CN110440912A - 一种实验室用低温辐射计 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种实验室用低温辐射计，具体涉及低温辐射技术领域。其解决了现有的低温辐射计多为液氮‑液氦制冷价格昂贵，开机和实用次数受限制的不足。该实验室用低温辐射计包括制冷机，制冷机上连接有一级冷头和二级冷头，制冷机的外部设有真空支架，真空支架的上部连有真空罩，真空罩内固定有一级冷屏、二级冷屏、样品低温屏和样品台，一级冷头与一级冷屏连接，二级冷头与二级冷屏连接，样品台与样品低温屏连接，二级冷头通过高导柔性导冷结构连接冷盘，用于隔离制冷机振动，冷盘上面设置吸收腔屏蔽热结构，吸收腔安装于吸收腔屏蔽热架构处，吸收腔外侧设置有电加热丝和用于温度测量的热敏电阻。
Description
技术领域
本发明涉及低温辐射技术领域，具体涉及一种实验室用低温辐射计。
背景技术
光辐射计量的核心是辐射源特性和辐射探测器的探测特性进行测量和计量。作为辐射度量的最高标准有标准辐射源和标准辐射探测器。作为标准辐射源，国际上通用的是标准黑体。作为标准辐射探测器，当前公认的是低温辐射计。
低温辐射计采用先进低温、真空和超导技术，利用电加热代替光辐射加热方法，使光校准精度达到0.02％。低温辐射计是利用电替代原理，将光辐射计量溯源到可以精确测量的电参数测量，得到光辐射的绝对功率值的光功率测量基准。电替代测量是低温辐射计的核心，闭环机械制冷低温辐射计的电替代过程由软件自动完成。这个测量过程实际上包括记录腔体对光辐射功率的温度或阻抗响应，然后找到获得同样温度变化所需的电功率。实际上，试图使光辐射功率和电功率完全等效是不现实的，该辐射计采用方法的是将光学值夹在两个电学值中间，然后在两个点之间插值，最后利用公式计算出所测的光辐射功率值。
低温辐射计技术起源于英国国家物理实验室(NPL)。牛津仪器公司接收NPL的技术后，形成低温辐射计系统，并经过大量改进，功能和性能都得到较大的提升，逐渐形成牛津仪器公司的Radiox系列的低温辐射计。这类低温辐射计采用液氮制冷，液氮制冷对系统运行时间有限制，有很大缺点。
NPL和牛津仪器公司看到液氮制冷对低温辐射计的限制，设计了机械制冷低温辐射计(MCR)，但机械制冷达到的温度为15K，相比低温4K存在一些材料比热增加的问题。上世纪九十年代初，美国标准与技术研究院(NIST)开始了绝对辐射计(ACR)的研制工作。为提高辐射基准的精度水平，1995年NIST研制了高精度低温辐射计(HACR)，HACR采用液氮(77K)—液氦(4.2K)的两级制冷方式。热沉经热连接与4.2K的低温平台相连，经由高精度温控系统温度控制在5K。
2016年，国内的长春光机所针对遥感器在轨光辐射测量领域，提出了一种用于太阳辐照度定标的低温辐射计。
当前计量级的低温辐射计多为液氮-液氦制冷的，液氮-液氦二级制冷的低温辐射计可以达到5K以下，相比常温辐射计可以大大提高测量精度，减小不确定度。但是，氦作为最不活泼的元素，且极难液化，在卫星飞船发射、导弹武器工业、低温超导研究、半导体生产等方面有重要用途，我国的氦含量很少，一直依赖进口。液氦作为一种战略资源，比较昂贵和稀少，这将限制液氮-液氦制冷的低温辐射计的使用次数以及每次开机的使用时间。
发明内容
本发明的目的是针对上述不足，提出了一种不需要用液氦，可以使低温辐射计内的最低温度达到3.5K左右，控温在6.3K左右，开机后进行长时间的实验，对每一项参数进行大量重复实验的实验室用低温辐射计。
本发明具体采用如下技术方案：
一种实验室用低温辐射计，包括制冷机，制冷机上连接有一级冷头和二级冷头，制冷机的外部设有真空支架，真空支架的上部连有真空罩，真空罩内固定有一级冷屏、二级冷屏、样品低温屏和样品台，一级冷头与一级冷屏连接，二级冷头与二级冷屏连接，样品台与样品低温屏连接。
优选地，所述二级冷头通过高导柔性导冷结构连接热沉，用于隔离制冷机振动，样品台上面设置吸收腔屏蔽热结构，吸收腔安装于吸收腔屏蔽热结构处，吸收腔外侧设置有电加热丝和用于温度测量的热敏电阻。
优选地，一级冷头与一级冷屏之间、二级冷头与二级冷屏之间均设有柔性导冷结构，用于隔离制冷机振动。
优选地，所述一级冷屏和二级冷屏均通过绝热支撑杆固定于真空罩。
优选地，所述真空罩与制冷机之间设有对置式焊接波纹管。
优选地，所述真空罩顶部侧面设有布鲁斯特窗口，用于对外界杂散光进行屏蔽。
优选地，在制冷机作用下，吸收腔温度稳定在4.8K，吸收腔由于接收入射的光辐射产生一定的温度变化，在达到热平衡后，热敏电阻测量出这个温升，关闭入射光，待吸收腔温度稳定后，由电加热丝对吸收腔加热而产生同样的温升，热平衡后测量出电功率，该电功率即为入射光辐射的功率。
