CN113406129B - 一种用于x射线单晶体衍射仪的液氮蒸发器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及衍射仪设备技术领域，公开了一种用于X射线单晶体衍射仪的液氮蒸发器，包括呈矩形布置的输送管，输送管的进口端连通有流量阀；输送管上的一侧套设有第一加热器，输送管上的另一侧套设有第二加热器，第一加热器的下部连通有第一限流阀，第一加热器的上部连通有第二限流阀，第二限流阀连通有储能箱；储能箱上连通有止流阀，止流阀与第二加热器的上部连通，第二加热器的下部连通有阻流阀，阻流阀连通有泵组件；输送管内固定有位于第二加热器上方的第一传感器，输送管内固定有位于第二加热器下方的第二传感器，第二传感器的下方设置有电磁阀；输送管的出口端连通有出气阀。本发明结构简单，以对液氮进行蒸发，并对氮气的温度进行控制。

Description

一种用于X射线单晶体衍射仪的液氮蒸发器

技术领域

本发明涉及衍射仪设备技术领域，具体公开了一种用于X射线单晶体衍射仪的液氮蒸发器。

背景技术

X射线衍射仪是对材料晶体结构进行研究的设备，X射线衍射仪的测角仪是依据布拉格衍射仪原理：nλ＝2dsinθ设计的，利用样品的表面转动反射线角度不同，对材料的结构、晶粒大小、结晶度等进行检测。

现有的常规X射线衍射仪在测试样品时通常在常温空气中检测，需要进行低温测定时，需要利用液氮对测试样品进行降温，如中国专利公布号为：CN 111678930 A.一种用于X射线衍射仪在低温下测量样品特性的检测装置，即利用液氮对测试样品进行降温，但是，在使用液氮的时候，因为其处于液体，不能直接使用，只能气化后形成氮气再利用，但是由于液氮的温度极低，在气化的时候形成冰液混合物，难以传输至X射线衍射仪进行使用，需要对液氮升温，虽然工业生产中氮气使用时也会对液氮进行升温，但是，输出量大且难以控制输出至需求量较小的X射线单晶体衍射仪。

因此，提出一种用于X射线单晶体衍射仪的液氮蒸发器，以适应X射线单晶体衍射仪使用。

发明内容

本发明意在提供一种用于X射线单晶体衍射仪的液氮蒸发器，以适应X射线单晶体衍射仪使用，并能控制氮气输出的温度以及输出量。

为了达到上述目的，本发明的基础方案如下：一种用于X射线单晶体衍射仪的液氮蒸发器，包括呈矩形布置的输送管，输送管的进口端连通有流量阀；输送管上的一侧套设有第一加热器，输送管上的另一侧套设有第二加热器，第一加热器的下部连通有第一限流阀，第一加热器的上部连通有第二限流阀，第二限流阀连通有储能箱；储能箱上连通有止流阀，止流阀与第二加热器的上部连通，第二加热器的下部连通有阻流阀，阻流阀连通有泵组件；输送管内固定有位于第二加热器上方的第一传感器，输送管内固定有位于第二加热器下方的第二传感器，第二传感器的下方设置有电磁阀；输送管的出口端连通有出气阀。

进一步，蓄能箱连通有控制阀，控制阀连通有在输送管上呈螺旋均布的辅助管，输送管的出口端内安装有第三传感器。

有益效果：本方案中，利用第三传感器检测输送管出口端的氮气温度，若温度仍然没有达到需求的氮气温度，则控制器会控制阻流阀开启，以向辅助管内输入热气，利用热气对氮气进行升温，达到需求的氮气温度，最后达到需求温度再打开出气阀。

进一步，第一加热器包括第一保温层和呈螺旋布置在第一保温层上的第一管道，第一管道的下端与第一限流阀连通，第一管道的上端与第二限流阀连通。

有益效果：本方案中，螺旋布置的第一管道以延长热气与液氮进行热交换时间，达到对液氮进行充分蒸发升温的目的，保温层对第一管道内的热气进行保温，降低热气的热能损失量。

进一步，第二加热器包括第二保温层和呈螺旋布置在第二保温层上的第二管道，第二管道的上端与止流阀连通，第二管道的下端与阻流阀连通。

有益效果：本方案中，蓄能箱内的热气通过第二管道对氮气进行升温时，螺旋布置的第二管道延长热气与氮气热交换的时间，保温层对第二管道内的热气进行保温。

进一步，还包括控制器，控制器与第一传感器、第二传感器和第三传感器均电连接，控制器与第一限流阀、第二限流阀、阻流阀、电磁阀、出气阀、流量阀、控制阀和止流阀电连接。

有益效果：基于第一传感器、第二传感器和第三传感器的信息，以对第一限流阀、第二限流阀、阻流阀、电磁阀、出气阀、流量阀、控制阀和止流阀进行控制，达到智能化蒸发液氮的目的，并且能够充分控制氮气温度。

