超流转变固定点装置制造方法及图纸

技术编号:15634428 阅读:242 留言:0更新日期:2017-06-14 18:13
本发明专利技术公开一种超流转变固定点装置,其包括:制冷机单元,所述制冷机单元为固定点装置提供冷源;减压降温单元,通过所述减压降温单元,获得1.8K低温前级冷源;控制单元,其对固定点装置的温度、压力、流量进行控制;所述固定点单元复现超流转变温坪,获得稳定的超流固定点。本发明专利技术以制冷机为冷源,通过与制冷机相耦合的氦液化、减压降温环路内多阶段运行模式的切换,为液氦超流转变固定点提供长期稳定的低温冷源,实现长时间、高精度的固定点温坪,且在运行过程中,整个装置只需水电供给,摆脱液氦供应的束缚。

【技术实现步骤摘要】
超流转变固定点装置
本专利技术涉及一种固定点装置,尤其是涉及一种采用制冷机作为冷源的超流转变固定点装置。
技术介绍
在温度计量领域,国际温标给出了温度的定义和复现方法,是世界各国温度测量的最高依据。国际温标由温度固定点、内插仪器和内插公式这三个要素构成,温度固定点就是国际温标规定的某些物质不同相之间的可复现的平衡温度点,具有温度值确定,复现性、一致性、准确性高的特点,是温标的重要组成部分。温度固定点研究一直是温度计量的基础性工作,温度固定点研究是复现温标的重要基础和关键内容。本申请的专利技术人曾在1997年提出密封瓶液氦超流转变点复现技术,在此引用中国专利CN97116914.4的全部内容,所述复现技术采用动态热流法获得长时间的转变温坪。液氦超流转变温度是2.1768K,是目前所能获的温度最低的稳定温坪的固定点。具体而言,如图1所示,传统的以液氦为冷源的超流固定点装置主要包括:毛细管101、超流氦102、正常氦103、温度计104、1K液池105、控温平台106、上池107、下池108以及真空室109。当固定点装置运行时,让一小热流通过毛细管101内的液氦,建立跨越超流转变点的温度梯度,实现了超流氦102与正常氦103的两相共存。利用超流氦102与正常氦103热导率的巨大跃变,实现了毛细管101内正常氦液柱高度动态热流自调节,在超流氦一侧的温度计104测得超流氦与正常氦两相界面的温度,获得了稳定性良好、基本无波动的平坦液氦超流转变温坪。通过做多个不同热流时的温坪,采用外推到零热流的方法求取液氦超流转变温度,消除了通过超流氦102与正常氦103两相界面的热流对液氦超流转变温度的下压效应,将液氦超流转变温度的复现性提高到0.1mK之内。这是国际上第一个采用动态热流法获得液氦超流转变温坪,实现了超流氦与正常氦长时间的两相共存,进而获得长时间稳定的转变温坪,且是目前国际上唯一已经实用化的液氦超流转变温度复现法,正是具有这些良好的热力学特性,这种毛细管结构的密封瓶可以作为温度固定点器件使用。然而,由于传统的以液氦为冷源的液氦超流转变点复现装置每隔6-8小时就需向1K液池105中补充液氦,否则减压池107中液氦被抽干,且温度将超过2.2K,无法给控温平台106提供1.8K冷源,这会明显改变固定点复现实验的温度环境,中断固定点温坪,以致无法获得更长时间温坪的实验数据支撑,这也是液氦超流转变点没有被广泛推广应用、纳入国际温标的一个重要原因;另外,传统的液氦超流转变点复现装置以液氦作为冷源,但我国氦气资源相当贫乏,工业生产成本高,严重依赖进口。目前全球氦气量分布约400亿立方米,其中美国占75%以上,阿尔及利亚占12%,俄罗斯约6%,全球氦气的消耗量为每年1.65亿立方米,且以10%的增长率迅速增长,其中中国每年消耗量占全球的6%,消耗增长率高达20%。据专家预测,按目前的消耗量,全球的氦气开采最多只能再供应30年,形势非常严峻。由于美国核定氦气为战略物资,已实行配给制,削减用户使用量,同时基于战略考虑,阿尔及利亚已关闭氦气开采站,美国也即将关闭一个,这导致全球最大的氦气生产及供应商普莱克斯和BOC公司将氦气价格上调一倍,最终使液氦的价格由原来60~80元/升,涨到目前200元/升。如此昂贵的液氦价格,使得我国深低温区的研究工作难于广泛开展。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决传统以液氦为冷源的超流固定点复现装置装置所面临的温坪时间短、液氦缺乏等问题。本专利技术提供了一种超流转变固定点装置,其包括:制冷机单元,所述制冷机单元为固定点装置提供冷源;减压降温单元,通过所述减压降温单元,获得1.8K低温前级冷源;控制单元,其对固定点装置的温度、压力、流量进行控制;所述固定点单元复现超流转变温坪,获得稳定的超流固定点。其中,所述制冷机单元包括制冷机,所述制冷机具有一级冷头和二级冷头。其中,所述制冷机进一步包括至少一个盘管换热器。