[实用新型]一种1K温度的无液氦超低温测试装置

说明书

一种1K温度的无液氦超低温测试装置，包括制冷机、仪表裙、真空外壳，其特征在于：制冷机、仪表裙和真空外壳自上而下依次连接；真空外壳上设置有氦气进口、氦气出口和针阀旋钮，针阀旋钮贯穿真空外壳的上表面并与真空外壳内部的针阀连接，其中，针阀对已预冷的常压氦气进行节流降温；真空外壳内部设置有换热器、针阀、1K罐、热锚和气路，用于将来自氦气进口的氦气进行制冷和节流降温，以使氦气降温至1K，1K的超低温氦气、由氦气降温生成的液氦聚集于1K罐内以稳定测试环境的1K温度，随后从氦气出口排出。基于本发明的技术方案，能够实现低至1K温度的超低温液氦测试环境，用于样品测试或校准温度计，节约成本、简单便捷。

技术领域

本发明涉及低温物理实验装置领域，更具体地，涉及一种1K温度的无液氦超低温测试装置。

背景技术

目前，随着低温技术的发展，无液氦二级制冷机技术已经发展的十分成熟，能够在不消耗液氦的情况下，获得4K左右的液氦温度，并保持制冷机长时间的正常运行。然而，商业化的二级制冷机通常只能够获得最低3K左右的极限温度，如果需要实现1K级别或更低的温度则需要配合使用稀释制冷机或绝热去磁制冷机。这就使得超低温测试环境的获取成本大大增加。

另外，使用真空泵抽取液氦并降低液氦的饱和蒸汽压也能够实现液氦的超低温，但这种方式需要消耗大量液氦，且难以持续，消耗的液氦需要重新灌装，步骤繁琐。并且，由于液氦价格昂贵，使用这种方法获取超低温成本也很高。

节流膨胀技术也称焦耳-汤姆逊(J-T，Joule-Thomson)膨胀，即较高压力下的流体经节流阀向较低压力方向绝热膨胀的过程。根据热力学原理，压力会造成温度的变化，也被称为J-T效应。氦气在环境温度高于焦耳-汤姆逊的转化温度时，表现为正J-T效应，即随着压力下降气体温度升高；氦气在环境温度低于焦耳-汤姆逊的转化温度时，表现为负J-T效应，即随着压力下降气体温度降低。使用节流膨胀技术能够在不消耗大量液氦的情况下利用现有技术中常用的4K制冷机获取1K左右的超低温条件，然而，现有技术中尚未出现利用节流膨胀技术实现超低温的方法及装置。

因此，亟需一种节约成本、简单便捷的1K超低温测试环境获取装置。

发明内容

为解决现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种1K温度的无液氦超低温测试装置，基于节流膨胀技术，通过普通的二级制冷机实现1K温度的超低温测试环境。

本发明采用如下的技术方案。一种1K温度的无液氦超低温测试装置，包括制冷机1、仪表裙2、真空外壳6，制冷机1、仪表裙2和真空外壳6自上而下依次连接；真空外壳6上设置有氦气进口3、氦气出口4和针阀旋钮5，针阀旋钮 5贯穿真空外壳6的上表面并与真空外壳6内部的针阀17连接，其中，针阀17 对已预冷的常压氦气进行节流降温；真空外壳6内部设置有换热器、针阀17、 1K罐18、热锚16和气路21，用于将来自氦气进口3的氦气进行制冷和节流降温，以使氦气降温至1K，1K的超低温氦气、由氦气降温生成的液氦聚集于1K 罐18内以稳定测试环境的1K温度，随后从氦气出口4排出。

优选地，制冷机1为G-M制冷机或脉管制冷机。

优选地，制冷机1的主体部分经过仪表裙2设置于真空外壳6内，其主体部分包括一级冷头9和二级冷头13。

优选地，一级冷头9上设置有一级冷头转接10，二级冷头13上设置有二级冷头转接14，一级冷头9和二级冷头13自上而下连接；并且，一级冷头转接10 上设置有活性炭罐22和40K换热器11，二级冷头转接14上设置有4K换热器 15，一级冷头转接10和二级冷头转接14之间设置有10K换热器12。

优选地，一级冷头转接10上设置有冷屏19，冷屏为无氧铜或铝构成的腔体。

优选地，仪表裙2上设置有安全阀7、真空贯穿电学接头8以及真空阀23。