CN114342031B - 热敏开关 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种热敏开关，包括第一热装置；第二热装置；和连接元件，配置为连接第一热装置和第二热装置。

Description

热敏开关

技术领域

本公开涉及一种装置、具有该装置的系统以及操作该装置的方法。本公开特别地涉及一种用于真空室、且特别是用于诸如多级绝热去磁制冷器之类的低温恒温器的真空室内的机械热敏开关。

背景技术

低温恒温器通常用于保持安装在低温恒温器内的样品的低温。低温可以通过使用例如诸如液氦等低温流体浴来实现。然而，诸如液氦等冷却介质由于低温恒温器中外部和/或内部热量输入而不断蒸发，因此需要定期重新填充。这需要相当多的时间和资源，因此这种低温恒温器的运行成本很高。

为了克服上述缺点，已经开发出了免冷冻剂低温恒温器。免冷冻剂低温恒温器可以采用免冷冻剂封闭循环系统，例如脉冲管制冷器。现代脉冲管制冷器可以实现低至1.2K的温度。为了实现亚开尔文温度(sub-Kelvin temperatures)，除了免冷冻剂封闭循环系统外，还可以使用磁冷却级(magnetic cooling stage)。磁冷却级可以为绝热去磁制冷器(ADR)，可以实现低至几毫开尔文的温度。ADR基于磁热效应。当介质被磁化时，其磁矩对齐且释放磁化热。反之亦然，如果介质去磁，其温度下降。

特别是在亚开尔文温度下，低温恒温器中的热量输入至关重要。低温恒温器内部需要与外部隔热。为此目的，减少真空室中的热量输入可能是有益的，尤其是减少对诸如毫开尔文级的低温级的热量输入。

鉴于以上所述，克服本领域至少其中一些问题的新装置、具有该装置的系统以及操作该装置的方法是有益的。

发明内容

鉴于以上所述，提供一种装置、具有该装置的系统以及操作该装置的方法。

本公开的目的是减少进入真空室的热量输入。另一目的是提供一种适用于超低温、且特别是毫开尔文范围内的机械热敏开关。本公开的其他方面、益处和特征从权利要求书、说明书和附图中是显而易见的。

根据本公开的一方面，提供一种装置。该装置包括第一热装置；第二热装置；和连接元件，配置为连接第一热装置和第二热装置。连接元件可以配置为机械地和热地连接第一热装置和第二热装置。

根据可以与本申请描述的其他实施例结合的一些实施例，连接元件配置为可释放地连接第一热装置和第二热装置。

根据可以与本申请描述的其他实施例结合的一些实施例，第一热装置包括连接元件。

根据可以与本申请描述的其他实施例结合的一些实施例，第二热装置具有配置为容纳第一热装置的连接元件的容纳空间。

根据可以与本申请描述的其他实施例结合的一些实施例，连接元件为能够变形的和/或具有可变直径。

根据可以与本申请描述的其他实施例结合的一些实施例，连接元件为中空圆柱体和/或具有一个或多个狭缝或切口。例如，连接元件为具有一个或多个狭缝或切口的中空圆柱体。

根据可以与本申请描述的其他实施例结合的一些实施例，所述装置进一步包括一塞子。

根据可以与本申请描述的其他实施例结合的一些实施例，所述塞子能够插入连接元件中。

根据可以与本申请描述的其他实施例结合的一些实施例，塞子配置为使连接元件变形和/或扩大连接元件的可变直径以在连接元件和第二热装置之间建立机械接触。

根据可以与本申请描述的其他实施例结合的一些实施例，塞子在其外表面上具有防粘涂层(也称为“不粘涂层”或“防黏涂层”)。例如，防粘涂层可以包括选自包括聚四氟乙烯(PTFE，例如特氟龙)和硫化钼的组的至少一种材料。

根据可以与本申请描述的其他实施例结合的一些实施例，防粘涂层为硬涂层。换句话说，防粘涂层不是流体或润滑剂，例如真空润滑脂。

根据可以与本申请描述的其他实施例结合的一些实施例，所述装置进一步包括位移机构，配置为使塞子平行于第一方向或位移方向位移。

根据可以与本申请描述的其他实施例结合的一些实施例，所述第一方向或位移方向基本上平行于所述装置的竖直方向和/或纵向轴线。

根据可以与本申请所述的其他实施例结合的一些实施例，位移机构包括至少一个第一线或杆，其具有连接至塞子的第一端和连接至致动器的第二端。

根据可以与本申请所述的其他实施例结合的一些实施例，所述至少一个第一线或杆延伸穿过第一热装置的内部。

根据可以与本申请所述的其他实施例结合的一些实施例，位移机构包括至少一个弹性元件和至少一个第二线或杆，所述第二线或杆具有连接到塞子的第一端和连接到所述至少一个弹性元件的第二端，例如直接连接或经由固定器间接连接。