本发明具有如下有益效果：
采用多级冷屏来防止外界热辐射进入黑体腔和低温辐射计内部辐射漏出；采用大热容材料温度波动衰减技术和主动精密温度控制技术，保证了热沉本底温度稳定性；多级组合减振结构，可以使机械制冷机带来的振动影响减小到忽略不计的程度，既可以获得液氦等材料节约的好处，也可以消除振动带来的不利影响。
多级组合减振结构，可以使机械制冷机带来的振动幅度由30微米减小到3微米。
聚酰亚胺材质环带压片式热链接结构，有效的保证了吸收腔和吸收腔屏蔽热结构的热交换，也获得了很好的测量时间常数。
吸收腔装配有屏蔽热结构，进一步提高吸收腔的温度稳定性。
附图说明
图1为实验室用低温辐射计结构示意图。
其中，1为制冷机，2为真空罩，3为绝热支撑杆，4为布鲁斯特窗口，5为一级冷头，6为二级冷屏，7为真空支架，8为二级冷头，9为一级冷屏，10为样品台，11为样品低温屏。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的具体实施方式做进一步说明：
结合附图图1，一种实验室用低温辐射计，包括制冷机1，制冷机1上连接有一级冷头5和二级冷头8，制冷机1的外部设有真空支架7，真空支架7的上部连有真空罩2，真空罩2内固定有一级冷屏9、二级冷屏6、样品低温屏11、样品台10和吸收腔，一级冷头5与一级冷屏9连接，二级冷头与二级冷屏6连接，样品台10与样品低温屏11连接。
二级冷头8通过高导柔性导冷结构连接热沉，用于隔离制冷机振动，样品台10上面设置吸收腔屏蔽热结构，吸收腔安装于吸收腔屏蔽热结构处，吸收腔外侧设置有电加热丝和用于温度测量的热敏电阻，吸收腔置于吸收腔屏蔽热结构内，吸收腔屏蔽热结构置于样品台上，该吸收腔将外界通过布鲁斯特窗口入射的光吸收，转化成热，通过外部的热敏电阻测量具体的温度变化，用于和后续的电加热温升对比。
一级冷头5与一级冷屏9之间、二级冷头8与二级冷屏6之间均设有柔性导冷结构，用于隔离制冷机振动。
一级冷屏9和二级冷屏6均通过绝热支撑杆3固定于真空罩。
真空罩2与制冷机之间设有对置式焊接波纹管。真空罩2顶部侧面设有布鲁斯特窗口4，用于对外界杂散光进行屏蔽，同时光学平台上方真空罩等可以拆卸，方便快速进行测试样品等的更换。
在制冷机作用下，吸收腔温度稳定在4.8K，吸收腔由于接收入射的光辐射产生一定的温度变化，在达到热平衡后，热敏电阻测量出这个温升，关闭入射光，待吸收腔温度稳定后，由电加热丝对吸收腔加热而产生同样的温升，热平衡后测量出电功率，该电功率即为入射光辐射的功率。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种实验室用低温辐射计，其特征在于，包括制冷机，制冷机上连接有一级冷头和二级冷头，制冷机的外部设有真空支架，真空支架的上部连有真空罩，真空罩内固定有一级冷屏、二级冷屏、样品低温屏和样品台，一级冷头与一级冷屏连接，二级冷头与二级冷屏连接，样品台与样品低温屏连接。
2.如权利要求1所述的一种实验室用低温辐射计，其特征在于，所述二级冷头通过高导柔性导冷结构连接热沉，用于隔离制冷机振动，样品台上面设置吸收腔屏蔽热结构，吸收腔安装于吸收腔屏蔽热结构处，吸收腔外侧设置有电加热丝和用于温度测量的热敏电阻。
3.如权利要求2所述的一种实验室用低温辐射计，其特征在于，一级冷头与一级冷屏之间、二级冷头与二级冷屏之间均设有柔性导冷结构，用于隔离制冷机振动。
4.如权利要求2所述的一种实验室用低温辐射计，其特征在于，所述一级冷屏和二级冷屏均通过绝热支撑杆固定于真空罩。
5.如权利要求2所述的一种实验室用低温辐射计，其特征在于，所述真空罩与制冷机之间设有对置式焊接波纹管。
6.如权利要求2所述的一种实验室用低温辐射计，其特征在于，所述真空罩顶部侧面设有布鲁斯特窗口，用于对外界杂散光进行屏蔽。
7.如权利要求2-6任一所述的一种实验室用低温辐射计，其特征在于，在制冷机作用下，吸收腔温度稳定在4.8K，吸收腔由于接收入射的光辐射产生一定的温度变化，在达到热平衡后，热敏电阻测量出这个温升，关闭入射光，待吸收腔温度稳定后，由电加热丝对吸收腔加热而产生同样的温升，热平衡后测量出电功率，该电功率即为入射光辐射的功率。
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|---|---|
| CN (1) | CN110440912A (zh) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110864069A (zh) * | 2019-11-26 | 2020-03-06 | 清华大学 | 一种综合腔减振系统 |
