Терморегульований кріостатний пристрій

1. Терморегульований кріостатний пристрій, який містить кріостат, у корпусі якого з оптичними вікнами розташовано резервуар для кріогенної рідини з підвісними радіаційними екранами з блендами, що обхоплюють резервуар-живильник з клапаном постійного тиску, перемикаючим вентилем і випарником рідини, датчиком рівня та датчиком тиску, теплообмінну камеру із змійовиком, нагрівачем і датчиком температури, яка розташована на трубі підвісу, всередині котрої знаходиться тяга, що зв'язана з дослідним зразком, а також систему терморегулювання і стабілізації температури, який відрізняє ться тим, що кріостат додатково оснащений механізмом навантаження, з'єднаним із тягою, і скобою з однонаправленими вигинами, яка, у свою чергу, з'єднана із тягою, причому скоба має центральний нижній отвір, в якому розташована опора, що регулюється, а теплообмінна ка U 2 (19) 1 3 38110 4 мери попереднього захолодження. Стінки вакуумНедоліками цього рішення є те, що розташуної камери захолоджуються потоком кріогенного вання зразка на штоку не гарантує повної фіксації газа. Потік кріогенного газу регулюється диферензразка в просторі під час роботи системи. ціальним регулятором тиску, розташованим у маВ основу корисної моделі покладене завдання ностаті. Комбінована система регулювання потоку розширення функціональних можливостей і облагазу і температури теплообмінника дозволяє одесті застосування пристрою і забезпечення високих ржувати високу точність підтримання температури експлуатаційних параметрів і стабільного полоі низьку витрату рідкого кріоагента. Температури ження досліджуваного зразка в просторі при навід 4,2 до 1,8К досягаються відкачкою кріогенного кладенні на нього механічних навантажень. газу. В цьому інтервалі температур зразок зануреДля вирішення поставленої задачі у терморений в рідкий кріоагент. Заміна зразка здійснюється гульованому кріостатному пристрої, який містить через верхній фланець шахти. Тримач зразка є кріостат, в корпусі якого з оптичними вікнами роздодатковим обладнанням, за допомогою якого ташовано резервуар для кріогенної рідини із підвізразок можна або повертати, юстувати або присними радіаційними екранами і блендами, які обкладати на нього механічне навантаження до хоплюють резервуар-живильник з клапаном 200кг. Недоліком цих рішень є необхідність додатпостійного тиску, перемикаючим вентилем і випакового обладнання (тримачів зразка) для введення рником рідини, датчиком рівня і датчиком тиску, додаткових факторів фізичного впливу на зразок і теплообмінну камеру із змійовиком, нагрівачем, відсутність фіксації положення зразка в просторі датчиком температури та трубою підвісу, всередипри накладенні додаткових факторів. ні якої знаходиться тяга з дослідним зразком, а Найближчим за сукупністю ознак і технічним також систему терморегулювання і стабілізації результатом є патент України на корисну модель температури, кріостат додатково постачений ме№18778 G05 D 23/30 від 15.11.2006. "Терморегуханізмом навантаження, який являє собою корпус льований кріостатний пристрій". Кріостат, що є з ємністю для рідини, що більшою поверхнею поскладовою частиною пристрою, складається із слідовно контактує з одним поршнем, з'єднаним із зовнішнього кожуха, порожнина якого вакумована, тягою і скобою, а меншою поверхнею з іншим порезервуара рідкого азоту з підвісними радіаційниршнем, який з'єднаний гайкою. Тяга механізму ми екранами, що обхоплюють резервуарнавантаження в свою чергу др угим своїм кінцем живильник із кріогенною рідиною, й інші деталі, що з'єднана із скобою з однонаправленими вигинами, охолоджуються до найнижчого температурного при цьому скоба має центральний нижній отвір в рівня. Частина трубопроводу, яка виходить з пеякому розташована опора, що регулюється, а тепремикаючого вентиля, також оточена радіаційним лообмінна камера додатково постачена холодопекраном. Теплообмінна форкамера розділена на роводом з додатковим нагрівачем і стаканом, які дві секції: перша заповнена масивною насадкою і приєднані знизу до камери. Холодопровод виконазабезпечена нагрівачем, а друга - дрібною насадно у вигляді чотирьохгранної мідної втулки із одкою, що розсікає і перемішує потік газу. Термостанобічним і запнутим уступом з верхнім і нижнім тована камера підвішена до тонкостінної труби центральними отворами, та додатковими наскрізпідвісу, виготовленої з нержавіючої сталі. У верхними верхнім і нижнім отворами, причому нижній