CN105203381A - 一种低温冷却施压装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种低温冷却施压装置，包括依次连接的上冷却棒(7)、样品室(6)和下冷却棒(13)，样品室(6)套设于上冷却棒(7)的下端和下冷却棒(13)的上端外，上冷却棒(7)连接有能够给上冷却棒(7)降温的上冷却室(10)，下冷却棒(13)连接有能够给下冷却棒(13)降温的下冷却室(15)，所述低温冷却施压装置还包括加压组件，该加压组件能够驱动下冷却棒(13)朝向上冷却棒(7)移动并挤压上冷却棒(7)和下冷却棒(13)之间的冷却试样(30)。该低温冷却施压装置不但可以同时实现对样品快速冷却和施加压力，还可以在较大范围内对温度和压力进行调节。

Description

一种低温冷却施压装置

技术领域

本发明涉一种实验仪器，具体是一种低温冷却施压装置。

背景技术

在科学实验中，经常需要将实验样品冷却到较低温度(如零下100度以下)并在低温条件下对样品施加一定压力以改变其性质。常规冷却设备通常很难满足这种需求。首先，对使用液氦或液氮作为制冷剂的装置和设备，往往只能提供冷却环境，不能实现加压功能。为了实现低温施压，通常是将样品冷却到一定温度后将样品取出，在室温环境中对样品进行加压处理。虽然样品和环境的传热是一个比较缓慢的过程，如果动作迅速可以在较短时间内完成整个动作，但室温环境中温度变化不可控，可能会带来较大误差。其次，传统冷却方法往往在较大的空间内提供一个低温环境，冷却过程由样品和冷却空气之间的热交换完成。这样导致制冷设备体积大、能耗高且所需的制冷时间长。

发明内容

为了解决现有装置无法实现同时对样品快速冷却和施加压力的问题，本发明提供了一种低温冷却施压装置，该低温冷却施压装置不但可以同时实现对样品快速冷却和施加压力，还可以在较大范围内对温度和压力进行调节，以满足不同的实验需求，为控制样品的性质提供了条件。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种低温冷却施压装置，包括依次连接的上冷却棒、样品室和下冷却棒，样品室套设于上冷却棒的下端和下冷却棒的上端外，上冷却棒连接有能够给上冷却棒降温的上冷却室，下冷却棒连接有能够给下冷却棒降温的下冷却室，所述低温冷却施压装置还包括加压组件，该加压组件能够驱动下冷却棒朝向上冷却棒移动并挤压上冷却棒和下冷却棒之间的冷却试样。

上冷却棒、样品室和下冷却棒从上向下依次设置，样品室为筒形，样品室的上端含有与上冷却棒的下端相匹配的上插接孔，样品室的下端含有与下冷却棒的上端相匹配的下插接孔，样品室内含有用于安放冷却试样的样品腔，该上插接孔和下插接孔均与样品腔连通。

上冷却室为套筒结构，上冷却棒的上端固定于上冷却室的内套筒内，上冷却室的内套筒的内径大于上冷却棒的上端的直径；下冷却室为套筒结构，下冷却棒的下端固定于下冷却室的内套筒内，下冷却室的内套筒的内径大于下冷却棒的下端的直径。

所述低温冷却施压装置还包括外框架，该外框架包括上下设置的上支板和下支板，上支板和下支板均沿水平方向设置，上冷却室固定于上支板上，样品室、下冷却棒、下冷却室和该加压组件均位于上支板和下支板之间。

上冷却室的上端固定有上冷却室盖，上冷却室盖设有与上冷却室的内套筒的内部相对应的密封销，上冷却室盖还设有与上冷却室的内套筒和上冷却室的外套筒之间相对应的密封销；下冷却室的上端固定有下冷却室盖，下冷却室盖设有与下冷却室的内套筒的内部相对应的密封销，下冷却室盖还设有与下冷却室的内套筒和下冷却室的外套筒之间相对应的密封销。

该外框架还包括位于该外框架四周的支撑杆，支撑杆穿过上支板和下支板，支撑杆的下端设有用于固定下支板的底座和限位块，支撑杆的上端设有用于调整上支板的位置的两个限位块。

