低温设备制造技术

本公开涉及一种低温设备，包括：至少一个第一温度改变机构，其连接到样品台且配置为改变样品台处的温度；至少一个第二温度改变机构，其不同于至少一个第一温度改变机构，其中，至少一个第二温度改变机构连接到样品台且配置为改变样品台处的温度；以及控制器。控制器配置为：在第一温度范围内操作至少一个第一温度改变机构；在不同于第一温度范围的第二温度范围内操作至少一个第二温度改变机构；以及在第一温度范围与第二温度范围之间的第三温度范围内操作至少一个第一温度改变机构和至少一个第二温度改变机构两者。一个第二温度改变机构两者。一个第二温度改变机构两者。

【技术实现步骤摘要】
低温设备


[0001]本公开涉及低温设备、控制低温设备的方法和用于低温设备的控制器。更具体地，本公开涉及一种绝热去磁设备，其在扩展的温度范围(例如从室温到亚开尔文或毫开尔文范围内的超低温)内提供连续的温度控制。

技术介绍

[0002]低温恒温器通常用于维持安装在低温恒温器内的样品的低温。低温可以通过使用例如低温流体浴(诸如液氦)来实现。然而，诸如液氦的冷却介质由于低温恒温器中的外部和/或内部热输入而连续地蒸发，并且因此需要定期地再填充。这需要相当多的时间和资源，由此这种低温恒温器的操作成本较高。
[0003]为了克服上述缺点，已经开发了无致冷剂的低温恒温器。无致冷剂的低温恒温器可以采用无致冷剂的闭合循环系统，诸如脉冲管制冷器。现代脉冲管制冷器可以实现低至1.2K的温度。为了达到亚开尔文(Kelvin)温度，除了无致冷剂的闭合循环系统之外，还可以使用磁冷却级。磁冷却级可以是绝热去磁制冷机(ADR)，其可以实现低至几毫开尔文的温度。ADR基于磁热效应。当介质被磁化时，其磁矩对齐并且释放磁化热。反之，如果介质被去磁，则其温度下降。
[0004]常规的ADR系统以单发模式操作。这意味着低温仅能实现短时间，而不能稳定地维持较长时间。然而，在许多应用中，认为以稳定的方式长时间维持低温例如在亚开尔文范围内是有益的。此外，在一些应用中，需要连续改变样品温度，例如从室温改变到亚开尔文范围内的超低温。然而，在如此大的范围内无缝地控制温度斜坡是具有挑战性的，尤其是由于ADR技术在某些温度极限以上的操作限制。
[0005]鉴于上述内容，克服本领域中的至少一些问题的新的低温设备、控制低温设备的方法和用于低温设备的控制器是有益的。

