[發明專利]一種基于GM制冷機冷卻的低振動低溫磁場測量裝置

在審

• 申請號: 201911343670.2
• 申請日: 2019-12-24
• 公開（公告）號: CN111089436A
• 公開（公告）日: 2020-05-01
• 發明（設計）人: 李海波;程天;王永強;杜書強;趙祥;李艷鋒
• 申請（專利權）人: 中船重工鵬力（南京）超低溫技術有限公司
• 主分類號: F25B9/14
• 分類號: F25B9/14;F25B41/04;G01N35/00
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責任公司 32218
• 代理人: 李德濺

本發明公開了一種基于GM制冷機冷卻的低振動低溫磁場測量裝置，其特征在于：該裝置包括具有一個制冷腔體進氣口（30）和一個制冷腔體出液口（9）的制冷機腔體（6）以及配套的一臺GM制冷機（4），所述GM制冷機（4）的冷頭插入制冷機腔體（6）內且GM制冷機（4）與制冷機腔體（6）的上沿通過減振波紋管（5）連接，所述的GM制冷機（4）通過制冷機減振器（53）固定在支撐梁（56）上。本發明的裝置能夠有效降低GM制冷機振動對樣本測試的影響；樣本測試腔體通過絕熱剛性連接與低溫超導磁體相連，樣本測試桿通過腔體法蘭與樣本測試腔體相連，保持樣本與低溫超導磁體無相對運動，進一步降低振動對測試的影響。

技術領域

本發明涉及低溫恒溫器中的溫度調節及超導磁體技術領域，具體地說是一種能夠測量低溫磁場環境下樣本的相關性質參數的基于GM制冷機冷卻的低振動低溫磁場測量裝置。

背景技術

已存在可用溫度掃描及磁場掃描的超導磁體低溫恒溫器，此類低溫恒溫器可用作樣本的物性參數測量。此類低溫恒溫器通常包括真空殼體、多級熱輻射屏、制冷機、氦制冷劑管道、超導磁體、樣本空間及用于控制溫度及磁場的裝置。

此類低溫恒溫器的一個常見使用實例為可自動執行物性測量的可變溫度控制裝置。為進行測試，樣本測試空間的磁場強度需在一定時限內變化，通常為±9T，此時磁體處于4.2K以下的低溫以維持超導態。樣本測試空間內的溫度可在1.5-300K間做任意變化。此類低溫恒溫器控制要求不同部件之間冷量的精確分配。此類低溫恒溫器的一個可選冷源為脈管制冷機，此類制冷機具有振動低的優點；但4K脈管制冷機的成本較高且穩定性較差，不適于商業化應用。此類低溫恒溫器的一個可選熱耦接方式為剛性接觸式傳熱，此傳熱方式具有傳熱效果好的優點，但存在振動控制難度大的問題。此類低溫恒溫器的一個可選磁體冷卻方式為制冷機直接冷卻，此冷卻方式具有冷量損失小的優點，但存在磁體受冷頭狀態影響大的問題，系統溫度調節有限，否則易發生磁體失超。此類低溫恒溫器的一種常見配置為制冷機剛性連接到真空外殼及熱輻射屏上；此配置結構簡單可靠，但在磁場環境測試條件下制冷機振動對樣本測試存在很大影響。4K GM制冷機在正常運行中產生1Hz的振動，不利于磁場環境下的測試，需采用不影響熱傳遞的振動隔離手段削減。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術存在的問題，提供一種能夠測量低溫磁場環境下樣本的相關性質參數的基于GM制冷機冷卻的低振動低溫磁場測量裝置。

本發明的目的是通過以下技術方案解決的：

一種基于GM制冷機冷卻的低振動低溫磁場測量裝置，其特征在于：該裝置包括具有一個制冷腔體進氣口和一個制冷腔體出液口的制冷機腔體以及配套的一臺GM制冷機，所述GM制冷機的冷頭插入制冷機腔體內且GM制冷機與制冷機腔體的上沿通過減振波紋管連接，所述的GM制冷機通過制冷機減振器固定在支撐梁上。

所述的支撐梁通過立柱固定支撐在底板上。

該裝置包括真空外殼、一級熱輻射屏、二級熱輻射屏，所述的一級熱輻射屏和二級熱輻射屏皆通過熱輻射屏絕熱吊桿上下平行懸掛在真空外殼構成的一級腔體內，二級熱輻射屏及其相應的殼體構成的三級腔體位于一級熱輻射屏及其相應的殼體構成的二級腔體內，二級腔體位于一級腔體內且二級腔體和三級腔體皆通過熱輻射屏絕熱吊桿懸掛在一級腔體內。

所述的真空外殼通過外殼減振器固定支撐在底板上。

所述的制冷機腔體在對應GM制冷機的一級冷頭和二級冷頭的位置處分別設有一級換熱器和二級換熱器，且一級換熱器對應處的制冷機腔體外壁與一級熱輻射屏熱耦接、二級換熱器對應處的制冷機腔體外壁與二級熱輻射屏熱耦接。

該裝置包括同軸心布置的低溫超導磁體和樣本測試腔體，低溫超導磁體固定在磁體熱耦接板上，在磁體熱耦接板上設有液氦容器且兩者的連接位置處設有接板換熱器，液氦容器的頂部通過液氦管道與制冷機腔體底部的制冷腔體出液口連通，由液氦容器內的液氦提供并維持所述低溫超導磁體所需的低溫環境。