ній її частині знаходиться шлюзова камера, що центральнийотвір з'єднаний з додатковим назабезпечує можливість зміни зразка, введення скрізним нижнім отвором, а верхній центральний маніпуляторів тощо, без порушення роботи систеотвір в якому знаходиться кінець, тяги виконано ми терморегулювання, шток для введення зразка глухим, а у верхнім додатковому отворі розташочи прилада в термостатовану камеру, заглушка, ваний штифт, що з'єднує кінці скоби із тягою, при поплавковий показчик рівня . Датчик температури тому що у нижньому отворі із однобічним уступом змонтований на штоку. розташований дослідний зразок, а стакан і скоба Для розширення області застосування термомають бічні отвори, які співпадають з додатковим регульованого кріостатного пристрою за рахунок нижнім отвором втулки і оптичними вікнами на використання кріогенних рідин, зокрема з малою корпусі і блендами на екрані, при тому що бічна теплоємністю парів, в кріостаті резервуарповерхня холодопровода постачена запнутим живильник із кріогенною рідиною додатково забезуступом, в якому розташовано нагрівач, і пазом, в печений датчиком тиску і випарником кріогенної якому розташований датчик температури. рідини у вигляді електричного опору, змонтованоСуть корисної моделі зрозуміла з креслень, де го на перемикаючому вентилі. Сигнал керування на Фіг.1 приведена функціональна схема прина нього подається від датчика тиску через підсистрою; на Фіг.2 - вертикальний перетин кріостата; лювач сигналу. Для захисту випарника від перегріна Фіг.3 - вертикальний перетин хвостової частини ву при зниженні рівня кріоагента в резервуарі покріостата; на Фіг.4 - вертикальний перетин механіруч з випарником встановлений датчик рівня, що зму стискання у кріостаті. відключає нагрівання випарника у випадку зниТерморегульований кріостатний пристрій є ження рівня нижче припустимого. Досліджуваний двоконтурним, див. Фіг.1, та складається з контуру зразок чи прилад, а також датчик системи термотерморегулювання і стабілізації температури, що регулювання вводяться в термостатовану камеру містить кріостат 1, датчик температури 2, регуляза допомогою штока, виконаного у вигляді особлитор температури 3, електронагрівач 4 на теплообво тонкостінної трубки з матеріалу з низькою тепмінній камері 5, електронагрівач 6 на холодопролопровідністю. воді 7, регулятор витрат 8 і контуру підтримки тиску парів кріогенної рідини, що містить кріостат 1, індуктивний датчик тиску 9, клапан постійного 5 38110 6 тиску 10, генератор - дискрімінатор з підсилюваПісля відкачки вакуумних порожнин кріостата чем 11, нагрівач - випарник 12. через вакуумний кран 25 і його закриття заповнюВсередині розбірного корпуса кріостата 1 (див. ють азотний бак 15, який підвісним радіаційним Фіг.2 ) міститься гелієвий бак 13, оточений мідним екраном охоплює гелієвий бак 13 і інші деталі, екраном 14, що охолоджується рідким азотом, охолоджує їх до найнижчого температурного рівня. залитим в азотний бак 15. Заповнюють гелієвий бак робочою кріогенною ріГелієвий і азотний баки підвішені до кришки 16 диною. Рівень кріогенної рідини в гелієвому баці на тонкостінних трубках з матеріалу з низькою визначається візуально за допомогою поплавковотеплопровідністю. Трубки підвісу гелієвого бака 17, го покажчика рівня 21. 18 і 19 використовуються відповідно: для заливанКріогенна рідина чи її пари, що знаходяться в ня рідкого гелію, введення голчастого вентиля 20 і гелієвому баці 13 кріостата під тиском, який підрозміщення покажчика рівня рідкого гелію 21. У тримується клапаном постійного тиску 10, надховерхній частині ці трубки з'єднані між собою колекдять до теплообмінника 28 і виводяться через шатором 22 для збору газоподібного гелію в магістхту 27 і штуцер 50. раль. Трубки підвісу азотного бака 23 і 24 викорисКерування цим потоком здійснюється регулятовуються для заливання і випару азоту. тором витрат 8, який є виконавчим механізмом Простір між гелієвим баком, азотним баком і контуру терморегулювання і стабілізації темперазовнішнім корпусом відкачується через вакуумний тури. кран 25. Високий вакуум створюється кріонасосом Термостатування камери 5 і холодопроводу 7 26. здійснюється у спосіб регулювання потоку газопоВ центрі корпуса кріостата розміщається шахдібного кріогента через камеру і нагрівання електта 27, що закінчується унизу теплообмінною камеронагрівачами 4 і 6. рою 5 на зовнішній поверхні якої навиті теплообРегулятор температури 3 є приладом, у якому мінник 28 і