[发明专利]用于热物性测量的宽温区控温恒温装置

说明书

技术领域

本发明涉及低温至高温宽温区的热环境实现技术手段，具体的是一种面向热物性测量的、以液氮为冷源和电加热为热源的真空绝热保护型控温恒温装置。

背景技术

科学研究和工业过程中需要大量的热物性测量，伴随着越来越多的材料如高分子材料和纳米材料的涌现，这种需求越发强烈。而其中相当一部分需要在极低的温度至比室温略高的区间进行，甚至要在线实时测量。从液氮温度至比室温高五六十度的温区是应用最集中的温区，如何实现一种成本低，操作简便，控温稳定的恒温器具有重要现实意义。

经过对现有技术的检索发现：

公告号为CN1696657A的发明专利公布了一种光学低温恒温器，该装置可为有变温要求的多角度光学测量样品提供低温环境，内建有一个小型容腔，采用通入液氮或其它低温流体并辅以电加热的方式实现控温。该装置侧重于光学通道的设计，较适合固定尺寸样品的光学测量，不适合推广到热物性测量。其冷源与样品之间通过导热方式传递冷量，降温速率有限，当进行接近室温的温度点控温时，低温液体蒸发量剧增，需要频繁补充低温液体。公告号为CN102759492A的发明专利公布了一种应用介电常数法测量低温流体密度的装置，该发明结构简单，能够实现温度80K～310K和压力0.1MPa～8MPa范围内被测流体的控温要求。但是该恒温器也将冷源内置在真空腔内，所能容纳的液氮体积有限，需要不断补充液氮，实验连续性不佳。公告号为CN101718725A的发明专利公布了一种测量样品热物性的装置，该装置功能丰富，能够实现快速测试，其控温范围在‐70～+180℃之间，恒温环境由恒温空气浴提供，该恒温空气浴采用进口的Challenge250试验箱实现；再加上内建反应釜等，使得整体结构复杂，制备成本高。此外，它无法实现‐70℃以下温区的控温。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供一种面向材料热物性测量的‐190～+80℃宽温区控温恒温装置。本发明不仅结构简单、制备容易、操作简便，而且适用范围广，并不专门针对某一种物性的测量。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种用于热物性测量的宽温区控温恒温装置，其特点在于：该装置由试样瓶、盲板法兰盖、试样座、液氮杜瓦瓶、气体连接管路、温度测量与控制单元、气压测量系统组成：

所述的试样瓶为一不锈钢瓶，它与所述的盲板法兰盖采用ISO标准实现真空密封连接，所述的试样瓶的外侧颈部固设有搁板，该搁板的外径大于所述的液氮杜瓦瓶的口径，用于将试样瓶搁置在敞口杜瓦瓶上，所述的试样瓶浸泡在所述的敞口杜瓦瓶的液氮中，所述的盲板法兰盖上设有抽空通道、信号线通道和安装悬杆的内螺纹沉孔；

所述的试样座由紫铜样品基板、样品固定夹板、圆形挡板、热物性测试仪探头固定夹和温度计安装槽组成，该试样座通过悬杆与所述的盲板法兰盖连接；

所述的气体连接管路包括不锈钢管道及阀门，用于将所述的试样瓶和外部真空机组、气源钢瓶、压力传感器、航空接头连接；

所述的温度测量与控制单元由温度传感器、电加热器、温控仪组成；所述的温度传感器安装在所述的样品座的温度计安装槽内，所述的电加热器为锰铜丝，缠绕在样品基板上，所述的温度传感器和电加热器的引线均通过航空接件引至所述的试样瓶外与温控仪相连。

所述的抽空通道采用KF标准法兰接口，可接同样具有KF接口的多通真空管路或阀门，可实现外部扩展。所述的信号线通道为热物性测量探头的穿舱连接件，采用快速插拨式的LEMO接口。所述的航空接插件通过KF接口形式安装在真空管路上，而非安装在所述的盲板法兰盖上。

所述的悬杆用空心环氧树脂材料制成，以减少从室温环境至样品座的漏热。所述的温度传感器为三支PT100温度计，分别布置于样品的两侧以及样品基板上，通过比较三支温度传感器示数的一致性，来判断样品所处环境温度的均匀性和热平衡状。稳态时，读数的平均值作为测点温度。

所述的控温恒温器装置，其特征在于利用液氮为恒定温度的背景冷源，通过真空隔热腔内样品座上的电加热丝提供的热量补偿来实现控温，可控温区范围为‐190℃到+80℃。所述的控温恒温器装置，其特征在于样品所处的试样瓶内允许充入氦气等传热介质气体，其气体压力从高真空至两个大气压范围可控，可进行在指定气氛条件的样品物性测量；通过充入介质气体实现对样品的快速冷却和温度均匀化；通过抽除介质可实现样品的良好保温，配合电加热补偿可实现精确控温。