АЗОТНО-ГЕЛИЕВЫЙ ПРОКАЧНОЙ ОПТИЧЕСКИЙ КРИОСТАТ

Полезная модель относится к измерительной технике и предназначена, в частности, для проведения оптических, фотоэлектрических, магнитных, магнитооптических, гальваномагнитных и термоэлектрических исследований твердотельных материалов в интервале температур 8-400 К.
Известен универсальный азотный (гелиевый) оптический криостат (УОК) проточного типа с внешним резервуаром и системой регулировки температуры (зарегистрирован в Государственном реестре средств измерений РФ под №23838-02 и в Государственном реестре Беларуси ГР №РБ 0310143101 от 20 11 2001 г). Криостат предназначен для создания термостатированной среды, измерения и поддержания заданной температуры в рабочей камере, обеспечивает цифровую индикацию измеряемой температуры среды и поддержание ее в течение заданного времени. УОК включает в себя корпус, внутри которого размещен гелиевый объем, окруженный со всех сторон медным экраном. Для подачи и откачивания хладогена (жидкого азота или гелия) предусмотрены специальные трубки. В пространстве между гелиевым объемом и корпусом создан глубокий вакуум. Для компенсации температурных деформаций, возникающих между внутренними узлами и корпусом, в криостате предусмотрены компенсаторы. Детали УОК изготовлены из меди, нержавеющей стали и алюминиевых сплавов. Для проведения оптических исследований, в хвостовой части криостата предусмотрены окна. Испытуемый образец установлен на хладопроводе сообщающимся с гелиевым объемом (под гелиевым объемом подразумевается объем, в котором циркулирует хладоген). Криостат установлен на поворотном устройстве, при помощи которого можно изменять его положение в пространстве.
Недостатками криостата является то, температурная зона хладопровода неравномерна, а датчик измерения температуры (термопара) установлен в гелиевом объеме, а не на хладопроводе, что приводит к погрешности измерения температуры на испытуемом образце.
Целью полезной модели является равномерное распределение температурной зоны по объему хладопровода и более точное ее измерение на испытуемом образце.
Достигается поставленная цель тем, что хладопровод снабжен каналом, проходящем по его объему, который сообщается с трубками подачи и откачивания хладогена. Это способствует созданию равномерной температурной зоны по всему объему хладопровода. Для получения истинной величины температуры на испытуемом образце термопара установлена непосредственно на хладопроводе. Для регулирования температуры хладопровода, на нем установлен нагревательный элемент (печка). Изменяя величину проходящего через него тока можно установить температуру хладопровода в диапазоне 8-400 К с точностью до 0,1 К. Это
дает возможность провести измерения параметров испытуемого образца как в процессе охлаждения так и в процессе нагревания с заданными скоростями охлаждения и нагрева, в том числе проводить исследования, связанные с температурными гистерезисами.
Устройство азотно-гелиевого прокачного оптического криостата приведено на чертежах. На Фиг.1 и Фиг.2 приведен общий вид криостата и вид спереди. На Фиг.3 приведена конструкция хладопровода.
Криостат включает корпус 1 с фланцами 2 установленный на поворотном устройстве, состоящим из регулируемой по высоте стойки 3, основания 4 и фиксатора 5. На стойке смонтирован пульт управления 6. К корпусу криостата при помощи фланцев 7 и 8 болтами 9 и 10 прикреплена передняя часть 11 и хвостовая часть 12, выполненная из немагнитного сплава. На передней части установлены трубка 13 для подачи и трубка 14 для откачивания хладогена с гайками 15 и 16. На вакуумной трубке 17 установлен вакуумный кран 18. Через вакуумную трубку из пространства, заключенного между гелиевым объемом, размещенным в полости корпуса (на чертеже не указан) и стенками корпуса криостата с целью теплоизоляции откачивается воздух, образуя глубокий вакуум. Хвостовая часть криостата с противоположных сторон снабжена оптическими окнами 19 со стеклами. Между окнами размещен хладопровод (см. Фиг.3) с каналом 20 для циркулирования хладогена. В канал подается хладоген через трубку 21, плотно одетой на торец хладопровода. Другой конец трубки сообщается с гелиевым объемом. Откачка хладогена осуществляется через трубку 22, которая также сообщается через гелиевый объем с трубкой 14. На хладопроводе установлен нагревательный элемент 23, термопара 24 и испытуемый образец 25. Электрические контакты элементов, размещенных внутри криостата, выведены из корпуса через герметичный электрический разъем 26, к которому подключаются внешние приборы и приспособления для замера параметров испытуемого образца. Замена испытуемого образца осуществляется отсоединением хвостовой части (вместе с трубками 21 и 22) от корпуса криостата, открутив болты 10. Герметичность между фланцами обеспечивают прокладки 27.
Азотно-гелиевый прокачной оптический криостат работает следующим образом.
На хладопроводе устанавливают испытуемый образец 25, соединяют электрические контакты и хвостовую часть 12 своим фланцем 8 при помощи болтов 10 прикручивают к фланцу 2 корпуса 1. После этого в трубку 13 вставляют двустенную гибкую трубку и для герметичности затягивают гайкой 15. Другой конец гибкой трубки опускают в сосуд Дюара с хладогеном. Откачку испарившегося хладогена из криостата осуществляют через трубку 14 при помощи устройства отсасывания (например, обратно включенным компрессором) и перегоняют в газгольдер. Через вакуумную трубку 17 откачивают воздух из полости криостата, создавая необходимое разряжение, после этого закрывают вакуумный кран 18.
Жидкий гелий (хладоген) поступает в гелиевый объем, трубку 21, проходит канал 20 хладопровода и через трубку 22 перегоняется в газгольдер. Хладопровод охлаждается до температуры хладогена. Для установки произвольной температуры хладопровода, а значит и испытуемого образца, через ламели герметичного электрического разъема 26 на выводы нагревательного элемента 23 подают напряжение. Нагревательный элемент разогревается, разогревая хладопровод и испытуемый образец. Процесс нагрева прекращается автоматически по достижении заданной температуры объема хладопровода. Этим процессом управляет внешний блок регулировки и стабилизации температуры, датчиком которого является термопара 24, установленная на хладопроводе.
Для проведения оптических, фотоэлектрических, магнитных, магнитооптических, гальваномагнитных и иных исследований испытуемого образца в переменных и постоянных электрических полях хвостовая часть 12 криостата (отсек с окнами 19) устанавливают в зазор внешнего магнита или оптического прибора. Электрические характеристики испытуемого образца снимают через разъем 26 и анализируют по известным методикам (С.М.Рывкин «Фотоэлектрические явления в полупроводниках», М., 1663). Для удобства ориентирования хвостовой части криостата в пространстве, предусмотрено поворотное устройство, позволяющее устанавливать криостат на нужной высоте и под заданным углом.