Криостат

фм СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 15 7949 Е ИЗО ТОРСКОМ ИДЕТЕЛЬСТВ тру ором зазосза сиал и размещенным ков горловине сором верхнюю чачи криоагента.но закреплена тека, установленнаца труб узла вакразвязки герметичэтом упомянутые охватывая с трубопровода орловине герм оизоляционная с зазором ниж мной и теплов о в горловине зоры образуют судстьВ пода етич бторй приканал иоя в убка Изобретеной технике криостатным ние относа болеесистемам й для исс и изделий тся к крио конкретно к егулируемоивания снойств мпера материалЦелью ляется увели- одной заливффектинного горловины и обретения яса работы ста за счет ение ре и криоаге еплосъема абочей ка элементо еры.же пред влево устрои ерт ство.Криостатустановленн держит сосуд 1 Дью на его горлонине ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИПРИ ГКНТ СССР(71) Специальное конструкторско-технологическое бюро Донецкого физикотехнического института АН УССР(57) Изобретение относится к криогенной технике, а более конкретно ккриостатным системам с регулируемойтемпературой для исследования свойствматериалов и изделий, Цель изобретения - увеличение ресурса работы с одной эалинки криостата за счет эффективного теплосъема с элементов горловины. Криостат содержит сосуд Дьюара с установленной в горловине вакуумной рабочей камерой. Он снабженузлом вакуумной и тепловой развязки,51) 5 Г 17 С 3/00, Г 25 Р 3/1 О 2 полненным в виде коаксиальныхдля выпуска паров. В зазоре междтрубопроводом подачи криоагентаего вакуумной рубашкой размещенонасос, подключенный к рабочейре. Полость камеры сообщена с клом для выпуска паров, а электрские провода от образца к электразъему проложены через канал длпуска паров. Провода и трубка одящих из сосуда паров расположепо спиральной линии, при этом трразмещена в зазоре между горловиной и трубами. 2 э.п. Ф-лы, 1 ил вакуумную рабочую камеру 3 с держателем 4 образца, теплообменником 5и средством накуумирования, выполненным в виде крионасоса 6. Также имеется трубопровод 7 подачи криоагента к образцу 8 с вакуумной рубашкой9, электропронода 10 с электрораэъемом 11 и трубка 12 отходящих иэ сосуда 1 паров. Криостат снабжен герметичной теплоизоляционной пробкой13, отделяющей полость сосуда 1 отгорловины 2, а также трубами 14 и15, установленными н горловине 2коаксиально трубопроводу 7. Камера 3подключена отверстием 16 к межтрубному пространству, которое образует канал для выпуска отходящих иэ камеры 3 паров и в нем расположены поспиральной линии электропровода 10.Трубка 12 также размещена по спиральной линии в зазоре между горловиной 2 и трубой 15. Крионасос 6 размещен в сосуде 1 и через рубашку 9подключен к камере 3.Нижние концы труб 14 и 15 соединены герметично, а на верхнем концетрубы 15 расположен узел 17 герметичной стыковки,Трубы 14 и 15 и рубашка 9 выполнены иэ материала с малой теплопроводностью, например стали 12 Х 18 Н 10 Т.Нижний конец трубки 12 проходитчерез теплоизоляционную пробку 13 игерметично закреплен в ней. Электри,ческие провода 10 от термометра 18нагревателя 19 и образца 8 проведены через электроввод 20, закрепленный в держателе 4, по каналу выпускапаров из рабочей камеры и выведенына электроразъем 11. Провода 10 дляобеспечения эффективного теплосъеманавиты на рубашку 9, трубу 15 вдольспиралей трубки 12. В сосуде 1 установлен нагреватель 21. Держатель 4с закрепленными на нем элементамипомещен в герметичный кожух 22, пристыкованный к узлу 1 герметичнойстыковки. На герметичном кожухе 22выполнено окно 23. В случае исследования свойств образца 8 "на просвет" держатель 4 выполняют со сквозным отверстием, а на герметичном кожухе 22 выполняют два соосных окна.Сброс давления в сосуде 1 осуществляют через вентиль 24, а стабилизацию давления - с помощью маностата25.Криостат работает следующим образом,При снятом герметичном кожухе22 устанавливают образец 8 в держатель 4, провода 10 от него распаивают на электроввод 20. После этого.герметичный кожух 22 устанавливаютна место и герметизируют его в узле17 герметичной стыковки. Сосуд 1 заливают криоагентом, например жидкимазотом, по общепринятой методике,затем в горловину 2 вставляют камеру 3 и крепят к ней. Прн этом теплоизоляционная пробка 13 плотно входит в горловину 2 и герметиэирует ее, 5 1 О 15 20 сти через них. Благодаря этому держатель 4 с образцом 8 остаются теплыми, что способствует интенсивному обезгаживанию их и предотвращает нежелательную конденсацию различных криоосадков на поверхности исследуемого образца.После достижения требуемого вакуума произнодят захолаживание держателя 4 с образцом 8 и вывод его наорабочий режим. Криожидкость в теплообменник 5 глодают из сосуда 1 под давлением по трубопроводу 7 через фильтр 27. Скорость протока жидкости по трубопроноду 7 определяется эффективностью теплообменника 5 и тепловой нагрузкой на держатель 4 с образцом 8, Требуемая скорость подачи жидкости обеспечивается установкой соответствующего превышения давления в сосуде 1 над давлением на выходе газа по зазору между трубой 15 и горловиной 2. Требуемое данление в сосуде 1 подбирают экспериментально. Для этого вентиль 24 закрывают, а неличину давления устанавливают и стабилизируют с помощью маностата 25 по общепринятой методике.