低温物理与技术_低温恒温器.pptxVIP

第五章 低温恒温器(cryostat );直接在100升液氦容器中做实验; ;斯特林循环微型制冷机;1．制冷机马达盖；2．1级和两级气缸；3．1级冷却端；4．2级冷却端；5．样品台；6．样品；7．光学窗口；8．藏在样品内的蒸气压温度计的测量头；9．蒸气压温度计用的毛细管；10．辐射屏蔽板；11．真空容器；12．加热器;贮液式低温恒温器;液氦冷源光学测量恒温器;a．液氦传送管；b．液氦杜瓦；C．涡轮泵；d．离子吸气泵；e．空气浮动台；f．超高真空室；g．显微镜；h．连续流式液氦／液氮低温恒温器；i．冷支撑；j．弹簧和电线；k．涡流阻尼；1．夹紧螺钉；m．显微镜；n．内防护屏；o．外防护屏; ;(1)由于采用化学锭层的方法，可留有缝隙，便于观察瓶子内部的状态，高度能随时掌握。 (2)由于导热性小，故液态制冷剂的保存也较好。 (3)小型的玻璃杜瓦瓶制造容易，价格也便宜。 (4)与金属杜瓦瓶相比同样容积则重量轻得多。 (5)其缺点是大型(如园简直径在40厘米以上)的瓶子制造较难，且无法保证精确的尺寸，且杜瓦瓶的内壁也不能做得太薄(一般厚度为1.5、2厘米)。不耐机械冲击，易破碎。热变形(急剧地冷却一加热)或局部冷却等性能较弱。无法保证与金属盖进行较好地连接。;(1)机械性能坚固，热变形性能良好。即使施加较大的外力，也只是产生形变，不耐用的情况极少见。 (2)杜瓦瓶的壁可做得很薄(甚至可薄到0.5毫米以下)。这对用于插入到中等程度磁极间隙的实验来讲是极有利的。 (3)可以进行精密的设计制造。 (4)不受尺寸的限制。 (5)其缺点是不能目测内部情况。同时价格也较责(一般为普通玻璃杜瓦瓶三倍以上)，由于采用较厚的法兰盘，因而重量较重，如不使用专用工具进行焊接，则容易引起真空泄漏。; ;带尾巴的高真空绝热金属杜瓦; ;a．支撑板；b．杜瓦；C．交换气罐；d．辐射屏；e．液氦；f．显微镜；g．钟摆；h．振动隔离；i．超高真空室;热导率测量装置;热导率测量装置;高真空绝热玻璃杜瓦(可看到液面);杜瓦剖面图;PPMS INSERT;低温恒温器的设计;—般讲，在设计低温???温器时，首先要对下列因素进行研究确定： (1)在液体浸泡型低温恒温器中，当进行性能测定时另外是否还有其他温度范围的要求； (2)在指定的温度范围内，保持该温度所必需的时间以及温度控制的精度等级； (3)试样周围是否必须进行绝热，或为了传热把低温气体充到试样的周围以达到温度均匀的情况。 (4)为了达到测定的目的，对试样需要采取什么措施?如何安装?例如电流、电压的引线及测量。测定机械性能所需既文掸及可动部分。红外线、可见光线、?射线及粒子射线的射入口设置等问题。 (5)温度测定中，为了进行控制，采用何种类型的温度计及数量。 (6)为了加入磁场，电磁铁两极间的距离和超导线圈的内径尺寸都必须预先确定，它直接限制了低温恒温器的尺寸。由于磁场的变化在恒温器内部的金属中产生涡旋电流它能否破坏绝热，和引起不必要的温度上升。 (7)考虑到低温恒温器的强度、尺寸、费用等因素，确定用玻璃制的或是金属制的杜瓦瓶。 以上这些因素，应根据各个实验目的进行比较最后确定。;低温恒温器设计热计算;低温恒温器的引线主要包括加热器引线、温度计引线、样品测试信号引线等。由引线传导的总热量计算公式 式中?为引线两侧温度分别为T1，T2 时的平均热 导率，w／(m·K)；d、L分别为引线的直径和长 度，m、m；n为引线总数。;液氦用的恒温器;向氦槽和样品部位的固体导热有: 上部的管子, 加热器的引线, 热电偶温度计, 下部的隔片等。;此例中T2 、T1 分别为77K 和4.2K，三根不锈钢管( k = 0.045 瓦/ 厘米·度) 漏热为0.053瓦, 尼龙隔片( k=0.014 瓦/ 厘米, 度) 漏热为0.165 瓦; 三根加热引线( k=9.8瓦/ 厘米·度, 铜线) 漏热为0.026 瓦, 热电偶l根( k = 3.5 瓦/ 厘米·度, 金(钻) ) 漏热为0.003 瓦。;如果用上式计算对于抛光过的铜辐射屏, 从液氮保护屏向氦槽和样品漏进的辐射热约为0.009瓦, 从管子上端辐射热为0.03瓦, 从两个直径为中30 mm 的光学窗辐射漏热约为0.186 瓦。假如绝热屏温度是100 K , 辐射漏热就增加近2 倍, 如果是120K , 就增加近5 倍。;在图中的恒温器中, 如果仅考虑真空度变化引起的漏热(残余气体分子传热)一与蒸发量的关系(如表1 所示), 当真空度降低, 漏热激剧增大, 灌注液氦后, 它的真空度为10-7托, 漏热为10-4瓦。但是结构复杂的恒温器在极端条件下使用时, 要保证不漏气是相当困难的, 特别是低温端的各个密封口, 即电气引出线, 光学窗或者放射性窗口的密封都是恒温器制造中