[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于低溫制冷機(jī)的原子氣室內(nèi)壁堿金屬遷移裝置及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011210666.1
• 申請(qǐng)日: 2020-11-03
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112611624A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-04-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭建朋;蔡玉珍;李新坤;何嬌;王風(fēng)嬌;趙雄;劉院省;王學(xué)鋒
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北京航天控制儀器研究所
• 主分類(lèi)號(hào): G01N1/44
• 分類(lèi)號(hào): G01N1/44;G01N25/20;F25B9/14;F25D31/00;F25D29/00
• 代理公司: 中國(guó)航天科技專(zhuān)利中心 11009
• 代理人: 張曉飛

本發(fā)明提供了一種基于低溫制冷機(jī)的原子氣室內(nèi)壁堿金屬遷移裝置及方法，應(yīng)用于原子氣室制備及評(píng)估領(lǐng)域。本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種實(shí)現(xiàn)原子氣室內(nèi)壁堿金屬遷移的高效裝置和方法。本發(fā)明通過(guò)整體加熱和局部制冷的方式，利用制冷機(jī)實(shí)現(xiàn)氣室內(nèi)堿金屬富集位置的精準(zhǔn)熱控制，實(shí)現(xiàn)原子氣室內(nèi)壁堿金屬的精準(zhǔn)輸運(yùn)，其中，不同于現(xiàn)有火焰加熱等方式進(jìn)行氣室內(nèi)堿金屬的驅(qū)趕遷移，本發(fā)明具有更高的堿金屬富集率，更小的堿金屬集中區(qū)域，操作簡(jiǎn)易，具有良好的可重復(fù)性。利用本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)原子氣室內(nèi)壁堿金屬的高效輸運(yùn)，對(duì)于原子氣室內(nèi)壁堿金屬的分布控制與原子氣室內(nèi)堿金屬量的精確評(píng)估具有重要意義。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及原子氣室制造及評(píng)估技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種原子氣室內(nèi)壁堿金屬遷移技術(shù)。

背景技術(shù)

原子氣室是原子陀螺儀、原子磁力儀、原子鐘等儀表的核心部件，原子氣室的性能將直接影響上述儀表的最終精度。不同用途向玻璃殼內(nèi)充入不同量的堿金屬和惰性氣體，其中堿金屬包括銣、銫和鉀，惰性氣體包括氦氣、氮?dú)狻㈦瘹狻⒛蕷獾取?duì)微小玻殼內(nèi)堿金屬的量進(jìn)行精確檢測(cè)是氣室評(píng)估中的重要問(wèn)題，將直接影響原子氣室的性能和工作壽命。其基本原理是首先將原子氣室內(nèi)的堿金屬進(jìn)行集中富集，再通過(guò)差示掃描量熱儀(DSC)等進(jìn)行測(cè)量。

對(duì)于原子氣室內(nèi)銣等堿金屬的遷移，目前主要通過(guò)手工火焰驅(qū)趕的方式，使氣室內(nèi)堿金屬產(chǎn)生相變，經(jīng)過(guò)固相-氣相-固相等變化，堿金屬在玻殼內(nèi)遠(yuǎn)離火焰的位置集中，該方法堿金屬的輸運(yùn)富集效果較差，存在集中度低、富集區(qū)域過(guò)大等問(wèn)題，且對(duì)操作者技藝要求較高，重復(fù)性差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于低溫制冷機(jī)的原子氣室內(nèi)壁堿金屬遷移裝置和方法，本發(fā)明通過(guò)整體加熱和局部制冷的方式，利用制冷機(jī)實(shí)現(xiàn)氣室堿金屬富集位置的精準(zhǔn)熱控制，實(shí)現(xiàn)原子氣室內(nèi)壁堿金屬的精準(zhǔn)輸運(yùn)和遷移。其中，相對(duì)于現(xiàn)有火焰加熱等方式進(jìn)行氣室內(nèi)壁堿金屬的驅(qū)趕遷移，本發(fā)明具有更高的堿金屬富集率，更小的堿金屬集中區(qū)域，操作簡(jiǎn)易，具有良好的可重復(fù)性。利用本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)原子氣室內(nèi)壁堿金屬的高效輸運(yùn)，對(duì)于原子氣室內(nèi)壁堿金屬的分布控制與原子氣室內(nèi)堿金屬量的精確評(píng)估具有重要意義。

本發(fā)明的上述目的主要是通過(guò)如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的：

一種基于低溫制冷機(jī)的原子氣室內(nèi)壁堿金屬遷移裝置包括加熱體、保溫材料、低溫制冷機(jī)、冷橋、冷頭、溫度傳感器、溫度巡檢儀和控制器；

加熱體通過(guò)導(dǎo)熱與輻射形式對(duì)原子氣室進(jìn)行加熱；

保溫材料包覆在加熱體外側(cè)，減少加熱體向環(huán)境的漏熱，降低加熱功耗；

低溫制冷機(jī)與冷橋通過(guò)機(jī)械方式緊密配合；

通過(guò)冷橋?qū)⒌蜏刂评錂C(jī)的冷量輸送至冷頭，冷頭則直接與原子氣室堿金屬富集面直接接觸，通過(guò)導(dǎo)熱形式進(jìn)行制冷；

溫度傳感器分別測(cè)量冷頭的制冷溫度和加熱體的加熱溫度，并通過(guò)溫度巡檢儀進(jìn)行讀數(shù)，溫度數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至控制器；

控制器利用PID控制，根據(jù)設(shè)定溫度和時(shí)間分別對(duì)低溫制冷機(jī)和加熱體進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。

所述的加熱體為電阻式加熱，加熱溫度最高300℃。

所述的保溫材料為保溫棉，保溫棉厚度為5mm，纏繞層數(shù)3層以上。

所述的低溫制冷機(jī)為液氮溫區(qū)脈沖管制冷機(jī)，制冷機(jī)最低制冷溫度為-200℃。

所述的冷橋和冷頭均為無(wú)氧銅材質(zhì)。

一種基于低溫制冷機(jī)的原子氣室內(nèi)壁堿金屬遷移裝置及方法，包括以下步驟：

(1)將原子氣室放入加熱體固定，使堿金屬富集面與冷頭緊密接觸；

(2)控制器設(shè)定加熱溫度T_H及時(shí)間t1，加熱體開(kāi)始升溫；