一种基于GM制冷机冷却的低振动低温磁场测量装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于GM制冷机冷却的低振动低温磁场测量装置，其特征在于：该装置包括具有一个制冷腔体进气口（30）和一个制冷腔体出液口（9）的制冷机腔体（6）以及配套的一台GM制冷机（4），所述GM制冷机（4）的冷头插入制冷机腔体（6）内且GM制冷机（4）与制冷机腔体（6）的上沿通过减振波纹管（5）连接，所述的GM制冷机（4）通过制冷机减振器（53）固定在支撑梁（56）上。本发明专利技术的装置能够有效降低GM制冷机振动对样本测试的影响；样本测试腔体通过绝热刚性连接与低温超导磁体相连，样本测试杆通过腔体法兰与样本测试腔体相连，保持样本与低温超导磁体无相对运动，进一步降低振动对测试的影响。

A low vibration and low temperature magnetic field measuring device based on GM refrigerator cooling

【技术实现步骤摘要】
一种基于GM制冷机冷却的低振动低温磁场测量装置
本专利技术涉及低温恒温器中的温度调节及超导磁体
，具体地说是一种能够测量低温磁场环境下样本的相关性质参数的基于GM制冷机冷却的低振动低温磁场测量装置。
技术介绍
已存在可用温度扫描及磁场扫描的超导磁体低温恒温器，此类低温恒温器可用作样本的物性参数测量。此类低温恒温器通常包括真空壳体、多级热辐射屏、制冷机、氦制冷剂管道、超导磁体、样本空间及用于控制温度及磁场的装置。此类低温恒温器的一个常见使用实例为可自动执行物性测量的可变温度控制装置。为进行测试，样本测试空间的磁场强度需在一定时限内变化，通常为±9T，此时磁体处于4.2K以下的低温以维持超导态。样本测试空间内的温度可在1.5-300K间做任意变化。此类低温恒温器控制要求不同部件之间冷量的精确分配。此类低温恒温器的一个可选冷源为脉管制冷机，此类制冷机具有振动低的优点；但4K脉管制冷机的成本较高且稳定性较差，不适于商业化应用。此类低温恒温器的一个可选热耦接方式为刚性接触式传热，此传热方式具有传热效果好的优点，但存在振动控制难度大的问题。此类低温恒温器的一个可选磁体冷却方式为制冷机直接冷却，此冷却方式具有冷量损失小的优点，但存在磁体受冷头状态影响大的问题，系统温度调节有限，否则易发生磁体失超。此类低温恒温器的一种常见配置为制冷机刚性连接到真空外壳及热辐射屏上；此配置结构简单可靠，但在磁场环境测试条件下制冷机振动对样本测试存在很大影响。4KGM制冷机在正常运行中产生1Hz的振动，不利于磁场环境下的测试，需采用不影响热传递的振动隔离手段削减。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种能够测量低温磁场环境下样本的相关性质参数的基于GM制冷机冷却的低振动低温磁场测量装置。本专利技术的目的是通过以下技术方案解决的：一种基于GM制冷机冷却的低振动低温磁场测量装置，其特征在于：该装置包括具有一个制冷腔体进气口和一个制冷腔体出液口的制冷机腔体以及配套的一台GM制冷机，所述GM制冷机的冷头插入制冷机腔体内且GM制冷机与制冷机腔体的上沿通过减振波纹管连接，所述的GM制冷机通过制冷机减振器固定在支撑梁上。所述的支撑梁通过立柱固定支撑在底板上。该装置包括真空外壳、一级热辐射屏、二级热辐射屏，所述的一级热辐射屏和二级热辐射屏皆通过热辐射屏绝热吊杆上下平行悬挂在真空外壳构成的一级腔体内，二级热辐射屏及其相应的壳体构成的三级腔体位于一级热辐射屏及其相应的壳体构成的二级腔体内，二级腔体位于一级腔体内且二级腔体和三级腔体皆通过热辐射屏绝热吊杆悬挂在一级腔体内。所述的真空外壳通过外壳减振器固定支撑在底板上。所述的制冷机腔体在对应GM制冷机的一级冷头和二级冷头的位置处分别设有一级换热器和二级换热器，且一级换热器对应处的制冷机腔体外壁与一级热辐射屏热耦接、二级换热器对应处的制冷机腔体外壁与二级热辐射屏热耦接。