限位块与支撑杆螺纹连接，底座与支撑杆固定连接。

该加压组件位于下冷却室和下支板之间，该加压组件包从上向下依次设置的压力传感器、传感器座、旋钮和旋钮座，压力传感器通过隔热板与下冷却室抵接，压力传感器设置于传感器座内，旋钮与传感器座抵接，旋钮与旋钮座的上端螺纹连接，旋钮座与下支板固定连接，当旋转旋钮时，旋钮能够推动传感器座、压力传感器、隔热板、下冷却室和下冷却棒朝向上冷却棒移动。

旋钮座包括片状的底板和柱状的支杆，该支杆的下端与底板的中央固定连接，该支杆的上端与旋钮螺纹连接，该底板与下支板固定连接。

上冷却棒外套设有上加热环，下冷却棒外套设有下加热环，上冷却棒上设有用于测温的热电偶，下冷却棒上也设有用于测温的热电偶。

本发明的有益效果是，该低温冷却施压装置不但可以同时实现对样品室内样品的冷却和加压，还能对冷却温度和施加压力进行精确控制。该低温冷却施压装置结构简单，加工制造方便，整个该低温冷却施压装置结构紧凑，体积小，能耗低。对温度的控制由预设程序控制，施加的压力由人工控制。冷却室内用于盛放液氮等冷却介质。上、下冷却室均设有内室、外室，需要超低温度时仅在内室放置冷却介质，需要较高温度时在外室添加冷却介质，在内室盛放缓冲介质，达到粗略控制温度的目的。冷却棒上固定的加热环可以精确控制制冷腔内的温度。通过旋钮可以调整冷却棒端面的位置，使得端面与样品直接接触，可以达到快速制冷的目的。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步详细的描述。

图1为低温冷却施压装置的立体示意图。

图2为低温冷却施压装置的冷却组件的立体示意图。

图3为低温冷却施压装置的温控组件的立体示意图。

图4为低温冷却施压装置的加压组件的立体示意图。

图5为上冷却棒和下冷却棒与样品室的配合示意图。

其中1.底座，2.下支板，3.限位块，4.支撑杆，5.下加热环，6.样品室，7.上冷却棒，8.上支板，9.上冷却室盖，10.上冷却室，11.上加热环，12.热电偶，13.下冷却棒，14.下冷却室盖，15.下冷却室，16.隔热板，17.传感器座，18.旋钮，19.旋钮座，20.密封销，21.压力传感器，22.样品腔；

30.冷却试样。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

一种低温冷却施压装置，包括依次连接的上冷却棒7、样品室6和下冷却棒13，样品室6套设于上冷却棒7的下端和下冷却棒13的上端外，上冷却棒7连接有能够给上冷却棒7降温的上冷却室10，下冷却棒13连接有能够给下冷却棒13降温的下冷却室15，所述低温冷却施压装置还包括加压组件，该加压组件能够驱动下冷却棒13朝向上冷却棒7移动并挤压上冷却棒7和下冷却棒13之间的冷却试样30，如图1和图5所示。

该低温冷却施压装置主要含有冷却组件和加压组件，该冷却组件包括从上向下依次连接的上冷却室10、上冷却棒7、样品室6、下冷却棒13和下冷却室15，上冷却棒7和下冷却棒13均为导热性能好的金属材料制成，上冷却室10和下冷却室15内用于盛放液氮等冷却介质，上冷却室10和下冷却室15分别用于对上冷却棒7和下冷却棒13进行降温冷却，从而使上冷却棒7和下冷却棒13对冷却试样30冷却降温到所需的低温(如零下100度以下)。然后再由该加压组件驱动下冷却棒13朝向上冷却棒7移动，使上冷却棒7和下冷却棒13共同挤压冷却试样30，从而实现同时对样品室6内的冷却试样30(即样品)的冷却和加压。优选上冷却室10的轴线、上冷却棒7的轴线、样品室6的轴线、下冷却棒13的轴线和下冷却室15的轴线重合。