根据可以与本申请描述的其他实施例结合的一些实施例，位移机构包括一固定器。所述至少一个弹性元件的第一端连接至或抵靠固定器。可选地，所述至少一个弹性元件的第二端连接至或抵靠所述装置的支撑结构。固定器可以为能够在基本上平行于塞子的位移方向的方向上运动。

根据可以与本申请描述的其他实施例结合的一些实施例，所述至少一个弹性元件为弹簧。

根据可以与本申请所述的其他实施例结合的一些实施例，所述至少一个第二线或杆延伸穿过第二热装置的内部。

根据可以与本申请描述的其他实施例结合的一些实施例，第二热装置位于第一热装置和至少一个弹性元件之间。

根据可以与本申请描述的其他实施例结合的一些实施例，第一热装置和/或第二热装置具有圆柱形形状。

根据可以与本申请描述的其他实施例结合的一些实施例，所述装置进一步包括支撑结构，配置为支撑第一热装置和/或第二热装置。

根据可以与本申请描述的其他实施例结合的一些实施例，第一热装置配置为第一温度的第一温度级和/或第二热装置配置为第二温度的第二温度级和/或支撑结构配置为第三温度的第三温度级。

根据可以与本申请描述的其他实施例结合的一些实施例，第二温度低于第一温度和/或第一温度低于第三温度和/或第二温度低于第三温度。

根据可以与本申请描述的其他实施例结合的一些实施例，第一温度等于或高于1K且等于或低于4K，和/或第二温度等于或低于1K，和/或第三温度等于或高于4K。

根据可以与本申请描述的其他实施例结合的一些实施例，所述装置进一步包括第一保持结构，配置为保持第一热装置。

根据可以与本申请描述的其他实施例结合的一些实施例，第一保持结构配置为将第一热装置保持在悬挂状态。

根据可以与本申请描述的其他实施例结合的一些实施例，第一保持结构包括至少一个第一保持线或杆。

根据可以与本申请描述的其他实施例结合的一些实施例，所述至少一个第一保持线或杆具有连接至支撑结构的第一端和连接至第一热装置的第二端。

根据可以与本申请描述的其他实施例结合的一些实施例，所述装置进一步包括在支撑结构处的第一预张紧机构。

根据可以与本申请描述的其他实施例结合的一些实施例，所述至少一个第一保持线或杆的第一端连接至第一预张紧机构。

根据可以与本申请描述的其他实施例结合的一些实施例，所述装置进一步包括第二保持结构，配置为保持第二热装置。

根据可以与本申请描述的其他实施例结合的一些实施例，第二保持结构配置为将第二热装置保持在悬挂状态。

根据可以与本申请描述的其他实施例结合的一些实施例，第二保持结构包括至少一个第二保持线或杆。

根据可以与本申请描述的其他实施例结合的一些实施例，所述至少一个第二保持线或杆具有连接至支撑结构的第一端和连接至第二热装置的第二端。

根据可以与本申请描述的其他实施例结合的一些实施例，所述装置进一步包括在支撑结构处的第二预张紧机构。

根据可以与本申请描述的其他实施例结合的一些实施例，所述至少一个第二保持线或杆的第一端连接至第二预张紧机构。

根据可以与本申请描述的其他实施例结合的一些实施例，第一热装置和/或第二热装置布置在支撑结构的内部。例如，支撑结构可以围绕第一热装置和/或第二热装置。

根据可以与本申请描述的其他实施例结合的一些实施例，所述装置配置为用于对真空室中的(例如两个不同的)温度区域(诸如第一温度的区域和第二温度的区域)热连接和断开连接。优选地，真空室为低温恒温器的真空室。

根据可以与本申请描述的其他实施例结合的一些实施例，所述装置为热敏开关或热开关。优选地，所述装置为机械热敏开关或机械热开关。

根据本公开的另一独立方面，提供一种系统。所述系统包括真空室和根据本公开实施例的装置。特别地，所述装置包括第一热装置；第二热装置；和连接元件，配置为(机械地和热地)连接第一热装置和第二热装置。

