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低温恒温器的设计与计算

低温与超导 1980年第4期 1-5+21页

作者：张开达复旦大学低温超导研究室

本文讨论了减压式和漏热式两种低温恒温器。描述了恒温器的结构;对液体损耗、极限温度、控温精度等参数进行了计算;并给出了实验结果。

关键词：低温恒温器漏热热量漏入低温设备杜瓦瓶液氦液态氦液化气体

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超导波荡器模型机低温恒温器的设计研究

超导波荡器模型机低温恒温器的设计研究

作者：张娜江苏大学

学位级别：硕士

同步辐射光源是目前人类认识微观世界的重要工具,在生命、物理、化学、医药和材料等学科的研究中发挥着重要作用,是世界各国竞相研发的大学科学装置。超导波荡器（Superconducting Undulator）是进一步提高当前同步辐射光源的性能的重... 详细信息

同步辐射光源是目前人类认识微观世界的重要工具,在生命、物理、化学、医药和材料等学科的研究中发挥着重要作用,是世界各国竞相研发的大学科学装置。超导波荡器（Superconducting Undulator）是进一步提高当前同步辐射光源的性能的重要装置之一。超导波荡器磁体运行所需要的低温恒温器是超导波荡器整体装置研发的重要内容之一。本论文以实际工程中一台在研超导波荡器模型机低温恒温器为研究对象,开展相关的理论设计分析,主要设计内容包括以下几个方面:1)低温恒温器冷却热负荷分析。分析了超导波荡器模型机低温恒温器的基本结构、冷却要求和冷却基本方案,研究了各温区热负荷的来源,建立了不同来源的热负荷的计算方法,获得了4K、20K和60K温区的热负荷。研究了影响系统热负荷的一些设计因素,初选了系统的冷源。2)低温恒温器典型组件设计分析。主要包括制冷机二级冷头液氦冷凝器、管路系统和真空容器三个组件的设计分析。分析了制冷机二级冷头冷凝器的结构特点,研究了相应的设计方法,对其设计结果进行了传热数值模拟校核。分析了管路系统结构,研究了管路的强度校核方法,对管路的低温冷缩和热应力进行了模拟分析。分析了真空容器的结构特点,研究相应的主体参数设计方法,对真空容器的受力和变形进行了模拟分析。3)冷质量支撑的设计分析。分析了冷质量支撑系统的结构特点和设计要求,建立了冷质量系统整体受力分析模型,通过解析方法和数值模拟,获得了支撑系统在各工况下的受力情况。研究了单个支撑组件的设计方法,对支撑组件的设计结构进行了传热和力学模拟分析。超导波荡器模型机低温恒温器是超导波荡器模型机研制成功的关键之一。本论文所开展的超导波荡器模型机低温恒温器相关的设计研究可为其工程设计提供一定的理论参考依据,相关的设计与分析方法可为类似低温恒温器设计提供一定的参考,对于超导波荡器研发有一定的应用价值。

关键词：超导波荡器低温恒温器低温冷却氦冷凝器冷质量支撑

一种测量交流弱信号的低温恒温器的研制及其性能检测

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一种测量交流弱信号的低温恒温器的研制及其性能检测

作者：樊洁西北大学

学位级别：硕士

本文介绍了一种用于交流弱讯号测量的低温恒温器。基于变温范围广、最低温度可达1K附近、可连续控温以及交流测量的需要,恒温器研制过程中主要从以下几个方面考虑: 1.利用内液池减压,将恒温器的低温端,扩展至1K附近;2.所有电引线都... 详细信息