在本实施例中，上冷却棒7、样品室6和下冷却棒13从上向下依次设置，样品室6为筒形，样品室6最后为保温性能好的材料制成，如样品室6有聚氨酯发泡材料制成，样品室6的上端含有与上冷却棒7的下端相匹配的上插接孔，样品室6的下端含有与下冷却棒13的上端相匹配的下插接孔，上冷却棒7的下端和下冷却棒13的上端均插接于样品室6，样品室6内含有用于安放冷却试样30的样品腔22，该上插接孔和下插接孔均与样品腔22连通，如图5所示。

在本实施例中，上冷却室10为套筒结构，上冷却棒7的上端固定于上冷却室10的内套筒内，上冷却室10的内套筒的内径大于上冷却棒7的上端的直径。上冷却室10的内套筒的内部为上内室，上冷却室10的内套筒和外套筒之间的环形空腔为上外室。下冷却室15也为套筒结构，下冷却棒13的下端固定于下冷却室15的内套筒内，下冷却室15的内套筒的内径大于下冷却棒13的下端的直径。下冷却室15的内套筒的内部为下内室，下冷却室15的内套筒和外套筒之间的环形空腔为下外室。当需要超低温度时，仅在该上内室和下内室放置冷却介质(如液氮)，则上冷却棒7和下冷却棒13直接与该冷却介质接触，上冷却棒7和下冷却棒13将会被快速冷却降温，当需要较高温度时，在该上外室和下外室添加冷却介质，在该上内室和下内室盛放缓冲介质(如乙醇)，达到粗略控制温度的目的。

在本实施例中，所述低温冷却施压装置还包括支撑组件，该支撑组件为外框架，该外框架包括上下设置的上支板8和下支板2，上支板8和下支板2均为矩形，上支板8和下支板2均沿水平方向设置，上冷却室10的下端固定于上支板8的上表面，样品室6、下冷却棒13、下冷却室15和该加压组件均位于上支板8和下支板2之间，如图1所示。

具体的，如图2所示，上冷却室10的上端固定有上冷却室盖9，上冷却室盖9设有与上冷却室10的内套筒的内部相对应的密封销20，拔下该密封销20可以向该上内室中注入冷却介质或缓冲介质，上冷却室盖9还设有与上冷却室10的内套筒和上冷却室10的外套筒之间的环形空腔相对应的密封销20，拔下该密封销20可以向该上外室中注入冷却介质。下冷却室15的上端固定有下冷却室盖14，下冷却室盖14套设于下冷却棒13外，下冷却室盖14设有与下冷却室15的内套筒的内部相对应的密封销20，拔下该密封销20可以向该下内室中注入冷却介质或缓冲介质，下冷却室盖14还设有与下冷却室15的内套筒和下冷却室15的外套筒之间的环形空腔相对应的密封销20，拔下该密封销20可以向该下外室中注入冷却介质。另外，下冷却棒13的下端设有外螺纹，下冷却棒13的下端与下冷却室15的下端通过螺纹连接。上冷却棒7的上端与上冷却室盖9之间也由螺纹连接。上冷却室10和下冷却室15上有螺纹孔，分别于上冷却室盖9和下冷却室盖14用螺纹连接。

在本实施例中，该外框架还包括位于该外框架四周的支撑杆4，支撑杆4穿过上支板8和下支板2，支撑杆4的上下两端均设有外螺纹。支撑杆4的下端设有用于固定下支板2的底座1和限位块3，底座1位于下支板2的下方，该限位块3位于下支板2的上方，限位块3与支撑杆4螺纹连接，底座1与支撑杆4固定连接，该限位块3用于固定下支板2。支撑杆4的上端设有用于调整上支板8的位置的两个限位块3，两个限位块3分别位于上支板8的上方和下方，调整该两个限位块3的位置便可以调整上支板8的位置。