根据可以与本申请描述的其他实施例结合的一些实施例，所述系统为低温恒温器。

根据可以与本申请描述的其他实施例结合的一些实施例，所述系统为绝热去磁制冷器。优选地，所述系统为多级绝热去磁制冷器。

根据本公开的另一独立方面，提供一种操作根据本公开实施例的装置的方法。所述方法包括建立连接元件、第一热装置和第二热装置之间的机械接触。

根据可以与本申请描述的其他实施例结合的一些实施例，所述方法包括释放至少连接元件和第二热装置之间的机械接触。

各实施例还涉及用于实施所公开的方法的设备并且包括用于执行每个所描述的方法方面的设备部件。这些方法方面可以通过硬件组件、由适当软件编程的计算机，通过两者的任何组合或以任何其他方式来执行。此外，根据本公开的实施例还涉及用于操作所述设备的方法。它包括用于实现所述设备的每种功能的方法方面。

附图说明

为了能够详细理解本公开的上述特征的方式，可以通过参考实施例来对上文简要概括的本公开进行更具体的描述。附图涉及本发明的实施例并且描述如下：

图1示出根据本申请描述的实施例的装置的示意图；

图2示出根据本申请描述的实施例的系统的示意图；

图3示出根据本申请描述的实施例的装置的操作方法的流程图。

具体实施方式

现参照本发明各实施例的详细内容，附图示出了各实施例的一个或多个示例。在附图的以下描述中，相同的附图标记指代相同的组件。通常，仅描述关于各个实施例的差异。每个示例是作为对本公开的解释而提供的，并不意味着对本公开的限制。进一步地，作为一个实施例的部分进行说明或描述的特征可以被其他实施例使用或与其他实施例结合以得到进一步的实施例。其目的在于所述描述包括这些的修改和变化。

在低温和超低温下，减少进入真空室的热量传递可能是有益的。特别地，防止发生热泄漏是有益的。

热敏开关，也称为热开关，是具有至少两种可切换热导率的器件。因此，它们是热管理系统的重要组成部分，尤其是在多级冷却装置中。热敏开关的特征在于以下标准。

开关比：“开”电导率与“关”电导率之比。通常，需要高开关比，最佳情况为非常高的“开”电导率和零“关”电导率。由于在实际系统中这是无法实现的，实际的热敏开关可以设计为表现出非常大的“开”电导率，同时接受不太理想的“关”电导率。

致动类型：有许多热敏开关设计，例如机械、机电、电热、液晶、气隙、超导等。每种类型的热敏开关都有优点和缺点，具体取决于所需的操作领域。

工作温度：许多热敏开关仅在特定温度范围内工作，因为所使用的物理效应在特定温度范围之外可能很小或不存在。一个示例为超导热敏开关，它需要在开关材料的超导相工作。

机械热敏开关可以针对在超低温下的操作进行优化。通常，机械热敏开关非常适合在几乎所有温度范围内工作，并且与大多数其他技术相比，表现出出色的开关比。由于它们往往体积庞大(它们需要产生很大的力以确保良好的热连接)并且包含移动部件，因此在许多应用中都有更好的替代品。然而，在低温区(小于4K)，制冷系统的冷却功率迅速降低且热导率低，机械热敏开关的高开关比和低“关”电导率非常有吸引力。

虽然处于4K时，大多数低温系统提供足够的冷却功率，以吸收在操作开关时移动部件产生的热量，以及坚固的悬架吸收很大的力，但在较低温度下，这在低于4K的操作温度下很快就会出现问题。通过悬架、与致动器(例如轴)的连接的组合热泄漏以及开关过程中产生的热量可能高于低温制冷级的冷却功率。

本公开的实施例克服这些缺点并且允许在显著低于当前可能的温度下使用机械热敏开关。

图1示出根据本申请描述的实施例的装置100的示意图。

装置100为热敏开关，尤其是机械热敏开关。术语“机械”应理解为热连接通过机械接触实现。机械连接将机械热开关与例如使用超导性来提供热连接的超导热开关区分开来。

装置100可以配置为用于真空室、特别是低温恒温器的真空室中对两个不同温度区域热连接和断开连接。低温恒温器可以为但不限于绝热去磁制冷器，特别是多级绝热去磁制冷器。

现在转到图1，装置100包括第一热装置110、第二热装置120以及配置为连接第一热装置110和第二热装置120的连接元件130。连接元件130配置为在第一热装置110和第二热装置120之间提供机械接触，且从而提供热接触。

例如，连接元件130可以配置为可释放地连接第一热装置110和第二热装置120。特别地，装置100可以配置为具有闭合状态和打开状态。在闭合状态下，连接元件130提供机械接触，从而提供第一热装置110和第二热装置120之间的热接触。在打开状态下，连接元件130被释放并且不提供第一热装置110和第二热装置120之间的机械接触。换言之，在打开状态下，至少在连接元件130与第一热装置110和/或第二热装置120之间没有机械接触。因此，第一热装置110和第二热装置120可以彼此热绝缘并且可以保持在不同的温度。

