专利名称:可控热开关恒温器的制作方法
本发明涉及一种可控热开关恒温器。
目前用于科学研究中的低温恒温器，按工作范围可分为两大类，一类用于极低温度实验，有各种致冷机型以及液氮容器型，低温限在35K、10K、4.2K或mK;另一类的使用范围为77K-370K，即低温限在液氮温度。按冷却方式，后一类恒温器又分为三种。第一种是让液氮在围绕样品的热交换管内流过，使液氮与样品交换热量;第二种是将液氮加热汽化，让汽化后的冷氮气流过样品，与样品直接交换热量。第三种方式是将液氮储存在液池中，用一根热导适当的导热杆将加热器和样品与液池连接起来，其中导热杆是这类恒温器中的关键部件。
反映该项技术的文件〔1〕G.H.Lesch，et al.IEEE J.Q.E.
QE-12(1976)83现有这类恒温器中热导杆一经制成，它的热导就不能改变，故一根热导杆不能同时满足快速升温和快速降温的要求。如果采用热导大的导热杆，可使降温速度快，但升温时需要供给加热器很大的电功率，同时耗费大量的液氮;如果采用热导小的导热杆，升温容易，但降温却十分缓慢。例如文献〔1〕中所介绍的恒温器，从室温降至-180℃约需6小时。
本发明的任务是用可控热开关代替导热杆，使这类恒温器升、降温速度加快，控温稳定和节省液氮。
本发明的任务是以如下方式完成的用热导很小的薄壁细金属管，称为输液管，它与恒温器中储液池的(称为大液池)底部连通，输液管的下端与一个热导好的金属密封容器(称为小液池)的下部连通，小液池的上部连着排气管，在排气管的出口处装有控制阀。导热良好的加热器安装在小液池上，样品安装在加热器上。为了减少系统与外界的热交换，在大、小液池、输液管、排气管、加热器以及样品的外壁与周围环境间有一个隔热区。
图1是可控热开关恒温器的一种结构原理图。
图2是可控热开关恒温器的另一种结构原理图。
图3是可控热开关恒温器用于光学实验的一个实例。
结合图1来说明可控热开关恒温器的工作原理，图中的〔1〕为大液池，内装有致冷液(如液氮)。小液池〔2〕由导热良好的金属制成，排气管〔3〕和输液管〔4〕是薄壁细金属管。当把控制阀〔6〕关断时，小液池〔2〕、排气管〔3〕、输液管〔4〕中的气体不能经控制阀〔6〕排出。尽管在细金属管〔4〕内液体受到向下的重力大于向上的表面张力，但由于液池〔2〕、排气管〔3〕、输液管〔4〕中已充满了气体，大液池〔1〕的液体不能通过输液管〔4〕进入小液池〔2〕中。这时样品〔8〕只能靠热导很小的细管〔3〕和〔4〕的传导作用与外界交换热量，因此，热交换速率很低，给加热器〔9〕加很小的电功率就能使样品迅速升温。
当控制阀〔6〕全开通时，在输液管〔4〕内作用在液体上的向下的重力大于向上的表面张力，大液池〔1〕内的液体会经过输液管〔4〕流入小液池〔2〕中，迫使原来占据小液池〔2〕、排气管〔3〕输液管〔4〕的气体经控制阀〔6〕排出，并在小液池〔2〕、输液管〔4〕中充满液体。这时样品〔8〕很容易与小液池〔2〕中的致冷液交换热量，使小液池〔2〕中的致冷液汽化经排气管〔3〕和控制阀〔6〕排出，样品〔8〕迅速降温。如果再将控制阀〔6〕关断，在小液池〔2〕内汽化后的气体会逐渐充满排气管〔3〕和小液池〔2〕，并将小液池〔2〕内尚未汽化的液体压回〔1〕中，这时样品〔8〕又重新处于与外界热交换少的状态。
如果使控制阀〔6〕处于局部扇形的状态，大液池〔1〕中的液体会以相应的速率流入小液池〔2〕中，液体在小液池〔2〕中汽化时将部分热量带走，使样品〔8〕缓慢降温。
可见，控制阀〔6〕的状态(关断、全开通或不同程度的开通)能控制样品与外界交换热量的速率。
在图2中，用热交换管〔12〕(此管各部分的粗细和材料可以不同)代替图1中的输液管、小液池和排气管。连接座〔13〕既为样品与致冷液进行热交换提供了良好的通路、又起着支撑加热器和样品的作用，其工作原理与图1相同。
可控热开关恒温器完成从室温到-185℃的变温过程仅需40分钟;从-185℃升到室温约需30分钟;并可在-185℃～100℃的温度范围内的任意温度上恒温;当隔热真空区的真空度为10-6Torr恒温器工作于恒温状态时，液氮消耗率为0.3升/小时。
图3是可控热开关恒温器用于光学实验的一个实例。大液池〔1〕是用不锈钢制做的一个园柱形容器，小液池〔2〕是用黄铜制做的扁园形盒，输液管〔4〕是一根德银管。排气管〔3〕也是一根薄壁细金属管，然后接上一根橡皮管，控制阀〔6〕安装在橡皮管上，控制阀〔6〕是一个放气阀，加热器是一个镶嵌有电阻丝的紫铜块，隔热真空室是一个带通光窗口的园柱形不锈钢容器(分为由法兰盘连接的上下两段，以便装卸样品)，其真空度一般为10-6Torr。大液池〔1〕、小液池〔2〕、排气管〔3〕、输液管〔4〕间的连接采用焊接。热反射屏〔10〕是一个用黄铜制作的园筒，上端与大液池〔1〕保持良好的热接触。透光窗口为园形平板玻璃片，它们与真空室外壁间用“○”形橡皮圈密封真空。
权利要求
1.一种可控热开关恒温器是由致冷液、液池、加热器和隔热区组成的，其特征在于大液池[1]上部与外界相通，底部输液管[4]将大液池底部和小液池[2]连通，小液池上部与排气管[3]连通，排气管[3]的另一端与控制阀[6]相通。
2.一种按权利要求
1所述的可控热开关恒温器，其特征在于，与输液管〔4〕相通的小液池〔2〕是密封金属容器。
3.一种按权利要求
1、2所述的可控热开关恒温器，其特征在于输液管〔4〕是一根或一根以上，内径为0.5～3mm的热导小的薄壁细金属管。
4.一种按权利要求
1所述的可控热开关恒温器，其特征在于液池〔1〕的底部与热交换管〔12〕连通，热交换管的另一端装有一个控制阀〔6〕，热交换管上固定着一个连接座〔13〕。
5.一种按权利要求
4所述的可控热开关恒温器，其特征在于热交换管是一根或一根以上，内径为0.5～3mm的薄壁细金属管。
6.一种按权利要求
4、5所述的可控热开关恒温器，其特征在于连接座〔13〕由热导良好的金属制成，它与热交换管〔12〕、加热器〔9〕既能牢固的联结又有良好的热接触。
7.一种按权利要求
1、4所述的可控热开关恒温器，其特征在于安装在排气管〔3〕和热交换管〔12〕上，有一控制气体流量的部件。
专利摘要
本发明是一种用于科学实验的低温控温用的恒温器，它由大液池、小液池、及连接这两个液池的输液管，连接在小液池上部的排气管，安装在排气管出气口上的控制阀，加热器和隔热区组成。这种可控热开关恒温器具有升、降温速度迅速，控温稳定和节省大量液氮的特点。
文档编号B01L7/00GK85100698SQ85100698
公开日1987年8月19日 申请日期1985年4月1日
发明者赵世富, 钱生法, 韩大星 申请人:中国科学院物理研究所导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan