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Die
Erfindung betrifft eine Kryosensorpositioniervorrichtung zum Positionieren
eines Kryosensors in einem Dewar-Gefäß, die mindestens einen Kryosensor,
und ein Trageelement, das an einem Ende einen Stempel zum Fixieren
des mindestens einen Kryosensors besitzt, aufweist. Zudem betrifft
die Erfindung eine kryostatische Anlage mit einem Dewar-Gefäß mit einem
Dewar-Boden und Dewar-Innenwänden.
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In
der Kryo-Messtechnik werden hochempfindliche Messsysteme verwendet,
um beispielsweise kleinste Magnetfelder zu messen. Als derartig hochempfindliche
Magnetfeldsensoren werden beispielsweise SQUIDs (superconducting
quantum interference device) verwendet. Diese werden mittels einer
Kryosensorpositioniervorrichtung in einem Innenraum eines Dewar-Gefäß oberhalb
des zu vermessenden Messobjektes positioniert. Der Innenraum des
Dewar-Gefäßes wird
beispielsweise mittels flüssigem
Helium oder flüssigem
Stickstoff so weit heruntergekühlt,
dass die im SQUID verwendeten Materialien supraleitend werden.
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Da
bei derart hochempfindlichen Messsystemen das eigentliche Messsignal
sehr klein ist, ist das Rauschen, das beispielsweise durch thermisches Rauschen
in der Umgebung des Sensors, beispielsweise im Dewar-Gefäß, hervorgerufen
wird, nicht zu vernachlässigen.
Es ist bekannt, dass thermisches Rauschen durch möglichst
tiefe Temperaturen unterdrückt
werden kann. Es hat sich herausgestellt, dass das Rauschen mit der
Zeit variiert, was unerwünscht ist.
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Die
EP 0 884 601 B1 offenbart
einen Kryostaten, bei dem eine Vielzahl von Magnetfeldsensoren auf
einem Sensorträger
angeordnet sind. Dieser befindet sich im Innenraum des Kryostaten
und ist durch dessen Halsöffnung
bestückbar,
da der Durchmesser der Halsöffnung
größer ist
als der der Sensoren. Problematisch bei Kryostaten ist allgemein
die Temperatur über
eine lange Zeit konstant zu halten.
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Die
DE 42 26 820 A1 zeigt
eine Anordnung eines Kryostaten, in dem die Temperatur über einen Joule-Thomsen-Kühler konstant
gehalten wird. Die
DE
698 10 074 T2 offenbart ebenfalls einen Krystaten, bei
dem ein rasches Abkühlen
und eine konstante Temperatur durch einen Joule-Thomsen-Kühler ermöglicht werden.
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Die
DE 103 49 893 B3 zeigt
eine andere Möglichkeit,
einen supraleitenden Sensor auf konstanter Temperatur zu halten.
Er wird hier über
ein Peltier-Element an das Kühlmittel
gekoppelt. Über das
Peltier-Element wird bei Bedarf Wärme vom Sensor an das Kühlmittel
abgegeben.
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Die
EP 0 518 515 A1 offenbart
einen Kryostaten, der durch seine spezielle Ausgestaltung ein sehr
rasches Abkühlen
auf Arbeitstemperatur erlaubt.
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Herkömmlicherweise
befinden sich die durch einen Kryostaten zu vermessenden Objekte
auf Raumtemperatur. Aufgrund der hohen Empfindlichkeit der supraleitenden
Messsensoren ist es nötig, möglichst
nah an das zu untersuchende Objekt heranzukommen.
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Die
WO 2004 021017 A2 offenbart
ein SQUID, dessen Kühlgefäß ein kleines
dünnes
Fenster aufweist. Auf diese Weise ist es möglich, den eigentlichen Sensor
nahe an das sich auf Raumtemperatur befindende Untersuchungsobjekt
zu bringen.
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Kyostaten
sind allgemein vielseitig anwendbar. Die
DE 199 10 924 A1 offenbart
beispielsweise einen Kryostaten, in dem ein Kalorimeter zum Bestimmen
der spezifischen Wärme
einer Probe angeordnet ist. Aus der
DE 37 89 380 T2 ist ein Infrarotdetektor
bekannt, dessen Erkennungsmittel zur Erkennung von elektromagnetischer
Strahlung durch einen Kryostaten abgekühlt wird.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kryosensorpositioniervorrichtung
und eine kryostatische Anlage bereitzustellen, die ein besseres und
insbesondere mit der Zeit weniger schwankendes Signal-zu-Rausch-Verhältnis ermöglichen.
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Die
Erfindung löst
die Aufgabe durch eine gattungsgemäße Kryosensorpositioniervorrichtung, die über mindestens
ein Federelement verfügt,
das am Stempel befestigt ist und das ausgebildet ist zum Fixieren
des Stempels am Dewar-Gefäß.
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Die
Kryosensorpositioniervorrichtung einer kryostatischen Anlage wird
beispielsweise in vertikaler Richtung in ein Dewar-Gefäß eingeführt. Anschließend wird
in das Dewar-Gefäß das zum
Erreichen der tiefen Temperaturen nötige Kühlmittel, beispielsweise flüssiges Helium
oder flüssiger
Stickstoff, eingefüllt.