在一些实施例中，第一热装置110包括连接元件130。第二热装置120可以具有容纳空间122，配置为容纳第一热装置110的连接元件130。连接元件130在装置100的闭合状态下可以接触容纳空间122的内壁124，而在装置100的打开状态下可以不接触容纳空间122的内壁124。在打开状态下，容纳空间122的内壁124与连接元件130之间可以存在间隙。间隙可以为0.5mm或更大，优选地为1mm或更大，更优选地为2mm或更大。附加地或替代地，间隙可以为5mm或更小，优选地为3mm或更小，优选地为2mm或更小，且更优选地为1mm或更小。间隙可以沿水平方向2限定。

根据一些实施例，第一热装置110和/或第二热装置120和/或连接元件130和/或容纳空间124具有圆柱形形状。术语“圆柱”可以被普遍接受地理解为具有圆形底部形状和圆形上部形状以及连接上部圆形和下部圆形的曲面区域或外壳。

在一些实施例中，连接件130与容纳空间124具有对应的形状，例如圆柱形形状。然而，本公开不限于此，连接元件130与容纳空间124可以具有除圆柱形形状以外的形状。

第一热装置110和/或第二热装置120和/或连接元件130和/或容纳空间124可以具有各自的纵向轴线。特别地，第一热装置110可以具有第一纵向轴线和/或第二热装置120可以具有第二纵向轴线和/或连接元件130可以具有第三纵向轴线和/或容纳空间124可以具有第四纵向轴线。第一至第四纵向轴线中的一个或多个、且优选地第一至第四纵向轴线中的所有，可以彼此重合。如果提供圆柱形形状，则纵向轴线/轴可以对应于相应圆柱的圆柱轴线。

第一至第四纵向轴线通常可以称为“装置100的纵向轴线10”。第一至第四纵向轴线可以基本上平行于竖直方向1，特别是当装置100安装在真空室内部时。

术语“竖直方向”或“竖直定向”应理解为区别于“水平方向”或“水平定向”。也就是说，“竖直方向”或“竖直定向”涉及例如第一至第四轴线和/或装置100的纵向轴线10的基本上竖直的定向，其中，与严格的竖直方向或竖直定向有几度的偏差，例如达到10°或甚至达到15°，仍然被认为是“基本竖直的方向”或“基本竖直的定向”。竖直方向可以基本上平行于重力。

根据一些实施例，连接元件130可以为可变形的。例如，连接元件130可以具有可变直径。连接元件130的可变直径可以沿基本上垂直于纵向轴线10的方向限定。例如，连接元件130的可变直径可以沿水平方向2限定。可变直径可以在打开状态下具有第一值，在闭合状态下具有第二值。第一值可以小于第二值。换言之，连接元件130的直径在打开状态下可以为小(较小)的，使得连接元件130不接触第二热装置120。进一步，连接元件130的直径在闭合状态下可以为大(较大)的，使得连接元件130接触第二热装置120。在一些实施例中，闭合状态的第二值可以基本上对应于容纳空间124的内直径。

为了提供可变直径，连接元件130可以具有一个或多个狭缝或切口。例如，连接元件130可以为具有一个或多个狭缝或切口的中空圆柱体。一个或多个狭缝或切口可以具有基本上平行于装置100的纵向轴线10的纵向延伸。狭缝或切口的数量可以为两个或更多个，优选地为两个、三个、四个、五个、六个或更多个。

根据一些实施例，装置100进一步包括塞子140。塞子140可以为能够插入连接元件130中，例如从下方。塞子140可以配置为使连接元件130的可变直径变形和/或扩大以建立连接元件130和第二热装置120之间的机械接触。

塞子140可以具有圆锥形状，例如截头圆锥形状。圆锥可以具有第一侧(例如上侧或顶侧)、第二侧(例如下侧或底侧)以及连接第一侧和第二侧的横向侧。第一侧的直径可以小于第二侧的直径。塞子140可以为能够从第一侧插入连接元件130中。当塞子140为能够插入连接元件130中时，连接元件130的直径可以增大。当塞子140从连接元件130移除时，连接元件130的直径可以减小。

