CN107246741A - 一种低温恒温器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低温恒温器，包括放置有被冷却样品的真空腔体和低温制冷机，所述真空腔体和低温制冷机相互独立地被固定，在低温制冷机与真空腔体之间通过橡胶波纹管连接，所述低温制冷机和真空腔体与橡胶波纹管形成填充有导热介质的密封腔体，所述低温制冷机的制冷头插入到密封腔体中。该低温恒温器通过将制冷机与真空腔体采用非接触的形式进行冷量传递，能够有效地减少制冷机将振动传递到被冷却样品上。
Description
技术领域
本发明涉及低温技术领域，尤其涉及一种以G-M低温制冷机为冷源的振动较低的低温恒温器。
背景技术
G-M低温制冷机是由美国学者Gifford和McMahon于1956年发明，它利用压缩气体绝热放气制冷。经过六十年的发展，G-M低温制冷机已经在医学、低温物理实验和现代科技等领域获得广泛应用。
低温恒温器通常是指这样的一种装置,它利用低温流体或其它方法(低温制冷机)使样品处在恒定的,或按所需方式变化的低温温度下,并能对样品进行一种或多种物理量的测量。
随着科学技术的不断深入发展，极端条件下(如超低温、极低振动条件)的科学研究越来越受到科研人员的重视。目前市场上存在成熟的4K G-M低温制冷机以及脉冲管制冷机，使得将某样品冷却至4.2K相比使用液氦变得更加简单。然而，不管是G-M低温制冷机还是脉冲管制冷机，自身振动都不可避免地对被冷却样品位置都会产生影响。这种影响对样品振幅(小于1um甚至nm级别)要求严格的场合是不能被接受的。
在某些应用领域，例如在采用X射线对冷冻靶球进行相衬表征的惯性约束核聚变系统中，要求冷冻靶球位置稳定性在1um甚至更小。在低温光学研究中，对被冷却样品振幅控制有时需要达到纳米量级，考虑到冷源利用的便捷性，常常需要采用G-M低温制冷机，这时就要考虑如何减小G-M低温制冷机对被冷却样品的振动影响。
现有以G-M低温制冷机为冷源的低温恒温器，往往没有考虑或者未充分考虑如何减小G-M低温制冷机对被冷却样品的振动影响，导致被冷却样品振动指标达不到实验所需要求。目前常见的以G-M低温制冷机为冷源的低温恒温器，G-M低温制冷机与真空腔体直接连接，导致G-M低温制冷机的振动直接传递给真空腔体，继而影响被冷却样品；被冷却样品直接连接在制冷机冷头上，导致G-M低温制冷机的振动直接传递给被冷却样品；真空腔体通过非减振支架连接在地面，导致地面振动传递给真空腔体，继而传递给被冷却样品。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种低温恒温器，将低温制冷机与中空腔体间接连接，将制冷机冷头不与被冷却样品直接接触，通过多种方式减振，能够将振动降到极低。
为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：一种低温恒温器，包括放置有被冷却样品的真空腔体和低温制冷机，所述真空腔体和低温制冷机相互独立地被固定，其特征在于，在低温制冷机与真空腔体之间通过橡胶波纹管连接，所述低温制冷机和真空腔体与橡胶波纹管形成填充有导热介质的密封腔体，所述低温制冷机的制冷头插入到密封腔体中。
优选地，在真空腔体上靠近低温制冷机的一侧为内凹结构，低温制冷机和内凹结构与橡胶波纹管形成所述的密封腔体，所述低温制冷机的制冷头插入到内凹结构中。
优选地，所述导热介质为氦气。
优选地，在所述真空腔体的外侧壁上与被冷却样品的对应位置处设置有多个光学窗口。
优选地，所述真空腔体支撑在隔振平台上。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1)该低温恒温器的制冷机和真空腔独立支撑，并且不进行直接接触，这样制冷机的振动不会传递到真空腔内的被冷却样品上进而能够避免由于振动而使被冷却样品不能满足相应的实验标准，该低温恒温器能够将振动减少到纳米级别；
2)该低温恒温器采用高纯氦气作为冷却介质将冷量传递到位于真空腔体内的被冷却样品上而非直接将制冷头与被冷却样品接触，这样进一步能够避免将制冷机的运动传递到被冷却样品上，进而能够进一步减小被冷却样品的振动。
附图说明
图1是根据本发明的一个优选实施例的原理图
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。
如图1所示的一种低温恒温器，包括放置有被冷却样品6的真空腔体3和位于真空腔体3上方的G-M低温制冷机1，所述G-M低温制冷机1和真空腔体3与设置在二者之间的软橡胶波纹管2形成密封腔体5，通过采用软橡胶波纹管2一方面能够减少G-M低温制冷机1产生的振动传递到真空腔体3上，一方面也能够对密封腔体5形成密封。所述G-M低温制冷机1采用现有技术，在使用时，其单独支撑在地面上或者其它支撑结构上(未示出)，并且在支撑时采用减震装置。具体地，被冷却样品6在真空腔体3内的固定采用现有技术。
在所述密封腔体5内填充有高纯氦气，所述G-M低温制冷机1的制冷头4插入到密封腔体5内但不与密封腔体5的侧壁接触，通过高纯氦气能够将制冷头4产生的冷量传递到真空腔体3内进而实现对位于真空腔体3内的被冷却样品6进行冷却。并且，由于被冷却样品6放置在真空腔体3内，传递到真空腔体3内的冷量不会过快地传递出去。
具体地，所述真空腔体3的上壁形成内凹结构，所述内凹结构、软橡胶波纹管以及G-M低温制冷机1的一侧壁围成所述密封腔体5，所述G-M低温制冷机1的制冷头4插入到内凹结构中，这样增加了密封腔体5的高纯氦气与真空腔体3的接触面积，进而能够增加对真空腔体3的冷却速度，提高了制冷效率，减少了冷量的浪费。
在所述真空腔体3的外侧壁上且与被冷却样品6对应的位置处设置有多个光学窗口7，所述光学窗口7可以采用玻璃制成，在不破坏真空腔体3密封性能的情况下，能够对被冷却样品进行观察。
所述真空腔体3支撑在隔振平台8上，通过隔振平台8能够减小G-M低温制冷机1将振动传递到地面进而由于地面振动对被冷却样品产生影响。隔振平台的表面带阵列螺纹孔的台桌型隔振光学平台，集成橡胶组件，具有一定隔振效果。具体地，隔振光学平台采用现有技术，此处不再详述。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (5)
1.一种低温恒温器，包括放置有被冷却样品的真空腔体和低温制冷机，所述真空腔体和低温制冷机相互独立地被固定，其特征在于，在低温制冷机与真空腔体之间通过橡胶波纹管连接，所述低温制冷机和真空腔体与橡胶波纹管形成填充有导热介质的密封腔体，所述低温制冷机的制冷头插入到密封腔体中。
2.根据权利要求1所述的一种低温恒温器，其特征在于，在真空腔体上靠近低温制冷机的一侧为内凹结构，低温制冷机和内凹结构与橡胶波纹管形成所述的密封腔体，所述低温制冷机的制冷头插入到内凹结构中。
3.根据权利要求1或2所述的一种低温恒温器，其特征在于，所述导热介质为氦气。
4.根据权利要求1或2所述的一种低温恒温器，其特征在于，在所述真空腔体的外侧壁上与被冷却样品的对应位置处设置有多个光学窗口。
5.根据权利要求1或2所述的一种低温恒温器，其特征在于，所述真空腔体支撑在隔振平台上。
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