进一步，包括如下蒸发方法：

S1：第一获取测试样品需要降低的温度信息，通过温度信息计算液氮量、需求氮气温度和氮气量；

S2：通过液氮罐向流量阀输送液氮，控制器获取液氮的量，基于控制器的判断，当达到需求的液氮量时，控制器关闭控制器；

S3：控制器打开第一限流阀和第二限流阀，通过第一限流阀向输送管内输入热气对液氮进行换热蒸发，第一传感器获取输送管内氮气的温度A，基于控制器的判断，若温度A与需求温度不一致，控制器调节经过第一限流阀和第二限流阀的热气流量，直至温度A与需求氮气温度一致，控制器打开电磁阀和出气阀；

S4：第二传感器获取输送管内氮气的温度B，基于控制器的判断，若温度B与需求氮气温度一致，控制器打开电磁阀和出气阀；若温度B与需求氮气温度不一致，控制器开启止流阀、阻流阀和泵组件，向第二加热器内输入蓄能箱内的热气，直至达到需求氮气温度一致，控制器开启电磁阀；

S5：第三传感器获取输送管内出口端氮气的温度，基于控制器的判断，若输送管内出口端的氮气温度与需求氮气温度一致，则打开出气阀，若输送管内出口端的氮气温度与需求氮气温度不一致，控制器打开控制阀，向辅助管内送入热气对氮气进行升温，直至达到需求温度，再打开出气阀。

有益效果：本方案中，通过第一传感器、第二传感器和第三传感器，以及控制器和第一限流阀、第二限流阀、阻流阀、电磁阀、出气阀、流量阀、控制阀和止流阀的配合，达到多级升温的目的，保证氮气的输出温度，适应于X射线单晶体衍射仪的需求。

本发明的原理以及有益效果：(1)本方案中利用第一加热器、第二加热器以及辅助管进行三级配合，达到对液氮进行蒸发，并进行温控的目的，以调控氮气输出的温度。

(2)本方案中，通过第一限流阀、第二限流阀、阻流阀、电磁阀、出气阀、流量阀、控制阀和止流阀的配合，保证了氮气的温度控制的精准性以，适应于X射线单晶体衍射仪对氮气的需求。

当然，实施申请的方案并不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。

附图说明

图1为本发明实施例中用于X射线单晶体衍射仪的液氮蒸发器的轴测图；

图2为本发明实施例中用于X射线单晶体衍射仪的液氮蒸发器的剖视图；

图3为本发明实施例中用于X射线单晶体衍射仪的液氮蒸发器的电路控制图。

具体实施方式

面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

说明书附图中的附图标记包括：第二加热器11、第二管道111、输送管12、第一加热器13、第一管道131、流量阀14、输出管15、止流阀21、第二限流阀22、第一限流阀23、控制阀25、出气阀26、电磁阀27、阻流阀28、抽气泵29、第一传感器31、第二传感器32、第三传感器33。

实施例：

基本如附图1、附图2和附图3所示：一种用于X射线单晶体衍射仪的液氮蒸发器，包括呈矩形布置的输送管12，输送管12的进口端连通有流量阀14，输送管12的一侧套设有第一加热器13，输送管12的另一侧套设有第二加热器11，输送管12的出口端封闭，输送管12的出口端连通有输出管15，输出管15上连通有出气阀26。

本实施例中，第一加热器13包括第一保温层和呈螺旋布置在第一保温层上的第一管道131，第一管道131的下端连通有第一限流阀23，第一管道131的上端连通有第二限流阀22，第二限流阀22连通有蓄能箱。第二加热器11包括第二保温层和呈螺旋布置在第二保温层上的第二管道111，第二管道111的上端连通有与蓄能箱连通的止流阀21，第二管道111的下端连通有阻流阀28，阻流阀28连通有抽气泵29，抽气泵29连通有废气箱(图中未示出)。

蓄能箱连通有阻流阀28，阻流阀28连通有呈螺旋布置在输送管12出口端的辅助管，辅助管与废气箱连通。

本实施例中，输送管12内安装有位于第二加热器11上方的第一传感器31，输送管12内安装有位于第二加热器11下方的第二传感器32，第二传感器32的下方设置有安装在输送管12上的电磁阀27，输送管12的出口端安装有第三传感器33。

本实施例中还包括控制器，第一传感器31、第二传感器32和第三传感器33均与控制器电连接，第一限流阀23、第二限流阀22、阻流阀28、电磁阀27、出气阀26、流量阀14、控制阀25和止流阀21均与控制器均电连接。本实施例中第一传感器31、第二传感器32和第三传感器33均为温度传感器。

本实施例中，液氮蒸发方法包括如下步骤：

S1：第一获取测试样品需要降低的温度信息，通过温度信息计算液氮量、需求氮气温度和氮气量。例如：初始时测定测试样品的温度，并利用公式Q＝C*m*△t，(Q放表示放出的热量，C表示物质的比热容，m表示物质的质量，△t表示温度的变化量)计算测试样品需要降低的温度10℃需要释放的量a，将释放的热量a、再假设氮气升温10℃和氮气的初始温度代入至公式：Q＝C*m*△t计算出氮气的质量，再利用m(质量)＝p(密度)V(体积)，计算氮气的体积，再利用公式：V2＝647*V1(液V1位氮气量，V2为液氮量，1L液氮＝647L氮气)确定液氮的量。