在一些实施方式中，塞子140可以具有在其外表面上的防粘涂层(也称为“不粘涂层”或“防黏涂层”)。例如，防粘涂层可以包括选自包括聚四氟乙烯(PTFE，例如特氟龙)和硫化钼的组的至少一种材料。防粘涂层可以为覆盖(或涂覆在)塞子的主体140的材料层。塞子的主体140可以由不同的材料制成，诸如铜、银或金。防粘涂层可以减少当将塞子140插入连接元件130或从连接元件130移除塞子140时由于摩擦而产生的热量。

在一些实施方式中，装置100进一步包括位移机构，配置为使塞子140基本平行于第一方向或位移方向位移。第一方向或位移方向可以基本上平行于装置100的竖直方向1和/或纵向轴线10。

术语“基本上平行”涉及例如纵向轴线10和位移方向的基本上平行的定向，其中，与严格平行的定向有几度的偏差，例如达到5°或甚至达到10°，仍然被认为是“基本上平行”。

根据一些实施例，位移机构包括至少一个第一线152，其具有连接到塞子140(例如其第一侧)的第一端和连接到致动器(未示出)的第二端。所述至少一个第一线152可以延伸穿过第一热装置110的内部。致动器可以为电机，诸如电动机和/或步进电机。致动器可以配置为沿位移方向移动(例如缠绕和/或拉)所述至少一个第一线152，以将塞子140朝向连接元件130移动并因此达到闭合状态。所述至少一个第一线152可以延伸穿过第一热敏装置110的内部。

根据一些实施例，位移机构可以包括至少一个弹性元件156和至少一个第二线154。所述至少一个弹性元件156可以为弹簧。所述至少一个第二线154可以延伸穿过第二热装置120的内部。附加地或替代地，第二热装置120可以位于第一热装置110和所述至少一个弹性元件154之间。

所述至少一个第二线154的第一端可以连接到塞子140(例如其第二侧)，且所述至少一个第二线154的第二端可以连接到所述至少一个弹性元件156的第一端，例如直接连接或经由固定器158间接连接。例如，所述至少一个弹性元件156的第一端可以抵靠固定器158，所述至少一个第二线154的第二端也连接至该固定器158。所述至少一个弹性元件156的第二端可以抵靠支撑结构160。因此，所述至少一个弹性元件158可以被插入在支撑结构160和固定器158之间。

在一些实施方式中，固定器158可以为能够沿基本上平行于塞子140的位移方向和/或纵向轴线10的方向运动。当塞子140运动时，固定器158可以沿相同方向运动。

致动器可以配置为在闭合状态经由所述至少一个第一线152保持塞子140，例如通过提供保持力。当保持力被释放时，例如通过展开所述至少一个第一线152，所述至少一个弹性元件156可以提供恢复力，使塞子140沿位移方向远离连接元件130运动并因此运动至打开状态。

在以上描述中，提供至少一个第一线152和至少一个第二线154作为示例。在其他实施例中，可以提供至少一个第一杆来代替所述至少一个第一线152。附加地或替代地，可以提供至少一个第二杆来代替所述至少一个第二线154。所述至少一个第一杆和/或所述至少一个第二杆可以为螺纹杆，但不限于此。

所述至少一个第一杆和/或所述至少一个第二杆可以由具有低导热率的材料制成。即使不使用所述至少一个弹性元件156和所述至少一个第二杆，使用坚固的杆也允许致动热敏开关，因为塞子可以被拉(以闭合开关)和推(以打开开关)。

在本公开中，线可以理解为细丝、一组捻在一起的细丝，或将短纤维纺捻成连续的股而形成的长丝。相较而言，杆可以理解为笔直而坚固的条状物。

根据一些实施例，装置100可以进一步包括支撑结构160，配置为支撑第一热装置110和/或第二热装置120和/或位移机构的至少一部分，诸如所述至少一个弹性元件156。第一热装置110和/或第二热装置120可以布置在支撑结构160的内部。例如，支撑结构160可以围绕第一热装置110和/或第二热装置120。在一些实施方式中，所述至少一个弹性元件154可以设置在支撑结构160外侧，例如支撑结构160的下侧或底侧。

在一些实施例中，第一热装置110可以配置为第一温度的第一温度级和/或第二热装置120可以配置为第二温度的第二温度级和/或支撑结构160可以配置为第三温度的第三温度级。第二温度可以低于第一温度和/或第一温度可以低于第三温度和/或第二温度可以低于第三温度。

例如，第一温度等于或高于1K且等于或低于4K，和/或第二温度等于或低于1K，和/或第三温度等于或高于4K。三级配置减少了对最冷级即第二热装置的热量输入。从而，较低的温度可以在最冷级实现。此外，低温可以更稳定地维持。