其中,所述制冷单元与固定点单元之间采用柔性连接。其中,所述固定点装置包括多个减震组件。其中,所述减压降温单元包括闭合环路,在所述闭合环路中实现少量液氦与氦气的循环,所述在减压降温单元中,闭合环路内的工作流体要经历氦气液化与液氦减压降温两个阶段。其中,所述固定点单元包括控温平台,密封瓶下池,密封瓶上池,密封瓶毛细管,其中,密封瓶毛细管中超流相与正常相液氦两相共存。其中,在所述控温平台上缠绕电阻丝或粘贴加热膜片进行控温。本专利技术以制冷机为冷源,通过与制冷机相耦合的氦液化、减压降温环路内多阶段运行模式的切换,为液氦超流转变固定点提供长期稳定的低温冷源(1.8K),通过两级控温降低制冷机冷头温度波动影响,进而实现长期(100小时)、高精度(0.1mK)的固定点温坪。在运行过程中,整个装置只需水电供给,摆脱液氦供应的束缚。附图说明图1以液氦为冷源的超流固定点装置示意图;图2制冷机做冷源的超流转变固定点测量装置的模块组成及控制逻辑;图3制冷机做冷源的超流固定点装置示意图。具体实施方式为了便于理解本专利技术,下面对本专利技术的实施例进行说明,本领域技术人员应当理解,下述的说明只是为了便于对专利技术进行解释,而不作为对其范围的具体限定。本专利技术提供一种制冷机做冷源的超流转变固定点装置,图2给出了制冷机做冷源的超流转变固定点装置的模块组成及逻辑控制关系示意图。所述固定点装置至少包括:制冷机单元、减压降温单元、智能控制单元及固定点单元。其中,所述制冷机单元为固定点装置提供4.2K冷源,通过氦减压降温单元,获得1.8K低温前级冷源;智能控制单元对固定点装置的温度、压力、流量进行测量和控制;所述固定点单元复现超流转变温坪,从而实现对超流固定点温度的准确测量。为了使超流固定点单元获得长期稳定的温坪,提供基准级测温环境,需要通过对温度、压力、流量、阻抗等运行参数的优化控制以实现高精度的控温需求。图3是本专利技术的制冷机做冷源的超流固定点装置示意图,相对于图2给出的功能框图,在图3中未对智能控制单元进行图示。如图3所示,所述超流固定点装置包括:制冷机1、一级减震平台2、制冷机机头连接法兰3、制冷机一级冷头连接法兰4、制冷机二级冷头连接法兰5、液化池6、减压池连接法兰7、减震支架8、隔热支架9、减压池10、二级减震平台11、控温平台12、上池13、毛细管14、下池15、调节阀门16、一级气缸盘管换热器17、一级冷头盘管换热器18、二级气缸盘管换热器19、二级冷头盘管换热器20、减压管路21、系统真空管22、独立真空管23、减压泵24、流量计25、滤油器26、冷井27、气柜28、压力传感器29、回气管道30、制冷机一级气缸31、制冷机一级冷头32、制冷机二级气缸33、制冷机二级冷头34。所述固定点装置的制冷机单元包括制冷机1,所述制冷机1可对减压降温单元中的氦气进行预冷、液化。所述制冷机1采用两级冷头进行制冷,为了保证在足够的低温制冷效果,对制冷机1的机壳、气缸及冷头进行优化设计,以降低制冷机1本身对低温环境的影响,优选可在制冷机的气缸、冷头上耦合不同材料的盘管换热器。如图3所示,在制冷机的一级气缸31上耦合不锈钢材质的一级气缸盘管换热器17、在制冷机的二级气缸33上耦合不锈钢材质的二级气缸盘管换热器19;制冷机的一级冷头32耦合高导无氧铜材质的一级冷头盘管换本文档来自技高网
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超流转变固定点装置

【技术保护点】
一种超流转变固定点装置,其包括:制冷机单元,所述制冷机单元为固定点装置提供冷源;减压降温单元,通过所述减压降温单元,获得1.8K低温前级冷源;控制单元,其对固定点装置的温度、压力、流量进行控制;所述固定点单元复现超流转变温坪,获得稳定的超流固定点。

【技术特征摘要】
1.一种超流转变固定点装置,其包括:制冷机单元,所述制冷机单元为固定点装置提供冷源;减压降温单元,通过所述减压降温单元,获得1.8K低温前级冷源;控制单元,其对固定点装置的温度、压力、流量进行控制;所述固定点单元复现超流转变温坪,获得稳定的超流固定点。2.如权利要求1所述超流转变固定点装置,其特征在于:所述制冷机单元包括制冷机,所述制冷机具有一级冷头和二级冷头。3.如权利要求2所述超流转变固定点装置,其特征在于:所述制冷机进一步包括至少一个盘管换热器。4.如权利要求1所述超流转变固定点装置,其特征在于:所述制冷单元与固定点单元之间采用柔性连接。5...

【专利技术属性】
技术研发人员:林鹏高波
申请(专利权)人:中国科学院理化技术研究所
类型:发明
国别省市:北京,11

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