву камеры 18. При повышении температуры в камере 18 на входе усилителя 6 так же появляется электрический сигнал разбаланса как и при понижении температуры, но обратной полярности, движок реохорда потенциометра 7, вра щаясь в противоположном направлении, выводит потенциометр из зоны регулирования и при этом замыкает цепь питания соленоидной катушки 32. Проход под бойком 33 открывается, и в камеру 18 импульсно подается дополнительное количество криоагента, что ведет к охлаждению камеры 18. При изменении характера проводимых исследований свойств материалов, например, при переходе от измерений спектральных характеристик материала в оптическом диапазоне частот к изме рениям свойств материала в СВЧ диапазоне или при необходимости привязки криостата к различным внешним при борЬм следует снять наружный кожух 2 и радиационные экраны 27. Рассоединить проводники электронагревателя 1А. Отвинтить болты 22 и болты 16 и. 9 9 используя болты-сьемники 17, отсоединить втулку 12 от форкамеры 13. Hat влечь блок, состоящий на трубы под веса 19 камеры 18 с форкамерой 13 и электронагревателем Н. После замены блока сборка криостата осуществляется в обратном порядке. Применение изобретения позволяет существенно расширить область npHiiieнения предлагаемого терморегулируемого криостатного устройства, т.е. при помощи одного криостата и нескольких сменных блоков можйо решить большое количество задач по исследованию свойств и испнтаний материалов и отпадает необходимость в изготовлении ииспользовании большого количества узкоспециализированных криостатов, требующихся для выполнения того же самого объема работ. Формула изобретения 1.Терморегулируемое криостатноё устройство по авт.св. № ЗбЗЗ,о т личающееся тем, что, с целью расширения области применения устройства, в нем криостат снабжен : конической втулкой, установленной в коническом отверстии, -выполненном в форкамере, а выходной конец трубки теплообменника герметично установлен в конической втулке, соединенной с форкамерой с обеспечением герметичного соединения. 2.Устройство по п.1, о т ли ч а к щ е е с -я тем, что труба подвеса соединена с крышкой наружного кожуха посредством разъемного герметичного соединения. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Арторское свидетельство СССР IP 3633, кп. G 05 О 23/30, 1970 (прототип).