електронагрівач 4. Знизу до камери вимірювана напруга на датчику 2 температури підпаяний холодопровід 7 на зовнішній поверхні перетворюється на сигнали керування виконавчиякого навитий електронагрівач 6, а всередині зами пристроями: електронагрівачами 4 і 6, встанокріплені об'єкт дослідження 29 і датчик температувленими в кріостаті 1, і регулятором витрат газу 8. ри 2. Знизу до теплообмінної камери кріпиться на При заданому зниженні температури в теплорізьбі стакан 30, що закриває об'єкт дослідження обмінній камері і на холодопроводі регулятор темвід променистого теплопритока і при охолодженні ператури 3 максимально відкриває регулятор виприблизно до рівня температури теплообмінної трат газу 8, при цьому збільшується потік газу камери, сприяє кращому охолодженню об'єкта. через теплообмінну камеру 5, що приводить до Положення нижньої частини шахти 27 фіксується зниження тиску в гелієвому баці 13. Одночасне трьома гвинтами 31, розташованими через 120°. застосування цих керуючих впливів забезпечує Зверху на шахті кріпиться гідравлічний механеобхідний тепловий баланс у камері 5 і на холонізм навантаження для стискування зразків зусилдопроводі 7 а також високу стабільність підтримки лям до 200кГ. (див. Фіг.4) Він складається з корпузаданої температурі. са 32, гайки 33, поршнів 34 і 35, тяги 36, штифта Конструкція холодопроводу 7 обумовлена тим, 37, скоби 38 і опори 39. Гайка 33 переміщає пощо він повинен забезпечувати проведення оптичршень 34, який у корпусі 32 створює тиск рідини 40 них досліджень при механічних навантаженнях (масло веретенне), що діє на поршень 35. Зусилдосліджувального зразка до 200кГ/см 2 у діапазоні ля, яке розвиває поршень 35 відносно зусилля на температур 8-350К, тому він має достатню масу. поршні 34, пропорційне квадрату відношення діаДля покращення теплообміну площа верхньої часметрів поршнів 35 і 34. Манометр 41, вимірюючи тини холодопроводу збільшена конструктивно до тиск рідини в корпусі 32, показує зусилля, що розмаксимально можливої і він зроблений з міді. Прививає поршень 35. Канал 42 у корпусі 32 з'єднує тиск зразка 29 до холодопровода сприяє його охоманометр з рідиною. Поршень 35 через тягу 36, лодженню до температури холодопровода. Знизу шти фт 37 і скобу 38 передає зусилля на опору 39, до теплообмінної камери кріпиться на різьбі стакан що стискає зразок. Гайка 43 при відведеному 30, що закриває зразок від променистого тепловправо поршні 34 фіксує вихідне положення мехапритока і при охолодженні приблизно до рівня тенізму навантаження. мператури теплообмінної камери сприяє кращому Для проведення оптичних досліджень на хвосохолодженню зразка. товику 44 корпуса 1 установлені вікна 45, на хвосДля проведення навантаження дослідного товику 46 екрана 14 установлені бленди 47, а на зразка повертають гайку 33. Гайка тисне на постакані 30 і скобі 38 зроблені отвори. ршень 34, який передає тиск рідині 40. Рідина, у Для роботи кріостата з азотом на корпусі голсвою чергу, передає тиск поршню 35, який через частого вентиля 20 змонтований нагрівачтягу 36, штифт 37 і скобу 38 передає зусилля на випарник 12 і датчик рівня кріогенної рідини 48, що опору 39, що притискає зразок до холодопрвода 7. є одним з елементів захисту кріосистеми від переДіаметри поршнів 34, 35 формують зусилля гріву, і виключає підсилювач 11 при зниженні рівня навантаження. Тиск стискання вимірюється манорідкого кріоагента нижче допустимого. Зв'язок наметром 41, який має контакт з рідиною 40 через грівача-випарника і датчика рівня з генератором канал 42. дискримінатором і підсилювачем здійснюється Заміна досліджувального зразка 29 провокабелем через роз’їм 49. диться наступним чином: після витрати або зливу Пристій працює у такий спосіб. кріоагентів з азотного бака 15 і гелієвого бака 13 кріостат відігріти, відкрити вакуумний кран 25 і за 7 38110 8 повнити вакуумні порожнини кріостата повітрям, осьові люфти на лінії поршень 35 - опора 39, встадемонтувати послідовно хвостовик 44 корпуса 1 новити стакан 30, хвостовик 46, хвостовик 44, відпотім хвостовик 46 екрана 14 і стакан 30, змінити качати вакуумні порожнини кріостата через вакуузразок, далі гайку 43 встановити в крайнє верхнє мний кран 25 і закрити його, заповнити азотний і положення, поршень 34 відвести гайкою 33 в гелієвий баки кріоагентами, а гайку 43 відвести крайнє праве положення, гвинтом 51 вибрати вниз. Комп’ютерна в ерстка Г. Паяльніков Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601