本文介绍了一种用于交流弱讯号测量的低温恒温器。基于变温范围广、最低温度可达1K附近、可连续控温以及交流测量的需要,恒温器研制过程中主要从以下几个方面考虑: 1.利用内液池减压,将恒温器的低温端,扩展至1K附近;2.所有电引线都使用热导差、自热小的覆铜NbTi超导线,并且在进入内液池之前,通过热沉先冷却至4.2K;3.利用特殊的热接触设计,实现样品的顶端更换,而无需将恒温器整个热起来;4.除去测温和加热引线外,所有测量引线实现同轴屏蔽,并且所有屏蔽只在靠近样品处单点接地,从而可实现样品的电容(介电特性)和电感(介磁特性)四引线测量;5.在8T的背景磁场内,装置了一个自制交变调制线圈,希望可以实现利用双交流法精细测量磁阻或霍耳系数随磁场变化的函数关系。在对钴膜霍尔系数的测量实验中,同时对恒温器的各项性能给与了检验,结果表明:利用内液池减压,最低温度可达1.370K,当在测量功率为0.15mW时,内液池液氦可以维持样品温度在1.4K达20小时以上,液氦的蒸发量小,并且实现了从1.3—300K的连续控温。在8T的背景直流磁场内,交变调制场最高达到了0.18T,可以实现利用双交流法精细测量磁阻或霍耳系数随磁场的变化关系的最初设想。用此装置对Co膜的霍尔系数测量的实验中,霍尔电压变化量的测量精度达到了0.5nV。同时,实验中也发现,外电路测量仪器本身引入的噪声对测量的结果影响很大,设计更加合理的测量电路、布线方式,可以使测量的精度更高。

关键词：交流弱信号低温恒温器霍耳系数

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热电制冷微型低温恒温器的研究与设计

机械设计与制造 2006年第1期 129-130页

作者：时阳李改莲丁瑞华郑州轻工业学院郑州450002

以热电制冷器为制冷源的微型恒温器,采用热电制冷器进行冷却。用同时限定隔热层外表面的最低温度与单位面积隔热层的漏热量的方法确定隔热层厚度,以同时满足降温阶段冷负荷与稳定工作阶段冷负荷确定制冷量,给出了设计方法。

关键词：低温恒温器冷却热电制冷微型仪器

以G-M制冷机为冷源的低温恒温器温度波动抑制特性研究

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以G-M制冷机为冷源的低温恒温器温度波动抑制特性研究

作者：杨忠衡上海交通大学

学位级别：硕士

高稳定度的低温环境对于低温研究与工程应用不可或缺。超导测试研究、低温材料测试、医疗应用等科研工作都对低温环境的稳定性提出了越来越高的要求,低温恒温器则是专用于构建此类低温环境的设备。依据冷源的不同,可分为以低温流体为冷... 详细信息

高稳定度的低温环境对于低温研究与工程应用不可或缺。超导测试研究、低温材料测试、医疗应用等科研工作都对低温环境的稳定性提出了越来越高的要求,低温恒温器则是专用于构建此类低温环境的设备。依据冷源的不同,可分为以低温流体为冷源的恒温器和以低温制冷机为冷源的恒温器。前者应用历史久远,提供温度平稳,但工作期间会持续消耗低温流体,不仅运行成本高昂,而且加注补液操作技能要求高,加注过程自身也会造成瞬时性稳定状态破坏,使得控温过程不连续。后者随着低温制冷机技术的成熟而日益受到青睐,相较于前者,其持续工作时间长,可无人值守,工作温区宽,但受限于回热式低温制冷机（如G-M制冷机）自身的工作原理,其冷源冷头处普遍具有高至±200m K量级的周期性温度波动,这显然不利于高稳定度恒温器应用。因此,开展制冷机温度波动向恒温块的传播机理和抑制方法研究具有重要价值。此外,低温恒温器应用常使用PID控制器进行自动控温,其比例、积分调节参数的选取与系统的热结构和材料紧密相关,通常需要控温人员凭经验通过尝试摸索才能得到较为合适的参数,不利于普遍耗时的热学测试或实验开展。因此,通过建立低温恒温器的传热模型并进行控温模拟预测,指导PID控制,对于提高控温工作效率、优化恒温器设计也具有实用意义。本文针对以制冷机为冷源的低温恒温器高稳定度、快速控温技术需求,开展了波动传播和抑制的实验研究和理论分析,具体研究内容包括:（1）基于G-M制冷机设计并搭建了一套用于回热式制冷机冷源温度波动传播和抑制研究的实验系统。采用高灵敏度低温温度计和高精度信号测量仪器,实现对制冷机冷头以及恒温器内核心部件恒温块温度波动的快速、准确采集;系统允许自由更换冷头与恒温块之间的波动抑制装置,即设置不同形式和规格的热容与热阻单元;基于周期性非稳态传热的理论分析,研究热容法和热阻法对温度波动抑制的作用因素。（2）基于所搭建的实验系统,分别对热容法和热阻法进行了多组影响因素分别作用下的实际温度波动水平测量。在热容实验中,复用同台G-M制冷机,通过多级预冷实现氦气液化,并以氦为高体积热容材料进行温度波动抑制,发现当存有9m L液氦时,在4.2 K温区的温度波动幅值可降为波动源的25.57%。在热阻实验中,一方面通过多工况对比,研究了接触热阻对波动幅度抑制的效果,并进行了组件间安装预应力影响的定量测试,获得了预应力对波动抑制效果的作用关系,提出了较为均衡的预应力安装方案;另一方面,进行了热阻材料厚度影响规律研究,获得了温度波动度随热阻片厚度变化的关系式,当采用1mm厚度的不锈钢热阻片时,可将温度波动幅值抑制到±10m K以内。（3）对文献中和本文实验系统的低温恒温器结构进行归纳和梳理,确定低温恒温器的共性核心部件,并采用节点化处理,建立了各节点间的传热方程以及整个恒温器的传热模型;在该模型中引入PID反馈控制,通过设置自定义参数实现对不同参数组合情况下控温过程的温度变化预测,与实验测试控温数据对比结果表明,全过程平均预测温差小于0.11 K,验证了该传热控制模型的准确性。可实现对控温过程中PID参数设置的指导,对提高控温工作效率、优化恒温器设计也具有实用意义。通过上述三部分内容的研究,揭示了以回热式低温制冷机为冷源的低温恒温器内部温度波动传递的机理、主要影响因素和定量作用关系,建立了PID控温应用中的传热模型,丰富了低温温区高稳定度控温研究的理论认知和技术措施,为高水平低温恒温器的设计与优化提供工程应用指导。