S2：通过液氮罐向流量阀14输送液氮，控制器控制流量阀14启闭，当氮气量达到需求量时，控制器将流量阀14关闭。

S3：控制器打开第一限流阀23和第二限流阀22，并通过第一限流阀23向输送管12内输入热气对液氮进行加热，以使得液氮蒸发，第一传感器31获取输送管12内氮气的温度A，基于控制器的判断，若温度A与需求温度不一致(温度过低，未达到升温目的)，控制器调节经过第一限流阀23和第二限流阀22的开度，以控制热气在第一管道131内的量，保证换热效果，直至氮气的温度与需求的氮气温度一致，则控制器直接打开电磁阀27和出气阀26。

S4：第二传感器32获取输送管12内氮气的温度B，基于控制器的判断，若温度B与需求氮气温度一致，控制器打开电磁阀27，氮气流向输送管12的出口端，若第三传感器33获取输送管12内的氮气温度与温度B不一致(温度过低，未达到升温要求)，控制器开启止流阀21、阻流阀28和抽气泵29，向第二加热器11内输入蓄能箱内的热气，直至达到需求的氮气温度，控制器开启电磁阀27和出气阀26。

S5：第三传感器33获取输送管12内出口端氮气的温度，并将信息发送至控制器，基于控制器的判断，若输送管12内出口端的氮气温度与需求氮气温度不一致，控制器打开控制阀25，蓄能箱向辅助管内输入热气以对氮气进行升温，直至达到需求氮气温度，控制器打开出气阀26。

当然，本实施例中，控制器还能控制出气阀26的开度，以控制氮气的出气量，适应于X射线单晶体衍射仪对氮气的温度需求。本方案以管路的形式布置，可集成化布置，适用于较小的空间内，利于X射线单晶体衍射仪对氮气进行使用。同时，本实施例用蓄能箱对热气进行储存，将余温进行利用，达到节能的目的。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (1)

1.一种用于X射线单晶体衍射仪的液氮蒸发器，其特征在于：包括呈矩形的输送管，输送管的进口端连通有流量阀；

输送管上的一侧套设有第一加热器，输送管上的另一侧套设有第二加热器，第一加热器的下部连通有第一限流阀，第一加热器的上部连通有第二限流阀，第二限流阀连通有蓄能箱；

蓄能箱上连通有止流阀，止流阀与第二加热器的上部连通，第二加热器的下部连通有阻流阀，阻流阀连通有泵组件；

输送管内固定有位于第二加热器上方的第一传感器，输送管内固定有位于第二加热器下方的第二传感器，第二传感器的下方设置有电磁阀；

输送管的出口端连通有出气阀，蓄能箱连通有控制阀，控制阀连通有在输送管上呈螺旋均布的辅助管，输送管的出口端内安装有第三传感器，第一加热器包括第一保温层和呈螺旋布置在第一保温层上的第一管道，第一管道的下端与第一限流阀连通，第一管道的上端与第二限流阀连通，第二加热器包括第二保温层和呈螺旋布置在第二保温层上的第二管道，第二管道的上端与止流阀连通，第二管道的下端与阻流阀连通，还包括控制器，控制器与第一传感器、第二传感器和第三传感器均电连接，控制器与第一限流阀、第二限流阀、阻流阀、电磁阀、出气阀、流量阀、控制阀和止流阀电连接，包括如下蒸发方法：

S1：第一获取测试样品需要降低的温度信息，通过温度信息计算液氮量、需求氮气温度和氮气量；

S2：通过液氮罐向流量阀输送液氮，控制器获取液氮的量，基于控制器的判断，当达到需求的液氮量时，控制器关闭控制器；

S3：控制器打开第一限流阀和第二限流阀，通过第一限流阀向输送管内输入热气对液氮进行换热蒸发，第一传感器获取输送管内氮气的温度A，基于控制器的判断，若温度A与需求温度不一致，控制器调节经过第一限流阀和第二限流阀的热气流量，直至温度A与需求氮气温度一致，控制器打开电磁阀和出气阀；

S4：第二传感器获取输送管内氮气的温度B，基于控制器的判断，若温度B与需求氮气温度一致，控制器打开电磁阀和出气阀；若温度B与需求氮气温度不一致，控制器开启止流阀、阻流阀和泵组件，向第二加热器内输入蓄能箱内的热气，直至达到需求氮气温度一致，控制器开启电磁阀；

S5：第三传感器获取输送管内出口端氮气的温度，基于控制器的判断，若输送管内出口端的氮气温度与需求氮气温度一致，则打开出气阀，若输送管内出口端的氮气温度与需求氮气温度不一致，控制器打开控制阀，向辅助管内送入热气对氮气进行升温，直至达到需求温度，再打开出气阀。

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