根据一些实施例，装置100包括第一保持结构170，配置为保持第一热装置110。

附加地或替代地，装置100包括第二保持结构180，配置为保持第二热装置120。第一保持结构170和第二保持结构180可以为独立的结构，以便相对于彼此为基本上热绝缘的。

在一些实施方式中，第一保持结构170配置为将第一热装置110保持在悬挂状态。

附加地或替代地，第二保持结构180配置为将第二热装置120保持在悬挂状态。从而，第一热装置与其周围环境之间的接触和/或第二热装置120与其周围环境之间的接触可以最小化，进而热量输入可以减少。

第一保持结构170可以包括至少一个第一保持线172。所述至少一个第一保持线172可以具有连接至支撑结构160的第一端和连接至第一热装置110的第二端。附加地或替代地，第二保持结构180可以包括至少一个第二保持线182。所述至少一个第二保持线182具有连接至支撑结构160的第一端和连接至第二热装置120的第二端。保持线可以最小化第一热装置110和支撑结构160之间以及第二热装置120和支撑结构160之间的热传导。

在一些实施方式中，所述至少一个第一保持线172和/或所述至少一个第二保持线182可以基本上平行于装置的纵向轴线10延伸。所述至少一个第一保持线172的数量可以为二、三、四、五、六、七、八或甚至更多。同样地，所述至少一个第二保持线182的数量可以为二、三、四、五、六、七、八或甚至更多。保持线172、182可以分别围绕第一热装置110和第二热装置120的外周等距布置。

在一些实施例中，第一保持结构170和/或第一第二保持结构180分别围绕第一热装置110和第二热装置120对称地布置。

例如，一个或多个第一保持线172(例如三个第一保持线)可以从第一热装置110沿第一方向(例如向上)延伸到支撑结构160的第一部分162。另外，一个或多个另外的第一保持线172(例如三个另外的第一保持线)可以从第一热装置110沿与第一方向相反的第二方向(例如向下)延伸到支撑结构160的第二部分164。

同样，一个或多个第二保持线182(例如三个第一保持线)可以从第二热装置120沿第一方向(例如向上)延伸到支撑结构160的第二部分164。另外，一个或多个另外的第二保持线182(例如三个另外的第二保持线)可以从第二热装置120沿与第一方向相反的第二方向(例如向下)延伸到支撑结构160的第三部分166。

向上和向下延伸的第一和/或第二保持线172、182可以分别围绕第一热装置110和第二热装置120的外周交替布置。

在一些实施方式中，第一部分162、第二部分164和第三部分166可以为沿纵向轴线10顺序布置的环。根据一些实施例，可以在第一部分162和第二部分164之间以及在第二部分164和第三部分166之间提供间隔物。

根据一些实施例，装置100包括在支撑结构160处的第一预张紧机构174。所述至少一个第一保持线172的第一端可以连接到所述第一预张紧机构174。从而，所述至少一个第一保持线172能够被张紧以限制第一热装置110的运动。特别地，所述至少一个第一保持线172可以防止塞子10沿纵向轴线10和/或位移方向的运动。由于所述至少一个第一保持线172阻止沿位移方向的运动，因此在一些实施方式中，不需要用于垂直于位移方向的方向(例如水平方向2)的固定装置。多个第一预张紧机构174可以设置在支撑结构160的第一部分162和/或第二部分164的合适位置。

根据一些实施例，装置100包括在支撑结构160处的第二预张紧机构184。所述至少一个第二保持线182的第一端可以连接到所述第二预张紧机构184。从而，所述至少一个第二保持线182能够被张紧以限制第二热装置120的运动。特别地，所述至少一个第二保持线182可以防止塞子10沿纵向轴线10和/或位移方向的运动。由于所述至少一个第二保持线182阻止沿位移方向的运动，因此在一些实施方式中，不需要用于垂直于位移方向的方向(例如水平方向)的固定装置。多个第二预张紧机构184可以设置在支撑结构160的第二部分164和/或第三部分166的合适位置。

在以上描述中，提供至少一个第一保持线172和至少一个第二保持线182作为示例。在其他实施例中，可以提供至少一个第一保持杆来代替所述至少一个第一保持线172。附加地或替代地，可以提供至少一个第二保持杆来代替所述至少一个第二保持线182。所述至少一个第一保持杆和/或所述至少一个第二保持杆可以为螺纹杆，但不限于此。所述至少一个第一保持杆和/或所述至少一个第二保持杆可以由具有低导热率的材料制成。

