[发明专利]一种低温恒温器

说明书

一种低温恒温器，包括制冷机、氦气源和氦容器；所述制冷机用于提供冷量；所述氦气源与所述氦容器连通，所述氦气源用于向所述氦容器输送氦气；所述氦容器与所述制冷机的一级冷头连接，所述制冷机将所述氦容器内的氦气冷却为液氦或者超临界氦，所述氦容器和控温对象连接。上述低温恒温器，通过制冷机将氦容器内的氦气冷却为液氦或者超临界氦，此时氦容器内的氦的密度将达到100kg/m³以上，由于氦在低温下仍能保持较大的比热容(2000J/(Kg·K)以上)，因此可以有效用于抑制制冷机一级冷头造成的温度波动，大大提高低温冷源的温度稳定性。上述低温恒温器，可以利用机械式制冷机实现mK量级波动的高稳定性低温温度控制的过程。

技术领域

本发明涉及低温温度控制技术领域，尤其涉及一种低温恒温器。

背景技术

近年来，随着小型制冷机技术的迅速发展，特别是商用的G-M制冷机、脉管制冷机在冷量和性能方面都有了巨大的进步，以制冷机为冷源的低温系统得到了越来越广泛的应用。它们被广泛应用于低温下热物性的测量、低温下机械性能实验、小型超导磁体的冷却、红外遥感、超导电子学等领域。与以低温液体为冷源的低温系统相比，以制冷机为冷源的低温系统结构更加简单，操作方便，不需要消耗低温液体，运行成本低。然而，目前广泛使用的机械式低温制冷机采用的都是回热式制冷原理，工质气体在制冷机系统内以一定的频率往复运动，会给被冷却的样品带来较大的机械振动和温度波动(典型值达到±0.1～0.2K)，无法满足物性测试、低温温度标定等领域对温度高稳定性(mK量级)的需求。

发明内容

鉴于此，有必要提供一种能够提高温度稳定性的低温恒温器。

一种低温恒温器，包括制冷机、氦气源和氦容器；

所述制冷机用于提供冷量；

所述氦气源与所述氦容器连通，所述氦气源用于向所述氦容器输送氦气；

所述氦容器与所述制冷机的一级冷头连接，所述制冷机将所述氦容器内的氦气冷却为液氦或者超临界氦，所述氦容器和控温对象连接。

在一个实施例中，所述氦容器内设有翅片或圆管。

在一个实施例中，还包括换热器，所述换热器设于所述制冷机的一级冷头上，所述换热器的进口和所述氦气源连接，所述换热器的出口和所述氦容器连接，所述换热器用于氦气的预冷。

在一个实施例中，还包括压力控制器，所述压力控制器设于所述氦容器与所述氦气源之间。

在一个实施例中，还包括热阻片，所述热阻片设于所述氦容器和控温对象之间。

在一个实施例中，还包括加热器，所述加热器设于所述控温对象上。

在一个实施例中，还包括第一温度计、第二温度计和第三温度计和控温系统，所述第一温度计、所述第二温度计、所述第三温度计、所述加热器均和所述控温系统连接，所述第一温度计设于所述一级冷头上，所述第二温度计设于所述氦容器的底部，所述第三温度计设于所述控温对象上。

在一个实施例中，还包括第一级热防护屏，所述控温对象设于所述第一级热防护屏内。

在一个实施例中，还包括第二级热防护屏，所述制冷机的一级冷头、所述氦容器和所述第一级热防护屏均设于所述第二级热防护屏内。

在一个实施例中，还包括真空筒体，所述第二级热防护屏设于所述真空筒体内。

上述低温恒温器，通过制冷机将氦容器内的氦气冷却为液氦或者超临界氦，此时氦容器内的氦的密度将达到100kg/m³以上，由于氦在低温下仍能保持较大的比热容(2000J/(Kg·K)以上)，因此可以有效用于抑制制冷机一级冷头造成的温度波动，大大提高低温冷源的温度稳定性。上述低温恒温器，可以利用机械式制冷机实现mK量级波动的高稳定性低温温度控制的过程。