[实用新型]真空环境下可加热密封样品室装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及在外部环境为真空状态下可自动控制进行打开闭合样品通道、加热、密封的样品室装置，尤其针对月球、火星等星球上就位采集的土壤、岩石等固体样品使其释放气体进行必要的分析。

背景技术

随着人类对外部太空研究的日益进展，对行星表面的化学物质、矿物质进行分析可以为科学探测和研究提供科学依据。就位采样和分析技术由于对采集的样品无需运回地球就可以就位分析，节约了大量的资金和时间而显得非常重要。伴随着如磁质谱计、四极质谱计等分析仪器小型化研制的进展，在行星表面实现原位采样、原位分析提供了可能性。

星球表面土壤中或岩石中所含有气体量决定于星球表面的气体状态。特别是气体非常稀薄的星球，其土壤中含有的气体量是很少的，必须要通过加热的方式将其释放出来，储存在密封的样品室中以待分析。无论对于哪种分析仪器，样品室是必须要具备的，且样品室要具备开合、加热、密封等功能，以便于分析仪器分析。

当就位分析处在高真空环境中，样品以及样品所释放出来的气体在通向分析仪器之前，样品室必须要密封。其密封的好坏对于分析结果的准确性有着直接的影响。目前一般来说，要保证气体密封，即在一段时间内外部气体进不来，内部气体跑不掉，端面密封结构通常有两种模式，一种是运用金属法兰的刀口形式，即采用软金属如无氧铜作为密封材料，需要的密封力是280Mpa。该力通过螺栓紧固给与施加。但是当样品室本身外部为真空环境，尤其是处在月球等星体上无人操作，样品室端盖要打开和闭合的同时要保证密封，这种通过螺栓紧固定以给予巨大的密封力的机构是不合适的。另一种密封结构通常采用O型橡胶圈，通过密封面施加螺栓紧固使O型橡胶圈产生形变而达到密封。这种密封结构除去螺栓紧固的不适合使用以外，由于就位分析中一般要对样品施加高温促使其释放气体，该高温往往会使O型橡胶圈不能耐受，加热放出的气体也影响分析结果，同时O型橡胶圈耐空间辐射特性也难以做好。因此以上两种密封结构在空间应用中存在不足。

发明内容

技术问题：本实用新型的目的是提供一种体积小、重量小，功率低，可实现开盖闭合、加热、密封的真空环境下可加热密封样品室装置，它可以配合自动化设备和机器人的取样器装置，尤其是适合用于在月球、火星等星球表面的固体物质如土壤、岩石等气体成份分析。

技术方案：本实用新型的真空环境下可加热密封样品室装置包括固定和密封盖转动机构、位于固定和密封盖转动机构中的带热屏蔽套的真空加热杯、位于带热屏蔽套的真空加热杯上的密封盖板机构；

其中，带热屏蔽套的真空加热杯包括外部有螺纹槽的样品杯、烧结在螺纹槽中的热子组件、位于热子组件外的热屏蔽套筒、位于外部有螺纹槽的样品杯上部外侧的气体导管、样品杯端面具有第一光学表面；与密封机构的密封盖板之间形成真空密封。

密封盖板机构包括上部具有弧形凹槽轨道和下部具有第二光学表面的密封盖板、位于固定和密封盖转动机构的孔洞中，安装用于对密封盖板施压的滚珠和弹簧，滚珠的下部放置在密封盖板弧形凹槽轨道中，滚珠与密封盖板紧密接触。

固定和密封转动机构包括放置加热杯、弹簧等的固定基座、位于固定基座中提供旋转密封盖板动力的电机和减速箱，减速箱的输出轴连接密封盖板机构，实现盖板的旋转运动。

在带热屏蔽套的真空加热杯上螺纹槽中设有涂有氧化铝陶瓷粉的金属加热丝所组成的热子组件，用于对样品的加热；热屏蔽套筒与样品杯之间保持真空，以形成真空绝热层；热屏蔽套筒内部涂覆热反射膜，以增加热的反射，减少热损耗。

带热屏蔽套的真空加热杯中，热屏蔽套筒上带有排气小孔。当整个装置在真空环境下工作时，排气小孔可使热屏蔽套筒与样品杯之间保持真空，以形成真空绝热层；当整个装置在非真空环境下工作时，可以用外部真空系统通过小孔对热屏蔽套筒和样品杯之间的空间进行真空排气，使形成真空绝热层后，将小孔真空密封，使热屏蔽套筒与样品杯之间保持真空，以形成真空绝热层。

样品杯外部有螺纹槽，外涂氧化铝陶瓷粉的金属加热丝构成热子组件烧结在螺纹槽中与样品杯形成一个整体，其外部套有热屏蔽套筒加以保护。

密封盖板的下表面与样品杯的端面均为光学表面，密封盖板在减速箱输出轴的带动下，紧贴样品杯的端面水平旋转；

所述的样品杯，在其端面保留有倒角，利于密封盖板的旋转与复位。

基座的上部开有安装滚珠和弹簧的孔洞，弹簧放置在孔洞的内部，滚珠放置在孔洞的出口处并压在密封盖板的弧形凹槽轨道中，对密封盖板始终施加预置在弹簧中的密封压力。