该装置包括同轴心布置的低温超导磁体和样本测试腔体，低温超导磁体固定在磁体热耦接板上，在磁体热耦接板上设有液氦容器且两者的连接位置处设有接板换热器，液氦容器的顶部通过液氦管道与制冷机腔体底部的制冷腔体出液口连通，由液氦容器内的液氦提供并维持所述低温超导磁体所需的低温环境。所述的磁体热耦接板通过接板吊杆固定在在真空外壳上，接板吊杆通过一级吊杆热沉和二级吊杆热沉分别耦接在一级热辐射屏和二级热辐射屏上；与低温超导磁体相连接的磁体引线通过穿真空接口进入真空外壳内，且磁体引线通过一级引线热沉和二级引线热沉分别耦接在一级热辐射屏和二级热辐射屏上。该装置还与包括低温超导磁体同轴心布置的样本测试腔体，且样本测试腔体在磁体热耦接板的上端面处通过绝热板刚性连接；样本测试腔体包括下段的位于低温超导磁体内的高导热材料筒体和上段的低导热材料同心筒体，低导热材料同心筒体包括内筒体和外筒体，内筒体向上伸出外筒体，内筒体与高导热材料筒体的内外径相等且内筒体的下沿与高导热材料筒体的上沿密封热耦接，样本测试杆的杆体向下穿过内筒体顶端的腔体法兰延伸至高导热材料筒体内。所述外筒体的底部设有测试腔体进液口，且测试腔体进液口通过管道与低温节流阀的阀门出口相连通、低温节流阀的阀门进口通过管道与过滤器相连接，过滤器通过插至液氦容器底部的液氦出液管与液氦容器相连通；所述外筒体的上部设有测试腔体出气口，测试腔体出气口通过带有外部循环泵的管路与制冷腔体进气口相连接；所述内筒体的伸出部设有静态气体接口，静态气体接口通过带有气体接口阀的管路与带有系统进气阀的进气管相连接，系统进气阀出口侧的进气管分别与气体接口阀的管路和制冷腔体进气口的管路相连接。所述外部循环泵通过循环泵减振器连接到底板上；所述外部循环泵两端的连接管路皆采用减振波纹管。所述测试腔体进液口上侧的内筒体外壁上设有限流环，且限流环上方的内筒体外壁上设有防热辐射环片；所述杆体上设有多个平行设置的杆体热辐射屏。所述样本测试腔体中的外筒体通过一级腔体热沉和二级腔体热沉分别耦接在一级热辐射屏和二级热辐射屏上。所述的低温节流阀通过一级阀门热沉和二级阀门热沉分别耦接在一级热辐射屏和二级热辐射屏上，且低温节流阀的大气端旋钮位于真空外壳外、低温节流阀的阀杆分别通过室温端密封和低温端密封进行密封处理且阀杆与阀壁采用限位块定位。本专利技术相比现有技术有如下优点：本专利技术的装置由4KGM制冷机液化循环氦气为低温超导磁体提供4K以下的低温，液氦与低温超导磁体间通过磁体热耦接板传递热量，4KGM制冷机与低温超导磁体间以液氦作为缓冲，降低GM制冷机温度骤变对低温超导磁体的影响；在装置预冷阶段氦气经制冷机腔体液化后沿液氦管道进入液氦容器，蒸发后原路返回到制冷机腔体再次液化，可实现装置的快速降温；液氦的一部分通过低温节流阀节流降温后为样本测试腔体提供低温环境，液氦与样本间通过静态导冷气传递热量，该部分液氦比例可通过低温节流阀调节，无需大幅改变制冷机温度，实现冷量分配的目的；测试样本能够进行1.5-10K之间的温度控制，控温操作由样本测试杆上的加热器、样本测试腔体内的静态导冷气压力及低温节流阀联合完成。本专利技术的4KGM制冷机的振动隔离手段包括金属减振波纹管、氦气腔、减振器及独立支撑结构，能够有效降低GM制冷机振动对样本测试的影响；样本测试腔体通过绝热刚性连接与低温超导磁体相连，样本测试杆通过腔体法兰与样本测试腔体相连，保持样本与低温超导磁体无相对运动，进一步降低振动对测试的影响。本专利技术的制冷机腔体在对应GM制冷机的一级冷头和二级冷头的位置处装有高热导材料制翅片换热器，以加强与氦气的换热，在与GM制冷机无刚性物理接触的条件下实现高换热效率。本专利技术的样本测试腔体的夹层为减压降温液氦蒸发后的氦气流出通道，通道底部设置有限流环以防止超流氦爬行，通道中上部交替设有防热辐射环片以降低从室温端至低温端的漏热。本专利技术的外部循环泵采用循环泵减振器及减振波纹管连接测试腔体出气口及制冷腔体进气口的方式，降低外部循环泵的振动对样本测试的影响。...