下面参照图1描述打开和关闭过程的操作。

为了闭合热敏开关，致动器拉所述至少一个第一线152(“致动线”)，使塞子140(“弹簧位移器”)朝向第一热装置(例如第一温度)移动，从而使连接元件130(“传递弹簧”)变形并在第二温度下将连接元件130压入第二热装置120中。线固定器158随塞子140运动，压缩所述至少一个弹性元件156(“复位弹簧”)。所表现的力被线悬架170、180和支撑结构160吸收。

为了打开热敏开关，致动器释放所述至少一个第一线152，允许所述至少一个弹性元件156伸展并使开关组件运动回到其初始打开状态。

该机构可以将运动部件产生的大部分热量排出至例如连接至支撑结构160的热浴，从而使由低温区域吸收的热量最小化。另外，由于复位力是局部产生的，因此可以使用(细)线连接至致动器，进一步减少热泄漏。

在一些实施例中，热敏开关包括三个主要温度区域或由三个主要温度区域组成，即第一热装置110处的第一温度(T1)、第二热装置120处的第二温度(T2)和支撑结构160处的第三温度(T3)。

支撑结构160可以处于具有足够冷却功率的热浴的温度，而热开关将处于T1和T2的两个其他温度区域连接/断开连接。处于T1和T2的热装置通过线悬架独立地悬挂在支撑结构160上。线由预张紧机构(张紧组件)预张紧，以提供两个热装置110、120之间的自动对齐。处于T1的第一热装置被加工成在其下端具有“传递弹簧”，传递弹簧配合到处于T2的第二热装置120中的孔中，仅留下小于一毫米宽的间隙。开关机构包括位于线上的塞子140或由其组成。该线的一侧连接到致动器(例如电动机)，而另一侧连接到线固定器158。

为了闭合开关，致动器拉致动线，使弹簧位移器朝向T1运动，从而使传递弹簧变形并将其压入处于T2的相应部分。线固定器随弹簧位移器运动，压缩复位弹簧。所表现的力被线悬架和支撑结构160吸收。为了打开开关，致动器释放致动线，允许复位弹簧伸展并使开关组件运动回到其初始状态。

线可以为对称的悬挂元件。第一热装置110和/或第二热装置120可以由六根悬挂线悬挂，例如三根向上和三根向下。

图2示出根据本申请描述的实施例的系统300的示意图。系统300可以为低温恒温器，例如免冷冻剂低温恒温器。系统300包括真空室310和本公开实施例的装置100。

真空室310具有配置为容纳真空的内部空间312。真空室310将内部空间312与外部基本上气密密封、真空密封、不透热密封和/或不透辐射密封。可选地，真空室310可以将内部空间312与外部电绝缘。

真空通常理解为基本上没有物质的空间。如贯穿本申请所使用的术语“真空”特别地理解为技术真空，即气体压力远低于大气压的区域。真空室310内的真空可以为高真空或超高真空。诸如涡轮泵和/或低温泵(未示出)等的一个或多个真空发生源可以连接至真空室310以产生真空。

根据一些实施例，系统300可以提供用于测量样品20在低温或超低温下的一种或多种物理特性。所述一种或多种物理特性可以包括但不限于磁化、电阻率和电导率。可选地，样品的所述一种或多种物理特性可以在诸如外部磁场和/或压力等外部条件下测量。可以使用样品转移机构30将样品20装入真空室310中和从真空室中取出。

系统300可以包括具有内空间和真空锁的进入端口320。真空锁可以在关闭状态下将内部空间312与进入端口320的内空间基本上真空密封，并且可以在打开状态下允许进入内部空间312。

例如，真空锁可以关闭并且具有附接其上的样品20的样品支架可以例如在大气压下放置在进入端口320的内空间中。进入端口320的内空间可以与外部密封，并且可以在内空间中产生技术真空。然后，可以打开真空锁以连接真空室310的内部空间312和进入端口320的内空间。可以使用样品转移机构30将样品支架插入真空室310中。样品支架可以机械地附接至基座330，样品支架可以从样品转移机构30释放，并且样品转移机构30可以从内空间312中移出。可以关闭真空锁并且可以操作系统300来检查样品支架上的样品。

系统300可以配置为在真空室内部提供范围在5mK至300K之间的温度，特别是在5mK至250K之间的范围内，特别是在5mK至200K之间的范围内，特别是在5mK至150K之间的范围内，特别是在5mK至100K之间的范围内，更特别地是在5mK至约70K之间的范围内。在一些实施方式中，即使系统为低温恒温器，也可以提供达到室温的温度来对样品执行测量。

