Электронагреватель для микрокриогенных систем

Сфеа Советских Социалистических Расеублнк1864594 Л 30 ю,ЙР ЙА.493 В 1 йс 1 ючюкАФ ЙБЛ ИО ТИК А(23) Приоритет Государственный комитет СССР во делан изобретений и открйтий(088.8) Дата опубликования опнсанн 1509,81(54) ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЬ ДЛЯ МИКРОКРИОГЕННЫХСИСТЕМ Изобретение относится к электротехнике, в частности к электронагревательным элементам, используемым преимущественно в криогенной технике.Известен нагревательный элемент, содержащий резнстнвные дорожки, расположенные на подложке 1.Однако у этого нагревательного элемента резистивные дорожки не защищены от внешних воздействий и обладают недостаточной стабильностью сопротивления и надежностью в работе.Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому устройству является 15 электронагреватель, содержащий основание, поверх которого нанесены резистивная металлическая пленка, металлический и изоляционные слои 2,Однако сопряжение изолирующего 20 синтетического материала с реэистивным слоем снижает механическую прочность нагревательного элемента при криогенных температурах, а наличие нескольких слоев изолирующего материала создает значительное тепловое сопротивление между реэистнвной пленкой и нагреваемым изделием, приво-. дящее к повышению температуры резистнвной пленки, что снижает надеж ность и эффективность всего устройства.Целью изобретения является повышение надежности и эффективности работы электронагревателя.Поставленная цель достигаетсятем, что резистивная пленка выполнена с удельным поверхностным сопрРтивлением, не превышающим 100 Ом/см,металлический слой нанесен непосредственно на резистивный но выполнениз материала с близким к резистивному КТР, например алюминия,. на поверхности металлического слоя расположен изоляционный слой из его.окисла, основание выполнено иэ окисибериллия с соотношением сторон неболее 1:3, а соотношение изоляционного слоя и резистнвного 1:100.На чертеже иэорражен схематическинагревательный элемент,Нагревательный элемент содержитреэистивную пленку 1, расположеннуюна основании 2, покрытой слоем металла 3, позволяющим паять устройство к металлическому нагреваемомуизделию, и изолирующее покрытие 4.При включении нагревательного элемента в.электрическую цепь с помощьюэлектродов 5, соединенных с резистив-,ной пленкой, теплота, выделяемая на резистивной пленке, передается нагреваемому изделию, находящемуся при криогенных температурах, через пОдложку из окиси бериллия.Выполнение нагревательного элемента в виде металлической пленки позволяет получить значение сопротивления 10 Ом, необходимое для измерения и регулирования холодопроиэводительности микрокриогенных систем, на площади 0,3-1,0 см , которая определяется размером зоны криостатирования. В качестве резис - тивного материала выбран нихром, манганин или другой металлический материал, обладающий постоянством сопротивления при изменении температуры в широких пределах (4,2-300 К). При напылении резистивного слоя из металла обеспечивается повторяемость свойств нагревательных элементов, т.е. их взаимозаменяемостьМинимальная толщина пленки, которая соответствует верхнему стабильному значению удельного сопротивления 100 Ом/см , равна 1-2 мкм. При2меньших толщинах удельное сопротивление пленки из нихрома и манганина резко увеличивается с уменьшением толщины, что снижает стабильность сопротивления нагревательного элемента и делает его непригодным для измерения холодопроизводительности.В качестве основания выбрана теплопроводная при криогенных температурах керамико-поликристалличес- кая окись бериллия, у которой КТР близок к КТР пленки из нихрома, манганина и которая обладает хорошей адгезией к большинству металлов, Стороны основания должны удовлетворять соотношению 1:3, не более, При соотношении большем указанного при пропускании тока через нагревательный элемент влияние концевых эффектов в расределении токов увеличивается, чтд,проявляется как нестабильность сопротивления.Другой изолирующий слой выполняетсяиз материала, образующего при окислении защитный окисный барьер, не образующего соединенйй с резистивной пленкой, с минимальной скоростью диффузии и с КТР, близким к КТР пленки и подложки. В качестве такого материала выбран алюминий. При толщине изолирующей пленки, равной 0,01 толщины резистивной, обеспечивается наличие слоя чистого алюминия между резистивной пленкой и.слоем окиси алюминия толщиной несколько ангстрем. Этот слой выполняет роль демпфера, обеспечивая35 40 4 30 механическую прочность нагревательного элемента в широком диапазоне криогенных температур. Оптимальное соотношение толщин 1:100 соответствует соотношению поверхностных сопротивлений, равному 3-8.Полученные результаты показывают, что устройство работоспособно в интервале температур 4,2-300 К. При эксплуатации его установленным на криоповерхности микрокриогенных систем потери теплоты в окружающую среду излучением минимальны и составляют 0,001%, т.е, практически вся теплота, выделяемая на нагревательном элементе, используется для компенсации измеряемой холодопроизводительности, Нагревательный элемент позволяет измерять холодопроизводительность, компенсируя тепловые потоки до 10 Вт/смй, при этом температура элемента превышает температуру криоповерхности не более, чем.на 4 К, Механическая прочность, обусловленная выбором. соотношения толщин слоев, стабильность сопротивления, подтвержденная при многократном термоциклировании от 4,2 до 300 К, минимальные температурные градиенты между элементом и криоповерхностью позволяют значительно увеличить длительность работы до 1000 ч и более. формула изобретения Электронагреватель для микрокриогенных систем, содержащий основание,поверх которого нанесены реэистивнаяметаллическая аленка, металлическийи изоляционные слои, о т л и ч а ющ и й с я тем, что; с целью повышения надежности и эффективности работы, резистивная пленка выполненас удельным поверхностным сопротивлением, не аревышающим 100 Ом/смф,металлический слой нанесен непосред.ственно на реэистивный и выполнениз материала с близким к резистивному КТР, например алюминия, на поверхности металлического слоя расположенизоляционный слой из его окисла,основание выаоднеио из окиси бериллияс соотношением сторон не более 1:3,а соотношение изоляционного слоя ирезистивного 1;100,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР 9399086, кл. Н 05 В 3/06, 1964. 2. Патент ФРР 9 216707,кл. Н 05 В 3/20, 1979.864594Составитель О.Щедрииа Редактор Т.Веселова Техред А. Вабинец Корректор Г.Рещетнккют Заказ 7835/87 Тирам 891 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открнтий 113035, Москва, Ж, Рауюская наб., д 4/5 Филиал ППП Патент", г. Уагород, ул. Проектная, 4