技术实现思路

[0006]鉴于上述内容，提供了低温设备、控制低温设备的方法、机器可读介质和用于低温设备的控制器。
[0007]本公开的目的是提供低温设备、控制低温设备的方法、机器可读介质和用于低温设备的控制器，其提供了对大范围(特别是从室温到亚开尔文范围内的超低温)内的温度斜坡的无缝控制。根据权利要求、说明书和附图，本公开的另外的方面、益处和特征是显而易见的。
[0008]根据本公开的独立方面，提供了一种低温设备，诸如绝热去磁设备。该低温设备包括：至少一个第一温度改变机构，其可连接或连接到样品台并且被配置为改变样品台处(或样品台)的温度；至少一个第二温度改变机构，其不同于至少一个第一温度改变机构，其中，至少一个第二温度改变机构可连接或连接到样品台并且被配置为改变样品台处(或样品台)的温度；以及控制器。
[0009]根据可与本文所述的其它实施例组合的一些实施例，控制器被配置为：在第一温度范围内操作至少一个第一温度改变机构；在不同于第一温度范围的第二温度范围内操作至少一个第二温度改变机构；以及在第一温度范围与第二温度范围之间的第三温度范围内操作至少一个第一温度改变机构和至少一个第二温度改变机构两者。
[0010]至少一个第一温度改变机构在第二温度范围内不操作以改变样品台处的温度。类似地，至少一个第二温度改变机构在第一温度范围内不操作以改变样品台处的温度。在第三温度范围内，至少一个第一温度改变机构和至少一个第二温度改变机构被操作(特别是同时地)以改变样品台处的温度。
[0011]根据可与本文所述的其它实施例组合的一些实施例，控制器被配置为在第一温度范围的至少一部分期间操作或准备至少一个第二温度改变机构以用于温度改变操作。例如，至少一个第二温度改变机构可以在待机模式和/或准备模式下在第一温度范围的至少一部分(与第三温度范围相邻或毗邻)中操作。
[0012]另外或替代地，控制器可以被配置为在第二温度范围的至少一部分期间操作或准备至少一个第一温度改变机构以用于温度改变操作。例如，至少一个第一温度改变机构可以在待机模式和/或准备模式下在第二温度范围的至少一部分(与第三温度范围相邻或毗邻)中操作。
[0013]根据可与本文所述的其它实施例组合的一些实施例，至少一个第一温度改变机构和至少一个第二温度改变机构选自包括(或由其构成)主动加热机构、被动加热机构、主动冷却机构、被动冷却机构及其组合(例如，加热和冷却机构)的组。
[0014]根据可与本文所述的其它实施例组合的一些实施例，至少一个第一温度改变机构是加热机构。例如，至少一个第一温度改变机构可以是电阻加热器。
[0015]根据可与本文所述的其它实施例组合的一些实施例，至少一个第二温度改变机构是加热和冷却机构。例如，至少一个第二温度改变机构可以包括或可以是被配置为用于磁冷却和磁加热的绝热去磁制冷机(ADR)。
[0016]根据可与本文所述的其它实施例组合的一些实施例，至少一个第一温度改变机构和至少一个第二温度改变机构具有不同的功能类型。
[0017]例如，至少一个第一温度改变机构可以包括至少一个加热器，例如至少一个电阻加热器。另外或替代地，至少一个第二温度改变机构可以包括至少一个ADR级。
[0018]优选地，至少一个第二温度改变机构包括一个或多个单级ADR。
[0019]替代地，至少一个第二温度改变机构包括一个或多个多级ADR。优选地，各个多级ADR的级例如通过热控开关可串联连接。
[0020]根据可与本文所述的其它实施例组合的一些实施例，至少一个第一温度改变机构和至少一个第二温度改变机构具有相同的功能类型。
[0021]例如，至少一个第一温度改变机构可以具有至少一个第一操作特性，并且至少一个第二温度改变机构可以具有不同于至少一个第一操作特性的至少一个第二操作特性。
[0022]优选地，至少一个第一温度改变机构包括具有至少一个第一操作特性的至少一个第一加热器，特别是至少一个第一电阻加热器，并且至少一个第二温度改变机构包括具有至少一个第二操作特性的至少一个第二加热器，特别是至少一个第二电阻加热器。
[0023]优选地，至少一个第一操作特性和至少一个第二操作特性选自包括(或由其构成)
加热功率、最大加热功率、温度改变机构的操作极限、温度改变机构的尺寸、样品台的热输入特性及其组合的组。
[0024]根据可与本文所述的其它实施例组合的一些实施例，低温设备还包括可连接到样品台的储热器。
[0025]优选地，储热器被配置为充当散热器。
[0026]根据可与本文所述的其它实施例组合的一些实施例，储热器是被动冷却单元，诸如被动预冷却单元或浴槽。
[0027]根据可与本文所述的其它实施例组合的一些实施例，储热器由闭合循环制冷器(例如，脉冲管制冷机)和/或ADR系统和/或液氦浴槽和/或斯特林(Stirling)制冷器和/或吉福德
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麦克马洪(Gifford
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McMahon)(GM)制冷器和/或稀释制冷机和/或焦耳汤普森(Joule Thompson)冷却器和/或He
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4流低温恒温器和/或He
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3流低温恒温器提供。然而，本公开不限于此，并且可以使用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低温设备(300、400、500)，包括：至少一个第一温度改变机构(310、410)，其连接到样品台(20)并且被配置为改变所述样品台(20)处的温度；至少一个第二温度改变机构(320、420、520、522)，其不同于所述至少一个第一温度改变机构(310、410)，其中，所述至少一个第二温度改变机构(320、420、520、522)连接到所述样品台(20)并且被配置为改变所述样品台(20)处的所述温度；以及控制器，其被配置为：i)在第一温度范围(A)内操作所述至少一个第一温度改变机构(310、410)；ii)在不同于所述第一温度范围(A)的第二温度范围(B)内操作所述至少一个第二温度改变机构(320、420、520、522)；以及iii)在所述第一温度范围(A)与所述第二温度范围(B)之间的第三温度范围(C)内操作所述至少一个第一温度改变机构(310、410)和所述至少一个第二温度改变机构(320、420、520、522)两者。2.根据权利要求1所述的低温设备(300、400、500)，其中，所述至少一个第一温度改变机构(310、410)和所述至少一个第二温度改变机构(320、420、520、522)选自由主动加热机构、被动加热机构、主动冷却机构、被动冷却机构及其组合构成的组。3.根据权利要求2所述的低温设备(300、400、500)，其中，所述至少一个第一温度改变机构(310、410)是加热机构；并且所述至少一个第二温度改变机构(320、420、520、522)是加热和冷却机构。4.根据权利要求1至3中任一项所述的低温设备(300、400、500)，其中，所述至少一个第一温度改变机构(310、410)和所述至少一个第二温度改变机构(320、420、520、522)具有不同的功能类型；和/或所述至少一个第一温度改变机构(310、410)包括至少一个加热器，特别是电阻加热器；和/或所述至少一个第二温度改变机构(320、420、520、522)包括至少一个绝热去磁制冷机ADR级。5.根据权利要求1至4中任一项所述的低温设备(300、400、500)，其中，所述至少一个第二温度改变机构(320、420、520、522)包括或为一个或多个单级ADR；或所述至少一个第二温度改变机构(320、420、520、522)包括或为一个或多个多级ADR。6.根据权利要求1至3中任一项所述的低温设备(300)，其中，所述至少一个第一温度改变机构(310、410)和所述至少一个第二温度改变机构(320、420、520、522)具有相同的功能类型；和/或所述至少一个第一温度改变机构(310、410)具有至少一个第一操作特性，并且所述至少一个第二温度改变机构(320、420、520、522)具有不同于所述至少一个第一操作特性的至少一个第二操作特性；和/或所述至少一个第一温度改变机构(310、410)包括至少一个第一加热器，特别是至少一个第一电阻加热器，并且所述至少一个第二温度改变机构(320、420、520、522)包括至少一个第二加热器，特别是至少一个第二电阻加热器。7.根据权利要求1至6中任一项所述的低温设备(300、400、500)，还包括储热器(330)，
其能够连接到所述样品台(20)，并且被配置为充当散热器，特别地，其中，所述储热器(330)由以下中的至少一个来提供：
‑
闭合循环制冷器；
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脉冲管制冷机；
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ADR系统；
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液氦浴槽；
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【专利技术属性】
技术研发人员：拉斐尔，
申请(专利权)人：具特拉有限公司，
类型：发明
国别省市：