| CN112730505A (zh) * | 2020-12-18 | 2021-04-30 | 上海交通大学 | 用于低温流体节流和定量测量的可视化实验舱 |
| CN113253361A (zh) * | 2021-04-14 | 2021-08-13 | 哈尔滨工业大学 | 一种月壤水冰极端低温物性测试装置 |
| CN113967493A (zh) * | 2021-10-26 | 2022-01-25 | 安徽卓凌机电技术有限责任公司 | 一种可用于科研实验的低温恒温器装置 |
| CN114739031A (zh) * | 2022-05-06 | 2022-07-12 | 中船重工鹏力（南京）超低温技术有限公司 | 一种稀释制冷系统 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2259981A (en) * | 1991-09-24 | 1993-03-31 | Oxford Instr | A cryogenic electrical substitution radiometer |
| CN205808554U (zh) * | 2016-04-15 | 2016-12-14 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 无液氦光谱学恒温器黑体辐射光源样品室 |
| CN107655236A (zh) * | 2017-09-25 | 2018-02-02 | 清华大学 | 超低振动低温恒温器 |
-
2019
- 2019-08-19 CN CN201910761959.XA patent/CN110440912A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2259981A (en) * | 1991-09-24 | 1993-03-31 | Oxford Instr | A cryogenic electrical substitution radiometer |
| CN205808554U (zh) * | 2016-04-15 | 2016-12-14 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 无液氦光谱学恒温器黑体辐射光源样品室 |
| CN107655236A (zh) * | 2017-09-25 | 2018-02-02 | 清华大学 | 超低振动低温恒温器 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 庄新港 等: "低温辐射计热结构设计与分析", 《物理学报》 * |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110864069A (zh) * | 2019-11-26 | 2020-03-06 | 清华大学 | 一种综合腔减振系统 |
| CN110864069B (zh) * | 2019-11-26 | 2020-11-24 | 清华大学 | 一种综合腔减振系统 |
| CN112730505A (zh) * | 2020-12-18 | 2021-04-30 | 上海交通大学 | 用于低温流体节流和定量测量的可视化实验舱 |
| CN112730505B (zh) * | 2020-12-18 | 2022-05-17 | 上海交通大学 | 用于低温流体节流和定量测量的可视化实验舱 |
| CN113253361A (zh) * | 2021-04-14 | 2021-08-13 | 哈尔滨工业大学 | 一种月壤水冰极端低温物性测试装置 |
| CN113253361B (zh) * | 2021-04-14 | 2024-04-26 | 哈尔滨工业大学 | 一种月壤水冰极端低温物性测试装置 |
| CN113967493A (zh) * | 2021-10-26 | 2022-01-25 | 安徽卓凌机电技术有限责任公司 | 一种可用于科研实验的低温恒温器装置 |
| CN114739031A (zh) * | 2022-05-06 | 2022-07-12 | 中船重工鹏力（南京）超低温技术有限公司 | 一种稀释制冷系统 |
| CN114739031B (zh) * | 2022-05-06 | 2023-09-15 | 中船重工鹏力（南京）超低温技术有限公司 | 一种稀释制冷系统 |
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