在本实施例中，该加压组件位于下冷却室15和下支板2之间，该加压组件包从上向下依次设置的压力传感器21、传感器座17、旋钮18和旋钮座19，压力传感器21通过隔热板16与下冷却室15抵接，压力传感器21设置于传感器座17内，传感器座17呈碗形，旋钮18与传感器座17抵接，旋钮18与旋钮座19的上端螺纹连接，旋钮座19与下支板2固定连接，当旋转旋钮18时，旋钮18能够推动传感器座17、压力传感器21、隔热板16、下冷却室15和下冷却棒13朝向上冷却棒7移动，从而挤压上冷却棒7和下冷却棒13之间的冷却试样30。

具体的，旋钮座19包括园片状的底板和柱状的支杆，该支杆的下端与底板的中央固定连接，该支杆的上端含有外螺纹，旋钮18类似于螺母，即旋钮18含有内螺纹，该支杆的上端与旋钮18螺纹连接，该底板与下支板2通过螺栓固定连接，旋转旋钮18则旋钮18可以上下移动。压力传感器21固定在传感器座17上，隔热板16直接放置在压力传感器21上，两者之间没有固定连接。传感器座17也直接放置在旋钮18上，传感器座17可以活动，如图4所示。

在本实施例中，所述低温冷却施压装置还包括温控组件，该温控组件包括上冷却棒7外套设的上加热环11、下冷却棒13外套设的下加热环5、上冷却棒7上的用于测温的热电偶12、下冷却棒13上的用于测温的热电偶12，如图3所示。另外，上加热环11和下加热环5均上有紧固螺栓，可以确保上加热环11和下加热环5的固定。

下面介绍该低温冷却施压装置的使用方法，通过上部的两个限位块3可以调整上支板8在支撑杆4上的位置。调整好上部的两个限位块3的位置以后，整个低温冷却施压装置的上半部分，即上冷却棒7，上支板8，上冷却室盖9，上冷却室10和上加热环11的位置就固定了。下半部分的下支板2和旋钮座19位置也确定了。旋钮18和旋钮座19之间通过螺纹连接，旋转旋钮18可以调整位于旋转旋钮18上方的下冷却棒13、下冷却室盖14、下冷却室15、隔热板16、传感器座17和压力传感器21的位置。

开始测试时，首先将冷却试样30置于样品室6的样品腔22内，通过调整上部的两个限位块3的位置粗调整个低温冷却施压装置的上半部分，即上冷却棒7、上支板8、上冷却室盖9、上冷却室10和上加热环11的位置。这时，下冷却室盖14、下冷却室15、隔热板16、传感器座17和压力传感器21的位置可以通过旋转旋钮18进行微调。通过缓慢调整旋钮18的位置，使得冷却试样30上下表面恰好和下冷却棒13的上端面和上冷却棒7的下端面接触。当发生挤压时，压力传感器21的值就会发生变化，可以确定两个端面均发生接触。如果不需要施压，此时就可以停止旋转旋钮18，使其位置固定。此时可以向上冷却室10和下冷却室15内加入液氮等冷却剂，上冷却室10设有上内室和上外室，下冷却室15设有下内室和下外室。当需要超低温度时，仅在内室(上内室和下内室)放置冷却介质，当需要较高温度时，在外室(上外室和下外室)添加冷却介质，在内室(上内室和下内室)盛放缓冲介质，达到粗略控制温度的目的。热电偶12可以实时显示记录上冷却棒7和下冷却棒13端面附近的温度，当温度低于预设温度时，下加热环5和上加热环11开始工作提高温度。因此，样品腔22内的温度可以根据实验自身要求进行设定并得到精确控制。最终实现在加压状态下对样品进行冷却处理。

以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案之间、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。

Claims (10)

1.一种低温冷却施压装置，其特征在于，所述低温冷却施压装置包括依次连接的上冷却棒(7)、样品室(6)和下冷却棒(13)，样品室(6)套设于上冷却棒(7)的下端和下冷却棒(13)的上端外，上冷却棒(7)连接有能够给上冷却棒(7)降温的上冷却室(10)，下冷却棒(13)连接有能够给下冷却棒(13)降温的下冷却室(15)，所述低温冷却施压装置还包括加压组件，该加压组件能够驱动下冷却棒(13)朝向上冷却棒(7)移动并挤压上冷却棒(7)和下冷却棒(13)之间的冷却试样(30)。

