Способ регулирования и стабилизации температуры в рабочем объеме с криогенной средой и устройство для его осуществления

(51 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ температур ции, содерж щаемый в (обычно жиНедост ства являет ходе регист матиче- пользозике и темпеой сре- диенте ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Институт общей физики АН СССР (72) Н,Е.Случанко и С,В.Демишев(56) Физический энциклопедический словарь, М., 1963, т.3, с,438Анзин В.Б, и др, ПТЭ, 1977, М 3, с,257.аЬогасогу сгуозсатз ОХ 1 огб, Проспект фирмы ОХ 1 огб 1 пзтгдгпеп 1 з, Великобритания, 1986.Физика твердого тела. Спецпракт кум/Под. ред, Б.А.Струкова, М., 1983, с.22 24.Авторское свидетельство СССР М 607201, кл, 6 05 О 23/30, 1974.(54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ И СТАБИЛИЗАЦИИ ТЕМПЕРАТУРЫ В РАБОЧЕМ ОБЪЕМЕ С КРИОГЕННОЙ СРЕДОЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к технике автоматического регулирования, может использоваться в экспериментальной физике и испытательной технике, Целью изобретения является расширение области применения, повышение точности и экономичности способа регулирования и стабилизации температуры в рабочем объеме с криогенной Изобретение относится к авто скому регулированию и может ис ваться в экспериментальной ф испытательной технике,Известен способ регулировани ратуры в рабочем объеме с криоген дой путем опускания образца в грсредой и устройства для его реализации, Способ включает нагрев криогенной среды и регулирование теплопереноса между газовой и жидкой фазами этой среды путем изменения уровня раздела этих фаз, причем нагрев осуществляют до полного вытеснения жидкой фазы из рабочего объема в термоизолированный лабиринтный канал, причем уровень раздела газовой и жидкой фаз изменяют в пределах лабиринтного канала, и дополнительно выравнивают температуру газовой фазы в рабочем объеме. Устройство для реализации способа содержит сосуд из теплоизоляционного материала, установленный в теплоизолированной камере с криогенной жидкостью, причем полость сосуда образует рабочий 3 объем, который сообщен с полостью тепло- изолированной камеры, а также нагреватель, установленый в рабочем объеме, причем стенки сосуда выполнены по меньшей мере двойными, а зазор между стенками образует лабиринтный канал.внутренняя стенка сосуда снабжена в нижней части отверстием, которое соединено с полостью теплоизолированной камеры через лабиринтный канал, при этом рабочий объем ограничен теплопроводящим экраном. 2 с.и, 1 3 и, ф лы, 1 ил,авиа С) ы и устройство дляего реализаащее шток с образцом, перемепарах жидкого хладагента дкого гелия),тком данного способа и устройся то, что положение образца в рации температурной зависимо 1741109сти все время изменяется, что создает значительные трудности при измерениях в магнитном поле, когда образец должен быть фиксирован относительно магнитной системы,Известен также способ регулирования температуры при непрерывном протоке хладагента, при этом варьирование температуры достигается изменением скорости прокачки хладагента и мощности нагревателя, Недостатком систем, реализующих этот способ является то, что они очень сложны конструктивно, так как требуют применения теплообменников специальной конструкции и, кроме того, с их помощью трудно получать стабильную температуру с окрестности точки кипения Тк из-за неустойчиво сти потока хладагента, Наиболее часто в лабораторной практике применяются способы, основанные на использовании вакуумных камер для образца или систем типа "холодный палец". Общей чертой большинства способов регулирования и стабилизации температуры при фиксированном положении объекта исследования в криогенной среде является операция создания вакуумной изоляции либо для развязки между нагретым образцом и жидким хладагентом, либо для термоизоляции теплообменников в системе с непрерывной циркуляцией хладагента,Наиболее близким к предлагаемому является способ регулирования и стабилизации температуры в рабочем объеме с криогенной средой, включающий нагрев этой среды и регулирование теплопереноса между газовой и жидкой фазами криогенной среды путем изменения уровня раздела этих фаз, Устройство для осуществления известного способа содержит сосуд из тепло- изоляционного материала, установленный в теплоизолированной камере, заполненой жидкой фазой криогенной среды, причем полость сосуда образует рабочий объем, который сообщен с. полостью теплоизолированной камеры, а также нагреватель, установленный в рабочем объеме,Недостатком данного способа и устройства является то, что очень велик расход криогенной жидкости и, очевидно, недостаточна для ряда применений точность стабилизации температуры рабочего объема. Кроме того, устройство, реализующее способ, сложно по конструкции и в изготовлении, так как содержит вакуумную изоляциюи механические манипуляторы.