[其他]冷指式多用途样品控温装置

说明书

冷指式多用途样品控温装置属于与科研、教学用实验仪器配套的样品控温设备，由三部分组成：（１）电子学控温系统；（２）冷却剂容器；（３）冷指型真空样品室。真空样品室内有样品架，样品架上设有测温元件和加热元件，通过过渡头与伸出真空室外接触冷却剂的铜棒相连。装置的温度稳定性好于０．０５℃／２４小时，若用液氮作冷却剂，则控温范围为－１８８℃～＋７００℃。同一装置可通过更换过渡头和样品架而适用于多种实验目的，如固体和液体样品的正电子湮没测量，穆斯堡尔谱测量，深能级瞬态谱测量，光学测量，电导测量和其它可将信息以射线、电、光等方式从真空室内带至真空室外的测量。

本发明属于与科研、教学用实验仪器配套的控温设备。

在科研和教学中有大量的实验工作需要将实验样品置于不同的高温或低温下进行测量，需要有适合于各种测量的样品控温装置。例如在正电子湮没测量中就需要这样一种控温装置：它可以与正电子湮没谱仪配套使用，将样品温度稳定于从低温到高温的任一选定的数值，要求控温范围广，温度波动小，对实验计数率影响小，并且既可用于固体又可用于液体样品的测量。在穆斯堡尔谱测量，半导体材料深能级瞬态谱测量、光学测量、电导测量等其它实验中也需要有类似的控温装置。目前已有一些控温装置，例如美国专利U·S3，611，746介绍了一种封装核辐射探测器的控温装置，该装置包括一个盛冷却剂的特制杜瓦瓶，一个与杜瓦瓶相配的真空室，安装核辐射探测器的平台处于真空室内，真空室外与平台相接的一根金属棒向下插入杜瓦瓶中的冷却剂采冷，蒸发的冷却剂气体由金属棒周围上升，经杜瓦瓶上端的喷嘴喷向平台下侧，使平台进一步冷却，通过金属棒的采冷作用和调节冷却剂气体的流量，可使安装样品平台的温度控制在-90℃～-250℃之间，与冷却剂的种类有关。该装置结构复杂，温度稳定性差，不能将温度控制到室温以上，无法适用于要求温度稳定性好，控温范围广的正电子湮没测量和上面提到的其它各种测量。

本发明的目的是设计一种结构简单的样品控温装置，使装置具有宽广的控温范围，良好的控温稳定性，适用于固体和液体样品的正电子湮没测量以及穆斯堡尔谱测量、半导体材料的深能级瞬态谱测量、光学测量，电导测量等实验研究。

本装置由冷指状真空样品室、冷却剂容器、电子学控温系统三部分组成。样品架处于真空室内，与插入冷却剂采冷的金属棒相连，但省却了冷却剂致冷系统，因而结构大大减化，且杜瓦瓶不需要特制，购买市售产品即可。为了使样品架能达到接近冷却剂温度的低温，本装置将金属棒设计得几乎全部位于真空室中，以减少金属棒与周围物质的热交换，并使少部分伸出真空室外的金属棒全部浸入冷却剂。为了达到调温目的，在样品架上设置了加热元件和测温元件，可通过自动控制加热元件的功率，将样品架温度控制在极限温度（加热功率为0时）到700℃的高温之间的任一温度，加热元件插在样品架之内，测温元件处于加热元件的对称位置与加热元件之间的距离不超过两厘米。由于采用内加热方案，并选择了合适的测温元件和加热元件的几何配置，装置调温性能很好，稳定性达到±0.05℃/24h。样品架通过过渡头与插入冷却剂采冷的金属棒相连，样品架与过渡头之间是锥形连接，过渡头的形状和材料可以根据不同的实验目的更换;在实验要求较低的极限低温时，过渡头采用导热性好的金属材料，如铜、铝等，以减少热阻;当实验要求样品温度较高时过渡头采用导热差的材料，如石棉等，以减少高温下样品架与外界的热传导，节省加热器的功率。样品架可以根据与不同的实验仪器配套使用而更换。装置配制了正电子湮没测量用的液体样品盒，样品盒包括一个样品盒上盖和一个样品盒底座，二者通过螺钉连接，其间有一塑料密封圈，正电子源通过拧紧螺钉时密封圈的压力密封于两层塑料薄膜之间，两个液体样品室分别置于薄膜与样品盒上盖以及薄膜与样品盒底座之间，使用时样品由液体输入孔输入样品室。这样同一装置可使用于前面提到的固体、液体样品的正电子湮没测量、穆斯堡尔谱测量、半导体材料的深能级瞬态谱测量、光学测量、电导测量等实验研究。

下面以用于正电子湮没测量的样品控温装置为例，对装置的具体结构进行详细的描述。