关键词：低温恒温器 G-M制冷机温度波动抑制方法热阻法热容法 PID控温

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低温恒温器的设计方法

低温与超导 1979年第1期 1-9页

作者：河喜多能正胥景芝

近来,低温工艺和技术的应用不仅在基础研究方面,而且在工业技术方面也很重要。低温恒温器在这些研究工作中是不可缺少的,这篇论文论述了金属低温恒温器近来的发展概况,通过几个例子把具体的设计问题作了阐述,同时也指出了最近的发展趋势。

关键词：低温恒温器加热器引线低温设备辐射漏热液氦温度液化气体

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低温恒温器漏热计算

低温与特气 1985年第2期3卷 80-87,67页

作者：石秉三马魁武不详华中工学院

在一般情况下。流入低温恒温器的总漏热是由通过绝热层的漏热、沿热桥的漏热(支承件、悬挂件等)及沿导线的漏热(由引线材料的导热性及通过电流时的释热而引起)所组成。

关键词：低温恒温器热计算漏热绝热层支承件过电流导热性

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低温恒温器中有关问题的探讨

安徽大学学报(自然科学版) 1986年第1期 27-30页

作者：邢庆鹤徐政

本文给出了低温恒温器主线圈和付线圈的温升数据,提出了恒温器性能的两个直观判据和相应的理论阐述,同时提供了一些做法和看法。

关键词：低温恒温器温升判据理论阐述低温设备主线圈主加热器

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试样更换时不妨碍冷却的低温恒温器

低温与特气 1983年第3期1卷 66-67页

作者：范光汉李光文光明所杭州制氧机研究所

英国牛津仪器公司研制了一种用于光谱测定的连续流式低温恒温器，该装置不中断冷却循环便能更换试样。这种型号为CF204的低温恒温器使用液氦来达到室温和3．5之间的温度。低温恒温器的主要特征是，由于静态的或动态的交换气体可阻包围... 详细信息

英国牛津仪器公司研制了一种用于光谱测定的连续流式低温恒温器，该装置不中断冷却循环便能更换试样。这种型号为CF204的低温恒温器使用液氦来达到室温和3．5之间的温度。低温恒温器的主要特征是，由于静态的或动态的交换气体可阻包围试样，因．而排除了本来不良的导热体的冷却问题。另外，也能使试样导冷和使试样空间抽空。

关键词：低温恒温器试样光谱测定仪器公司冷却循环主要特征冷却问题连续流导热体牛津液氦气体