[其他]冷指式多用途樣品控溫裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 85100059
• 申請日: 1985-04-01
• 公開（公告）號: CN85100059B
• 公開（公告）日: 1986-10-29
• 發(fā)明（設計）人: 曹必松
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: F25B19/00
• 分類號: F25B19/00
• 代理公司: 清華大學專利事務所
• 代理人: 黃冠穎

本發(fā)明屬于與科研、教學用實驗儀器配套的控溫設備。

在科研和教學中有大量的實驗工作需要將實驗樣品置于不同的高溫或低溫下進行測量，需要有適合于各種測量的樣品控溫裝置。例如在正電子湮沒測量中就需要這樣一種控溫裝置：它可以與正電子湮沒譜儀配套使用，將樣品溫度穩(wěn)定于從低溫到高溫的任一選定的數(shù)值，要求控溫范圍廣，溫度波動小，對實驗計數(shù)率影響小，并且既可用于固體又可用于液體樣品的測量。在穆斯堡爾譜測量，半導體材料深能級瞬態(tài)譜測量、光學測量、電導測量等其它實驗中也需要有類似的控溫裝置。目前已有一些控溫裝置，例如美國專利U·S3，611，746介紹了一種封裝核輻射探測器的控溫裝置，該裝置包括一個盛冷卻劑的特制杜瓦瓶，一個與杜瓦瓶相配的真空室，安裝核輻射探測器的平臺處于真空室內(nèi)，真空室外與平臺相接的一根金屬棒向下插入杜瓦瓶中的冷卻劑采冷，蒸發(fā)的冷卻劑氣體由金屬棒周圍上升，經(jīng)杜瓦瓶上端的噴嘴噴向平臺下側(cè)，使平臺進一步冷卻，通過金屬棒的采冷作用和調(diào)節(jié)冷卻劑氣體的流量，可使安裝樣品平臺的溫度控制在-90℃～-250℃之間，與冷卻劑的種類有關。該裝置結(jié)構復雜，溫度穩(wěn)定性差，不能將溫度控制到室溫以上，無法適用于要求溫度穩(wěn)定性好，控溫范圍廣的正電子湮沒測量和上面提到的其它各種測量。

本發(fā)明的目的是設計一種結(jié)構簡單的樣品控溫裝置，使裝置具有寬廣的控溫范圍，良好的控溫穩(wěn)定性，適用于固體和液體樣品的正電子湮沒測量以及穆斯堡爾譜測量、半導體材料的深能級瞬態(tài)譜測量、光學測量，電導測量等實驗研究。

本裝置由冷指狀真空樣品室、冷卻劑容器、電子學控溫系統(tǒng)三部分組成。樣品架處于真空室內(nèi)，與插入冷卻劑采冷的金屬棒相連，但省卻了冷卻劑致冷系統(tǒng)，因而結(jié)構大大減化，且杜瓦瓶不需要特制，購買市售產(chǎn)品即可。為了使樣品架能達到接近冷卻劑溫度的低溫，本裝置將金屬棒設計得幾乎全部位于真空室中，以減少金屬棒與周圍物質(zhì)的熱交換，并使少部分伸出真空室外的金屬棒全部浸入冷卻劑。為了達到調(diào)溫目的，在樣品架上設置了加熱元件和測溫元件，可通過自動控制加熱元件的功率，將樣品架溫度控制在極限溫度（加熱功率為0時）到700℃的高溫之間的任一溫度，加熱元件插在樣品架之內(nèi)，測溫元件處于加熱元件的對稱位置與加熱元件之間的距離不超過兩厘米。由于采用內(nèi)加熱方案，并選擇了合適的測溫元件和加熱元件的幾何配置，裝置調(diào)溫性能很好，穩(wěn)定性達到±0.05℃/24h。樣品架通過過渡頭與插入冷卻劑采冷的金屬棒相連，樣品架與過渡頭之間是錐形連接，過渡頭的形狀和材料可以根據(jù)不同的實驗目的更換;在實驗要求較低的極限低溫時，過渡頭采用導熱性好的金屬材料，如銅、鋁等，以減少熱阻;當實驗要求樣品溫度較高時過渡頭采用導熱差的材料，如石棉等，以減少高溫下樣品架與外界的熱傳導，節(jié)省加熱器的功率。樣品架可以根據(jù)與不同的實驗儀器配套使用而更換。裝置配制了正電子湮沒測量用的液體樣品盒，樣品盒包括一個樣品盒上蓋和一個樣品盒底座，二者通過螺釘連接，其間有一塑料密封圈，正電子源通過擰緊螺釘時密封圈的壓力密封于兩層塑料薄膜之間，兩個液體樣品室分別置于薄膜與樣品盒上蓋以及薄膜與樣品盒底座之間，使用時樣品由液體輸入孔輸入樣品室。這樣同一裝置可使用于前面提到的固體、液體樣品的正電子湮沒測量、穆斯堡爾譜測量、半導體材料的深能級瞬態(tài)譜測量、光學測量、電導測量等實驗研究。

下面以用于正電子湮沒測量的樣品控溫裝置為例，對裝置的具體結(jié)構進行詳細的描述。

附圖1是用于正電子湮沒測量的樣品控溫裝置的結(jié)構圖，圖中1為冷指上蓋，2為保溫層，3為樣品，4為薄窗，5為真空密封圈，6為真空閥門，7為冷指底座，8為冷卻劑容器，9為紫銅棒，10為冷卻水管，11為測溫元件，12為加熱元件，13為樣品架，14為絕緣子，15為電子學控溫系統(tǒng)，16為過渡頭，17為冷卻劑，18為分子篩，19為焊口，20為冷指型真空樣品室。裝置由三部分組成：

（1）電子常溫系統(tǒng)15（圖中以方框表示），用以測溫和自動控制加熱元件的功率，可以采用市售的JWK-702可控硅交流調(diào)壓控溫系統(tǒng)。

（2）冷卻劑容器8，口徑70毫米，用以儲存冷卻劑（液氮、液氦、冰水空氣等），可以采用市售產(chǎn)品。