Целью изобретения является расширение области применения, повышение точности и экономичности способа, а также51015 20 25 30 35 40 45 50 55 существенное упрощение конструкции устройства.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу регулирования и стабилизации температуры в рабочем объеме с криогенной средой, включающему нагрев атой среды и регулирование теплопереноса между газовой и жидкой фазами криогенной среды путем изменения уровня раздела этих фаз, нагрев осуществляют до полного вытеснения жидкой фазы из рабочего объема в термоизолированный лабиринтный канал, причем уровень раздела газовой и жидкой фаз изменяют в пределах лабиринтного канала, и дополнительно выравнивают температуру газовой фазы в рабочем объеме,В устройстве для регулирования и стабилизации температуры в рабочем объеме с криогенной средой, содержащем сосуд из теплоизоляционного материала, установленный в теплоизолированной камере, заполненной жидкой фазой криогенной среды, причем полость сосуда образует рабочий объем, который сообщен с полостью теплоизолированной камеры, а также нагреватель, установленный в рабочем объеме, стенки сосуда выполнены по меньшей мере двойными, причем зазор между стенками образует лабиринтный канал, а внутренняя стенка сосуда снабжена в нижней части отверстием, которое соединено с полостью теплоизолированной камеры через лабиринтный канал, при этом рабочий обьем ограничен теплоп роводя щим экраном.Упрощение конструкции предлагаемого устройства по сравнению с прототипом связано также с отсутствием вакуумной изоляции и механических манипуляторов,На чертеже показано устройство для осуществления предлагаемого способа,Устройство содержит сосуд из внутреннего 1 и внешнего 2 коаксиальных стаканов, выполненных из теплоизолирующего материала и расположенных с зазором а, с отверстиями 3 и 4, причем соприкасающиеся стенки стаканов Ь и с выполнены шероховатыми и образуют лабиринтный канал, тепло- проводящий экран 5, исследуемый образец 6, закрепленный на штоке 7 с нагревателям 8, накидную гайку 9 для крепления на штоке стаканов 1 и 2, размещенных в резервуаре 10 с криогенной жидкостью 11, Лабиринтный канал может быть образован в помощью ленты из теплоизолирующего материала, скрученной в клубок и помещенной в зазор б между стаканами, либо гранул из такого же материала, заполняющих зазор б.Устройство по предложенному способу работает следующим образом. Криогенная жидкая среда через отверстие 4 в стакане 2 заполняет зазор а между стаканами 1 и 2 и через отверстие 3 поступает в рабочий объ ем, При включении нагревателя 8 происходит интенсивное газообразование, причем газ накапливается в верхней части рабочего объема и вытесняет из него криогенную жидкость, Изменяя мощность нагрева, регу лируют количество газа в рабочем объеме и, соответственно, уровень жидкости в лабиринтном канале между стаканами 1 и 2, а также степень нагрева, интенсивность теплопереноса в газовой среде и радиацион ного потока через границу жидкость-газ, и, следовательно, температуру образца 6, В нормальном режиме жидкость полностью вытеснена из рабочего объема в пространство между стаканами 1 и 2, а хаотические 20 колебания уровня жидкости, передающиеся в рабочий объем в виде скачков температуры, эффективно сглаживаются теплопроводящим экраном 5.Формула изобретения 25 1 Способ регулирования и стабилизации температуры в рабочем объеме с криогенной средой, включающий нагрев этой среды и регулирование теплопереноса между газовой и жидкой фазами криогенной 30 среды путем изменения уровня раздела этихфаз,отл ича ющи йся тем,что,с целью расширения области применения,повышения точности и экономичности способа, нагрев осуществляют до полного вытеснения жидкой фазы из рабочего объема в термоизолированный лабиринтный канал, причем уровень раздела газовой и жидкой фаз изменяют в пределах лабиринтного канала, и дополнительно выравнивают температуру газовой фазы в рабочем объеме,2. Устройство для регулирования и стабилизации температуры в рабочем объеме с криогенной средой, содержащее сосуд из теплоизоляционного материала, установленный в теплоизолированной камере, заполненной жидкой фазой криогенной среды, причем полость сосуда образует рабочий объем, который сообщен с полостью тепло- изолированной камеры, а также нагреватель, установленный в рабочем обьеме, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения области применения, повышения точности и экономичности устройства, стенки сосуда выполнены по меньшей мере двойными, причем зазор между стенками образует лабиринтный канал, а внутренняя стенка сосуда снабжена в нижней части отверстием, которое соединено с полостью теплоизолированной камеры через лабиринтный канал, при этом рабочий объем ограничен теплопроводящим экраном.3. Устройство по и 2, от л и ч а ю щ е ес я тем, что поверхность стенок. сосуда со стороны лабиринтного канала выполнена шероховатой.