2.根据权利要求1所述的低温冷却施压装置，其特征在于，上冷却棒(7)、样品室(6)和下冷却棒(13)从上向下依次设置，样品室(6)为筒形，样品室(6)的上端含有与上冷却棒(7)的下端相匹配的上插接孔，样品室(6)的下端含有与下冷却棒(13)的上端相匹配的下插接孔，样品室(6)内含有用于安放冷却试样(30)的样品腔(22)，该上插接孔和下插接孔均与样品腔(22)连通。

3.根据权利要求1所述的低温冷却施压装置，其特征在于，上冷却室(10)为套筒结构，上冷却棒(7)的上端固定于上冷却室(10)的内套筒内，上冷却室(10)的内套筒的内径大于上冷却棒(7)的上端的直径；下冷却室(15)为套筒结构，下冷却棒(13)的下端固定于下冷却室(15)的内套筒内，下冷却室(15)的内套筒的内径大于下冷却棒(13)的下端的直径。

4.根据权利要求1所述的低温冷却施压装置，其特征在于，所述低温冷却施压装置还包括外框架，该外框架包括上下设置的上支板(8)和下支板(2)，上支板(8)和下支板(2)均沿水平方向设置，上冷却室(10)固定于上支板(8)上，样品室(6)、下冷却棒(13)、下冷却室(15)和该加压组件均位于上支板(8)和下支板(2)之间。

5.根据权利要求4所述的低温冷却施压装置，其特征在于，上冷却室(10)的上端固定有上冷却室盖(9)，上冷却室盖(9)设有与上冷却室(10)的内套筒的内部相对应的密封销(20)，上冷却室盖(9)还设有与上冷却室(10)的内套筒和上冷却室(10)的外套筒之间相对应的密封销(20)；

下冷却室(15)的上端固定有下冷却室盖(14)，下冷却室盖(14)设有与下冷却室(15)的内套筒的内部相对应的密封销(20)，下冷却室盖(14)还设有与下冷却室(15)的内套筒和下冷却室(15)的外套筒之间相对应的密封销(20)。

6.根据权利要求4所述的低温冷却施压装置，其特征在于，该外框架还包括位于该外框架四周的支撑杆(4)，支撑杆(4)穿过上支板(8)和下支板(2)，支撑杆(4)的下端设有用于固定下支板(2)的底座(1)和限位块(3)，支撑杆(4)的上端设有用于调整上支板(8)的位置的两个限位块(3)。

7.根据权利要求6所述的低温冷却施压装置，其特征在于，限位块(3)与支撑杆(4)螺纹连接，底座(1)与支撑杆(4)固定连接。

8.根据权利要求4所述的低温冷却施压装置，其特征在于，该加压组件位于下冷却室(15)和下支板(2)之间，该加压组件包从上向下依次设置的压力传感器(21)、传感器座(17)、旋钮(18)和旋钮座(19)，压力传感器(21)通过隔热板(16)与下冷却室(15)抵接，压力传感器(21)设置于传感器座(17)内，旋钮(18)与传感器座(17)抵接，旋钮(18)与旋钮座(19)的上端螺纹连接，旋钮座(19)与下支板(2)固定连接，当旋转旋钮(18)时，旋钮(18)能够推动传感器座(17)、压力传感器(21)、隔热板(16)、下冷却室(15)和下冷却棒(13)朝向上冷却棒(7)移动。

9.根据权利要求8所述的低温冷却施压装置，其特征在于，旋钮座(19)包括片状的底板和柱状的支杆，该支杆的下端与底板的中央固定连接，该支杆的上端与旋钮(18)螺纹连接，该底板与下支板(2)固定连接。

10.根据权利要求1所述的低温冷却施压装置，其特征在于，上冷却棒(7)外套设有上加热环(11)，下冷却棒(13)外套设有下加热环(5)，上冷却棒(7)上设有用于测温的热电偶(12)，下冷却棒(13)上也设有用于测温的热电偶(12)。