[发明专利]热容热阻双效耦合的深低温高精度控温装置

说明书

本发明公开了一种热容热阻双效耦合的深低温高精度控温装置，装置包括制冷机、氦罐、热阻片、防辐射屏组、真空罩、温度计、加热器、管路、控温仪以及常温氦储罐和真空泵；制冷机为一级冷头和二级冷头构成的二级制冷机；氦罐与常温氦储罐连接并对氦罐抽除或充氦；防辐射屏组为一级冷屏、二级冷屏和绝热屏构成的三层屏组；在恒温块上设置温度计；热阻片被夹持安装于恒温块和高热容氦罐之间；制冷机的二级冷头、氦罐、热阻片、恒温块依次串连；装置通过耦合热容法与热阻法两种热扰动传递抑制方法，同时搭配多重防辐射屏组，可将控温目标区域受外界的干扰降至亚毫开级，实现高稳定度的低温控温，可应用于低温精密环境。

技术领域

本发明涉及低温温度控制技术，尤其涉及一种热容热阻双效耦合的深低温高精度控温装置。

背景技术

在热力系统相关的科研和工程领域，温度始终是研究人员最关注的物理量之一，而温度传感器是人们目前获取温度信息的主要方式。对于目前使用的大多数温度传感器，由于材料自身纯度和加工工艺的差别，并不具有准确划一的分度表。即使对于同一厂商生产的同种温度传感器，也会有一定的差异。为了在科研和工程项目中获取更为准确可靠的温度数据，温度传感器的标定工作尤为重要。常用的温度传感器标定方法为稳态标定，该标定方式需要构建一个在一定区间内受控的稳定温度环境，通过对比标准温度传感器与待标温度传感器的物理量值，拟合出分度表。该方法对低温温区的高精度控温提出了极高的要求。此外，诸多其他科研工作也对高度稳定的恒温低温环境提出了要求，如航天材料性质的测试等。

对于深低温温度标定，以往大都采用液氦等低温流体浴作为低温冷源。由于液氦价格昂贵且稀缺，近年来有趋势采用小型低温制冷机取代液氦作为冷源。在真空绝热保护下，通过热补偿的方式控制目标区域的温度。但是采用制冷机方案的一个先天性缺点是，制冷机自身存在的周期性热扰动，会使得目标区域的温度也发生周期性波动。目前常用的制冷机多采用在制冷机冷头处形成热容体，对冷头处的温度波动进行抑制，或使用不锈钢片做为热阻片，对制冷机冷头温度波动抑制，但是单一使用该方式时，制冷机降温时间大幅度延长，能耗较大，此外还有填充磁性稀土的方式，但这种方式对于部分对磁场敏感的温度计而言不适合，比如低温下常用的铑铁温度计。因此，在深低温领域急需一种稳定控温的制冷机。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种热容热阻双效耦合的深低温高精度控温装置。

本发明的目的采用以下技术方案实现：

一种热容热阻双效耦合的深低温高精度控温装置，装置包括制冷机、氦罐、热阻片、防辐射屏组、真空罩、温度计、加热器、管路、控温仪以及常温氦储罐和真空泵；所述制冷机为包括一级冷头和二级冷头构成的二级制冷机；所述氦罐与外界的常温氦储罐通过所述管路连接，并对氦罐抽除或者充入氦气；所述的防辐射屏组为包括从外到内依次设置的一级冷屏、二级冷屏和绝热屏的三层屏组结构；装置还包括由表面镀金处理的无氧铜构成的恒温块，在所述恒温块上设置温度计；热阻片被夹持安装于恒温块和高热容氦罐之间；所述制冷机的二级冷头、氦罐、热阻片、恒温块依次串连；位于最内侧的绝热屏与恒温块连接并包覆恒温块，位于中间的二级冷屏与氦罐连接，位于最外侧的一级冷屏与制冷机的一级冷头连接；在真空罩通过其筒体上设置的三个KF接口、即穿舱接口与外部的真空泵、控温仪、常温氦储罐和真空泵连通。

优选的，所述制冷机的一级冷头与防辐射屏组的一级冷屏连接，制冷机的二级冷头与氦罐连接，且二级冷头的极限温度不高于4K，二级冷头下端的室温法兰与真空罩的法兰通过橡胶O型圈和螺栓预紧实现密封连接。

优选的，所述氦罐为由表面镀镍处理的无氧铜构成的密封罐体，所述密封罐体通过不锈钢毛细管与常温氦储罐连通，密封罐体的顶部与防辐射屏组的二级冷屏连接。

优选的，所述氦罐的内部设有增强换热的金属翅片，且所述密封罐体与所述金属翅片材质相同。

优选的，热阻片为低温热机械性能优良且导热系数低的圆形薄片结构，在所述热阻片上并开有螺栓安装所需的通孔。