В случае, когда испарения криожидкости в результате естественного теплопритока к ней недостаточно для поддержания требуемого давления 25 30 35 40 45 50 55 в сосуде 1 на нагреватель 21 пода 1,ют ток. Криожидкость, проходя теплообменник 5, захолажинает держатель Пары криоагента, образующиеся н результате его кипения, выпускают по трубке 12 и далее через открытый вентиль 24 в атмосферу, либо н сборник (не показан) при необходимости,В момент установки камеры 3 в сосуд 1 крионасос 6 погружается в криожидкость, охлаждается до ее температуры, в результате чего происходит процесс откачки вакуумной полости рубашки 9 связанной с нею через отверстие 26 н держателе 4 полостью кожуха 22 и пространства между трубами 14 и 15. В процессе откачки криожидкость не попадает в теплообменник 5, так как гидравлическое сопротивление заборного фильтра 27,а также следующих за ним каналов выпуска пара значительно выше гидравлического сопротивления трубки 12, и в сосуде 1 не создается давление, достаточное для передавливания криожидко537949 6 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 5 1 4,испаряется и по отверстиям 16 попадает в канал сначала в зазор между рубашкой 9 и трубой 14, огибает стык труб 14 и 15 и по зазору между ним и пробкой 13 попадает в зазор между трубой 15 и горловиной 2 и выпускается через отверстия в верхней части ее в атмосферу либо газосборник. На всем пути выпуска пары эффективно охлаждают проходящие по нему провода 10. На участке выпуска паров по зазору между горловиной 2 и трубой 15 происходит эффективный теплообмен между парами, выпускаемыми из теплообменника 5 рабочей камеры 3 по этому зазору и парами, выпускаемыми иэ сосуда 1 по выполненной в виде змеевика трубке 12. Благодаря этому используется хладосодержание всех паОров, что существенно улучшает тепло- съем с горловины 2, трубы 15, трубки 12 и электрических проводов 10.Прецизионную стабилизацию температуры держателя 4 с образцом 8 производят, в случае необходимости, с помощью нагревателя 19 по сигналу с термометра 18. В длительном эксперименте иэ-эа неизбежных микротечей, характерных для часто разбираемых вакуумных систем, несмотря на хороший динамический вакуум в полости камеры 3, поддерживаемый откачкой крионасосом 6; на поверхности образца 8 возможно образование криоосадка, Конструкция камеры 3 позволяет удалять криоосадок с поверхности образца 8 в процессе эксперимента. Для этого с помощью вентиля 24 сбрасывают давление в сосуде 1, прекращают проток криоагента через теплообменник 5 держателя 4, отогревают его до комнатной температуры и выдерживают при ней некоторое время. При этом автоматически происходит обезгаживание поверхности образца 8 и откачка испарившихся веществ насосом 6. После этого эксперимент продолжают.По окончании эксперимента камеру 3 вынимают из сосуда 1 и отогревают. Затем разгерметизируют узел 17, снимают кожух 22 и регенерируют крионасос 6 прогревом. После этого камера 3 готова для монтажа и исследования нового образца.Предложенное сочетание конструкции сосуда и установленной в его горловине камеры, в котором канал выпуска паров из теппообменника рабочей камеры сформирован зазорами .между трубами, рубашкой трубопровода подачи и горловиной сосуда Дьюара, причем трубка выпуска паров иэсосуда Дьюара выполнена в виде змеевикового теплообменника, установленного в канале выпуска паров иэ теплообменника рабочей камеры и все провода проведены по этому каналу,позволяет существенно уменьшитьтеплоприток к держателю с образцом,Следовательно улучшается эффективность работы устройства, увеличивается ресурс непрерывной работы егос одной заливки криоагента. Благодаря тому, что камера снабжена крионасосом, расположенным в нижней части полости между трубопроводом подачи криоагента и его рубашкой, а этаполость сообщена с полостью вакуумной рабочей камеры, обеспечиваетсявозможность предварительно производить откачку ее и затем захолажнвание держателя с образцом до рабочейтемпературы, В результате предотвращается выпадение криоосадков на поверхность образца. Это обеспечиваетдостоверность результатов эксперимента, в котором исследуют реальные характеристики образца, не искаженные влиянием криоосадков,чтоявляется непременным условием оптического эксперимента. Формула изобретения 1, Криостат, содержащий сосуд Дьюара, установленную на его горловине вакуумную рабочую камеру с держателем образца, теплообменником и средством вакуумирования, имеющий вакуумную рубашку трубопроводом подачи криоагента из сосуда к образцу, электрические провода с электро- разъемом и трубку отходящих нз сосуда паров, о т л и ч а .ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения ресурса работы за счет эффективного теплосъема с элементов горловины и рабочей камеры,он снабжен герметичной теплоизоляционной пробкой, отделяющей полость горловины от сосуда, и трубами, установленными в горловине коаксиально трубопроводу подачи, при этом межтрубное пространство сообщено с камерой для выпуска отходящих паров и в нем расположены элек.Шандо Ред аэ 158 Тираж 4 11 ПодписноеНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 КНТ ССС эводственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,1 трические провода, а трубка отходящих паров размещена в зазоре междугорловиной и трубами. 2. Криостат по п.1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что средство вакуумирования выполнено в виде крионасоса, размещенного в сосуде и подключенного через вакуумную рубашку трубопровода подачи к рабочей камере.3. Криостат по п.1, о т л и - ч а ю щ и й с я ,тем, что электрические провода и трубка отходящих паров расположены соответственно на трубопроводе подачи и в зазоре между .горловиной и трубами по спиральной линии,