Криостат без азотного охлаждения

/ОО госуддРственнцй комитет сссрПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ЗОБРЕТЕНИ ЕЛЬСТВУ ВТОРСНОМУ(54) 57) КРИОСТОХЛАЖДЕНИЯ поот лича ющ ицелью повьциенияры образца, он снаклапаном и дросселсоединен с верхнимсосуда и внутреннеа второй - соотв частями,нецкий льство СССР10, 1968,ОПИСАНИЕ И(71) физико-технический инких температур АН УССР(56) 1. Авторское свидете289269, кл. Г 252 3/ АТ БЕЗ АЗОТНОГО авт,св.289269,й с я тем, что, с стабильности температубжен дифференциальным ем, первый из которых и частями гелиевого й коаксиальной трубы, етственно с нх нижними108931Изобретение относится к криогеннойтехнике и может быть использовано, например, для исследования свойств полупроводниковых приемников излучения при температуре от 4,2 К до 300 К, для прове 5дения магнитных и радиоспектроскопичеоких исследований образцов твердого тела,для определения модуля упругости различных конструкционных материалов, а также для крио- и термостатирования различных радиоустройств в указанном интервале температур,По основному, авт.св, % 289269 известен криостат без азотного охлаждения,содержащий наружную оболочку, внутрикоторой размещен гелиевый сосуд, окруженный радиационным экраном, внутри гелиевого сосуда установлены две коаксиаль.но расположенные трубы, выполненные изматериала с малой теплоцроводностью,верхние концы которых прикреплены к наружной оболочке криостата, между коаксиально расположенными трубами установлен электрический нагревательЩОднако известный криостат не обеспе-чивает стабильную температуру после откачки пространства между трубами из-затеплопритоков,Цель изобретения - повышение стабийности температуры образца.зоДля достижения указанной цели криостат без азотного охлаждения снабжен дифференциальным клапаном и дросселем,первый из которых соединен с верхнимичастями гелиевого сосуда и внутренней 35коаксиальной трубы, а второй - соответсчвенно с их нижними частями,На чертеже схематически представленпредлагаемый криостат без азотного ох 40лажд ения,Криостат содержит наружную оболочку1, внутри которой размещен гепиевый сосуд 2, окруженный радиационным экраном3. Внутри гелиевого сосуда установленыдве коаксиально расположенные трубы 445и 5, выполненные из материала с малойтенлопроводностью, верхние концы которыхприкреплены к наружной оболочке 1 криостата, Нижняя часть гелиевого сосуда 2сообщена через трубопровод 6 и дроссель 5 О(гидравлическое сопротивление) 7 с нижней частью установленной в нем трубы 4,в которой дополнительно закреплен перфорированный стакан 8 со сквозными отверстиями 9 в боковой стенке, выполненныйиз теплопроводного материала (меди).Верхняя часть гелиевого сосуда 2 сообщена через дифференциальный клапан 10 и патрубок 11 с верхней частью трубы 4. В перфорированный стакан 8 введен испытываемый образец 12, подвешенный к крышке 13 на стержне 14. В полости между стаканом 8 и трубой 4 установлен электрический нагреватель 15. Для заливки в. сосуд 2 жидкого гелия предусмотрен переливной трубопровод 1 6 с вентилем 17 и электрическим нагревателем 18, На трубе 5 закреплен медный радиационный экран 19, Между экраном 19 и стенкой сосуда 2 имеется радиальный зазор 20, Межтрубная полость отвакуумирована через вентиль 21, а полость межцу оболочкой 1 и экраном 3 и сообщенная с ней через отверстие 22 полость между экраном 3 и сосудом 2 отвакуумированы через вентиль 23, К патрубку 11 подключен вакуумный насос 24, который через патрубок 25 сообщен с газгольдером (не показан). Дифференциальный клапан 10 включает в себя плунжер 26 с цилиндрическими шейками 27 и 28, подпружиненный пружиной 29, контактирующей с регулировочным винтом 30. В корпусе клапана 10 имеется кольцевая расточка (канавка) 31, сообщенная каналом 32 с верхней частью гелиевого сосуда 2, с которой сообщена также и полость слева от шейки 27 через демпфер (гидравлическое сопротивление) 33 и канал 34, Полости слева и справа от шейки 28 клапана 10 каналами 35 и 36 через патрубок 11 сообщены с верхней частью трубы 4.Криостат работает следующим образом.