[發明專利]一種低溫恒溫器

在審

• 申請號: 201810206829.5
• 申請日: 2018-03-13
• 公開（公告）號: CN108800638A
• 公開（公告）日: 2018-11-13
• 發明（設計）人: 周剛;李青;李空容;孫郁
• 申請（專利權）人: 中國科學院理化技術研究所
• 主分類號: F25B9/00
• 分類號: F25B9/00;F25B49/02
• 代理公司: 深圳市科進知識產權代理事務所(普通合伙) 44316
• 代理人: 趙勍毅

一種低溫恒溫器，包括制冷機、氦氣源和氦容器；所述制冷機用于提供冷量；所述氦氣源與所述氦容器連通，所述氦氣源用于向所述氦容器輸送氦氣；所述氦容器與所述制冷機的一級冷頭連接，所述制冷機將所述氦容器內的氦氣冷卻為液氦或者超臨界氦，所述氦容器和控溫對象連接。上述低溫恒溫器，通過制冷機將氦容器內的氦氣冷卻為液氦或者超臨界氦，此時氦容器內的氦的密度將達到100kg/m³以上，由于氦在低溫下仍能保持較大的比熱容(2000J/(Kg·K)以上)，因此可以有效用于抑制制冷機一級冷頭造成的溫度波動，大大提高低溫冷源的溫度穩定性。上述低溫恒溫器，可以利用機械式制冷機實現mK量級波動的高穩定性低溫溫度控制的過程。

技術領域

本發明涉及低溫溫度控制技術領域，尤其涉及一種低溫恒溫器。

背景技術

近年來，隨著小型制冷機技術的迅速發展，特別是商用的G-M制冷機、脈管制冷機在冷量和性能方面都有了巨大的進步，以制冷機為冷源的低溫系統得到了越來越廣泛的應用。它們被廣泛應用于低溫下熱物性的測量、低溫下機械性能實驗、小型超導磁體的冷卻、紅外遙感、超導電子學等領域。與以低溫液體為冷源的低溫系統相比，以制冷機為冷源的低溫系統結構更加簡單，操作方便，不需要消耗低溫液體，運行成本低。然而，目前廣泛使用的機械式低溫制冷機采用的都是回熱式制冷原理，工質氣體在制冷機系統內以一定的頻率往復運動，會給被冷卻的樣品帶來較大的機械振動和溫度波動(典型值達到±0.1～0.2K)，無法滿足物性測試、低溫溫度標定等領域對溫度高穩定性(mK量級)的需求。

發明內容

鑒于此，有必要提供一種能夠提高溫度穩定性的低溫恒溫器。

一種低溫恒溫器，包括制冷機、氦氣源和氦容器；

所述制冷機用于提供冷量；

所述氦氣源與所述氦容器連通，所述氦氣源用于向所述氦容器輸送氦氣；

所述氦容器與所述制冷機的一級冷頭連接，所述制冷機將所述氦容器內的氦氣冷卻為液氦或者超臨界氦，所述氦容器和控溫對象連接。

在一個實施例中，所述氦容器內設有翅片或圓管。

在一個實施例中，還包括換熱器，所述換熱器設于所述制冷機的一級冷頭上，所述換熱器的進口和所述氦氣源連接，所述換熱器的出口和所述氦容器連接，所述換熱器用于氦氣的預冷。

在一個實施例中，還包括壓力控制器，所述壓力控制器設于所述氦容器與所述氦氣源之間。

在一個實施例中，還包括熱阻片，所述熱阻片設于所述氦容器和控溫對象之間。

在一個實施例中，還包括加熱器，所述加熱器設于所述控溫對象上。

在一個實施例中，還包括第一溫度計、第二溫度計和第三溫度計和控溫系統，所述第一溫度計、所述第二溫度計、所述第三溫度計、所述加熱器均和所述控溫系統連接，所述第一溫度計設于所述一級冷頭上，所述第二溫度計設于所述氦容器的底部，所述第三溫度計設于所述控溫對象上。

在一個實施例中，還包括第一級熱防護屏，所述控溫對象設于所述第一級熱防護屏內。

在一個實施例中，還包括第二級熱防護屏，所述制冷機的一級冷頭、所述氦容器和所述第一級熱防護屏均設于所述第二級熱防護屏內。

在一個實施例中，還包括真空筒體，所述第二級熱防護屏設于所述真空筒體內。

上述低溫恒溫器，通過制冷機將氦容器內的氦氣冷卻為液氦或者超臨界氦，此時氦容器內的氦的密度將達到100kg/m³以上，由于氦在低溫下仍能保持較大的比熱容(2000J/(Kg·K)以上)，因此可以有效用于抑制制冷機一級冷頭造成的溫度波動，大大提高低溫冷源的溫度穩定性。上述低溫恒溫器，可以利用機械式制冷機實現mK量級波動的高穩定性低溫溫度控制的過程。