【技术保护点】
1.一种基于GM制冷机冷却的低振动低温磁场测量装置，其特征在于：该装置包括具有一个制冷腔体进气口（30）和一个制冷腔体出液口（9）的制冷机腔体（6）以及配套的一台GM制冷机（4），所述GM制冷机（4）的冷头插入制冷机腔体（6）内且GM制冷机（4）与制冷机腔体（6）的上沿通过减振波纹管（5）连接，所述的GM制冷机（4）通过制冷机减振器（53）固定在支撑梁（56）上。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于GM制冷机冷却的低振动低温磁场测量装置，其特征在于：该装置包括具有一个制冷腔体进气口（30）和一个制冷腔体出液口（9）的制冷机腔体（6）以及配套的一台GM制冷机（4），所述GM制冷机（4）的冷头插入制冷机腔体（6）内且GM制冷机（4）与制冷机腔体（6）的上沿通过减振波纹管（5）连接，所述的GM制冷机（4）通过制冷机减振器（53）固定在支撑梁（56）上。


2.根据权利要求1所述的基于GM制冷机冷却的低振动低温磁场测量装置，其特征在于：所述的支撑梁（56）通过立柱（57）固定支撑在底板（59）上。


3.根据权利要求1所述的基于GM制冷机冷却的低振动低温磁场测量装置，其特征在于：该装置包括真空外壳（1）、一级热辐射屏（2）、二级热辐射屏（3），所述的一级热辐射屏（2）和二级热辐射屏（3）皆通过热辐射屏绝热吊杆（43）上下平行悬挂在真空外壳（1）构成的一级腔体内，二级热辐射屏（3）及其相应的壳体构成的三级腔体位于一级热辐射屏（2）及其相应的壳体构成的二级腔体内，二级腔体位于一级腔体内且二级腔体和三级腔体皆通过热辐射屏绝热吊杆（43）悬挂在一级腔体内。


4.根据权利要求3所述的基于GM制冷机冷却的低振动低温磁场测量装置，其特征在于：所述的真空外壳（1）通过外壳减振器（58）固定支撑在底板（59）上。


5.根据权利要求3所述的基于GM制冷机冷却的低振动低温磁场测量装置，其特征在于：所述的制冷机腔体（6）在对应GM制冷机（4）的一级冷头和二级冷头的位置处分别设有一级换热器（7）和二级换热器（8），且一级换热器（7）对应处的制冷机腔体（6）外壁与一级热辐射屏（2）热耦接、二级换热器（8）对应处的制冷机腔体（6）外壁与二级热辐射屏（3）热耦接。


6.根据权利要求1或3所述的基于GM制冷机冷却的低振动低温磁场测量装置，其特征在于：该装置包括同轴心布置的低温超导磁体（51）和样本测试腔体（40），低温超导磁体（51）固定在磁体热耦接板（13）上，在磁体热耦接板（13）上设有液氦容器（11）且两者的连接位置处设有接板换热器（12），液氦容器（11）的顶部通过液氦管道（10）与制冷机腔体（6）底部的制冷腔体出液口（9）连通，由液氦容器（11）内的液氦提供并维持所述低温超导磁体（51）所需的低温环境。


7.根据权利要求6所述的基于GM制冷机冷却的低振动低温磁场测量装置，其特征在于：所述的磁体热耦接板（13）通过接板吊杆（44）固定在在真空外壳（1）上，接板吊杆（44）通过一级吊杆热沉（45）和二级吊杆热沉（46）分别耦接在一级热辐射屏（2）和二级热辐射屏（3）上；与低温超导磁体（51）相连接的磁体引线（47）通过穿真空接口（48）进入真空外壳（1）内，且磁体引线（47）通过一级引线热沉（49）和二级引线热沉（50）分别耦接在一级热辐射屏（2）和二级热辐射屏（3）上。


8.根据权利要求6所述的基于GM制冷机冷却...

【专利技术属性】
技术研发人员：李海波，程天，王永强，杜书强，赵祥，李艳锋，
申请(专利权)人：中船重工鹏力南京超低温技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32