После ввоца образца 12 в полость трубы 4 при открытом вентиле 17 и включенном откачном насосе 24 заливают жидкий гелий в сосуд 2, Пары гелия из сосуда 2 уходят под повышенным давлением (равным 1,1-1,5 кгс/см ) через зазор220, отбирая при этом тепло от стенки сосуда 2, трубы 5 и экрана 3, Далее па ры гелия посупают через канал 34 и демпфер 33 в полость слева от шейки 27 и смещают вправо плунжер 26 клапана 10, сжимая пружину 29, При этом открывается выход для паров из сосуда 2 через канал 32 и далее через. открытую кольцевую канавку 31, полость слева от шейки 28. По каналу 35 к насосу 24 пары откачивают через патрубок 25 в газгольдер. Насос 24 создает в патрубке 11 и в верхней части трубы 4 давление ниже атмосферного (равное 0,1-0,3 кгс/см ).2 Демпфер 33 предотвращает (гасит) колебания плунжера 26 при срабатывании клапана 10, По окончании .заливки гелия вен310893 тиль 17, закрывают, при этом для получе,ния необходимого повышенного давления паров в верхней части сосуда 2 (равного 1,1-1,5 кгс/см ) может быть включенэлектрический нагреватель 18. Дифференциальный клапан 10 автоматически поддерживает постоянной разность давлений паров гелия в сосуде 2 и в трубе 4, благодаря чему давление пара в верхней части сосуда 2 всегда на одну и ту же заранее О заданную величину превышает давление паров в трубе 4.Работа дифференциального клапана 10 осуществляется следующим образом. Еслидавление в сосуде 2 по некоторым причинам становится больше заданного, то в сообщенной с ним через канал 34 и демпфер 33 полости слева от шейки 27 дав. ление тоже возрастает и дополнительно отжимается вправо цлунжер 26.При этом. , шейка 28 плунжера в большей степени от-, крывает кольцевую выточку 31, уменьшая ее гидравлическое сопротивление потоку пара из сосуда 2, в результате чего давление в сосуде 2 снижают до прежней 25 (заданной) величины. Если же давление в сосуде 2 уменьшится ниже заданной величины, то плунжер 26 сместится под действием пружины 29 влево и в большей степени перекроет шейкой 28 кольцевую выточку 31, увеличив ее гидравлическое сопротивление потоку пара из сосуда 2, в результате давление в сосуде 2 сном увеличится до прежней (заданной) величины,Если же по каким-либо причинам начинает изменяться давление откачиваемых паровв.35 верхней части трубы 4, то дифференциальный клапан реагирует на эти изменения следующим образом, В случае увеличения по каким-либо причинам давления выше заданного (равного 0,1-0,3 кгс/см )2 плунжер 26 дополнительно сместится вле во, в большей степени перекрыв шейкой ,28 кольцевую выточку 31. При атом возрастает гидравлическое сопротивление .кольцевой выточки 31 уходяшим через нее паром из сосуда 2 Следовательно, давление в сосуде 2 при этом тоже возрастет 45 4и поэтому разность давлений всосуде 2 и в трубе 4 восстановится. Если же давление в верхней части трубы 4 уменьшигся ниже заданного, то произойдет дополнительное смещение плунжера 26 вправо и соответственно этому снизится давление в сосуде 2, следовательно, разность давлений в сосуде. 2 и в трубе 4 при этом восстановится,Разность давлений ьР зависит от усилия сжатия Рл пружины 29 и площади Р поперечного сечения. шейки 27 плунжера АР =Рпг. Указанная разность давлений Ъ 0 приложена к трубопроводу 6 с дросселем 7, следовательно регулируя винтом 30 усилие сжатия Рп пружины 29 можно тем самым регулировать перепад давления на дросселе 7 и расход жидкого гелия через него, поступающего из сосуда 2 в нижнюю часть трубы 4, Жидкий гелий под действием тепла, выделенного электрическим нагревателем 15, испаряется и нагревается до нужной температуры, затем через сквозные отверстия 9 медного стакана 8 равномерно обдувает образец 12, поддерживая необходимую температуру образца на протяжении заданного промежутка времени, максимальная длительность ко-торого определяется количеством жидкого гелия,.залитого в сосуд 2.Температурный уровень образца 12 можно изменять как посредством изменения мощности нагревателя 15, так и посредством изменения расхода гелиячерез дроссель 7.Таким образом, в предлагаемом криостате без азотного охлаждения существенно повышена стабильность температуры образца, так как обеспечена возможность более длительного поддержания температуры на заданном уровне, Кроме того, обеспечена возможность перехода с одного температурного уровня на другой (выше или ниже). Все это повышает качество эксперимента, а также расширяет эксплуа тационные возможности криостата.Составитель А.БердинРедактор О.Сопко Техред И.Тенер Корректор.А,ТяскоЗаказ 2906/34 Тираж 471 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб, д,4/5 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4