根据可以与本申请描述的其他实施例结合的一些实施例，系统300为绝热去磁致冷器，且特别是多级绝热去磁致冷器。多级绝热去磁致冷器可以配置为在1K或以下、特别是在500mK或以下、特别是在100mK或以下、特别是在50mK或以下运行。然而，如上所述，本公开不限于此，且系统800可以在更高的温度下(即1K或更高的温度，例如达到室温)运行。

图3示出根据本申请描述的实施例的装置的操作方法400的流程图。

方法400包括在框410中建立连接元件、第一热装置和第二热装置之间的机械接触。在一些实施方式中，方法400进一步包括在框420中释放至少在连接元件和第二热装置之间的机械接触。

根据本申请描述的实施例，装置的操作方法可以通过计算机程序、软件、计算机软件产品和相关的控制器来执行，所述控制器可以具有CPU、存储器、用户接口，以及输入和输出装置，与装置的相应部件通信。

虽然前述内容针对本公开的实施例，但是在不脱离本公开的基本范围的情况下可以设计出本公开的其他和进一步的实施例，且本公开的范围由所附权利要求确定。

Claims (9)

1.一种热敏开关，包括：

第一热装置；

第二热装置；和

连接元件，其配置为可释放地连接第一热装置和第二热装置，其中第一热装置和第二热装置之间的连接能够通过由至少一个弹性元件提供的复位力释放；和

能够插入连接元件中的塞子，所述塞子配置为扩大连接元件的可变直径以在所述连接元件和第二热装置之间建立机械接触。

2.根据权利要求1所述的热敏开关，其中，所述第一热装置包括所述连接元件，其中，所述第二热装置具有配置为容纳所述第一热装置的所述连接元件的容纳空间，且其中所述连接元件为具有一个或多个狭缝的中空圆柱体。

3.根据权利要求1所述的热敏开关，其中，所述塞子在其外表面上具有防粘涂层，且其中，所述防粘涂层包括选自由聚四氟乙烯和硫化钼组成的组中的至少一种材料。

4.根据权利要求1所述的热敏开关，进一步包括位移机构，配置为使所述塞子平行于位移方向位移，其中，所述位移方向平行于所述装置的竖直方向和纵向轴线中的至少一个。

5.根据权利要求4所述的热敏开关，其中：

所述位移机构包括至少一个第一线或杆，所述第一线或杆具有连接至所述塞子的第一端和连接至一致动器的第二端，且其中，所述至少一个第一线或杆延伸穿过所述第一热装置的内部；且

所述位移机构包括所述至少一个弹性元件和至少一个第二线或杆，所述第二线或杆具有连接至塞子的第一端，其中，所述至少一个弹性元件为弹簧，其中，所述至少一个第二线或杆延伸穿过第二热装置的内部，且其中，所述第二热装置位于第一热装置和所述至少一个弹性元件之间；且

所述位移机构包括固定器，其中，所述至少一个第二线或杆的第二端连接至所述固定器，且其中，所述固定器能够基本上平行于所述塞子的位移方向运动。

6.根据权利要求1所述的热敏开关，其中：

-第一热装置配置为第一温度的第一温度级，其中，第一温度等于或高于1K且等于或低于4K；且

-第二热装置配置为第二温度的第二温度级，其中，第二温度等于或低于1K。

7.根据权利要求1所述的热敏开关，其中，所述装置进一步包括支撑结构，配置为用于支撑所述第一热装置和所述第二热装置，其中，所述支撑结构配置为第三温度的第三温度级，其中，所述第三温度等于或高于4K，且其中，第一热装置和第二热装置中的至少一个布置在所述支撑结构的内部。

8.根据权利要求7所述的热敏开关，进一步包括：

第一保持结构，配置为保持第一热装置，其中，所述第一保持结构配置为将第一热装置保持在悬挂状态，其中，所述第一保持结构包括至少一个第一保持线或杆，且其中，所述至少一个第一保持线或杆具有连接至支撑结构的第一端和连接至第一热装置的第二端；和

第二保持结构，配置为保持第二热装置，其中，所述第二保持结构配置为将第二热装置保持在悬挂状态，其中，所述第二保持结构包括至少一个第二保持线或杆，且其中，所述至少一个第二保持线或杆具有连接至支撑结构的第一端和连接至第二热装置的第二端。

9.根据权利要求8所述的热敏开关，进一步包括：

支撑结构处的第一预张紧机构，其中，所述至少一个第一保持线或杆的第一端连接至所述第一预张紧机构；和

支撑结构处的第二预张紧机构，其中，所述至少一个第二保持线或杆的第一端连接至所述第二预张紧机构。

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