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Da
Rauschen beispielsweise in Magnetsensoren auch durch wärmere Objekte
in der Umgebung des Magnetsensors hervorgerufen, würde man
erwarten, dass das Signal-Rausch-Verhältnis besser ist, je voller
das Dewar-Gefäß mit Kühlmittel,
wie etwa flüssigem
Helium, gefüllt
ist. In einem vollen Dewar-Gefäß ist nämlich ein
größerer Teil
der Kryosensorpositioniervorrichtung vom Kühlmittel umgeben und damit
kalt. Es hat sich jedoch überraschenderweise
herausgestellt, dass das Signal-zu-Rausch-Verhältnis
mit steigendem Füllstand des
Dewar-Gefäßes mit
Kühlmittel
abnimmt, also ungünstiger
wird.
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Bei
einem zunehmenden Füllstand
des Dewar-Gefäßes kommt
es zu einer Längenkontraktion sowohl
der Kryosensorpositioniervorrichtung als auch des Dewar-Innengefäßes. Die
Kontraktion der Kryosensorpositioniervorrichtung ist verschieden
von der des Dewar-Innengefäßes, da
beide aus unterschiedlichen Materialien bestehen, die unterschiedliche
Längenausdehnungskoeffizienten
aufweisen.
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Die
Längenkontraktion
hängt ab
vom Füllstand
des Dewar-Innengefäßes mit
dem Kühlmittel. Bei
einem höheren
Füllstand
wird ein größerer Teil des
Dewar-Innengefäßes und
der Kryosensorpositioniervorrichtung auf die Temperatur des Kühlmittels abgekühlt. Es
kommt folglich zu einer stärkeren
Längenkontraktion,
die bis zu 4,3 mm pro Meter betragen kann. Der Sensor-Dewarboden-Abstand
verändert sich
also mit dem Füllstand
des Dewar-Gefäßes.
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Das
Messobjekt befindet sich außerhalb
des Dewar-Gefäßes in einer
Warmbohrung, beispielsweise bei Zimmertemperatur. Eine Messsignal-Amplitude
AS des vom Kryosensors gemessenen Messsignals
hängt vom
Sensor-Messobjekt-Abstand ab. Sie fällt mit steigendem Abstand
ab wie AS ~1/r3 bis
1/r5.
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Die
größte Rauschquelle
ist der Boden des Dewars. Er ist dem Sensor am nächsten. Auch eine Rausch-Amplitude
des Rauschens AR fällt mit steigendem Sensor-Dewarboden-Abstand
ebenfalls ab. Da es sich bei dem Dewarboden um eine flächige Rauschquelle
handelt gilt hier AR ~1/r2.
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Die
Amplitude des Messsignals fällt
folglich schneller ab als die des Rauschens. Zudem ist der Sensor-Messobjekt-Abstand
immer größer als
der Sensor-Dewarboden-Abstand,
da sich das Messobjekt außerhalb
des Dewars befindet. Die erfindungsgemäße Kryosensorpositionierungsvorrichtung
erlaubt es, den Sensor-Messobjekt-Abstand zu minimieren, so dass ein optimales,
zeitlich konstantes Signal-Rausch-Verhältnis
erhalten wird, wie im Folgenden beschrieben wird.
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Bei
einer Längenkontraktion
der Kryosensorpositioniervorrichtung durch Erhöhen des Füllstands des Dewars vergrößert sich
der Sensor-Messobjekt-Abstand, da sich der Sensor am unteren Ende der
Kryosensorpositioniervorrichtung befindet. Die Messsignal-Amplitude
AS des Messsignals nimmt folglich beim Erhöhen des
Füllstands
ab.
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Ist
der Längenausdehnungskoeffizient
der Kryosensorpositioniervorrichtung größer als der des Dewar-Innengefäßes, zieht
sich das Dewar-Innengefäß beim Abkühlen nicht
so stark zusammen wie die Kryosensorpositioniervorrichtung. Dadurch
wächst der
Sensor-Dewarboden-Abstand, da der Sensor am unteren Ende der Kryosensor positioniervorrichtung befestigt
ist. Der Sensor befindet sich folglich nicht in der optimalen Position
für ein
optimales Signal-Rausch-Verhältnis,
da er innerhalb des Dewar-Innengefäßes in Richtung auf das Messobjekt
verschoben werden könnte.
Der Betrag, um den dieses geschehen könnte hängt wieder vom Füllstand
des Dewar-Innengefäßes mit
Kühlmittel
ab.
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Weist
umgekehrt das Dewar-Innengefäß einen
größeren thermischen
Ausgehnungskoeffizienten auf als die Kryosensorpositioniervorrichtung, muss
vor dem Abkühlen
ein Sicherheitsabstand zwischen dem unteren Ende der Kryosensorpositioniervorrichtung
und dem Boden des Dewar-Innengefäß beachtet
werden. So kann sich das Dewar-Innengefäß stärker zusammenziehen als die
Kryosensorpositioniervorrichtung, die sich im Inneren des Dewar-Innengefäß befindet,
ohne dass es zu einer Kollision kommt. Ist das Dewar-Innengefäß nicht
vollständig mit
Kühlmittel
gefüllt,
bleibt auch nach dem Abkühlen ein
Teil des Sicherheitsabstandes bestehen, so dass der Sensor-Dewarboden-Abstand
nicht minimiert ist. Daher befindet sich auch in diesem Fall der
Sensor nicht in der für
ein optimales Signal-Rausch-Verhältnis
nötigen
Position.
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Eine
erfindungsgemäße Kryosensorpositioniervorrichtung
ermöglicht
es, die Position eines am Stempel fixierten Kryosensors relativ
zum Boden des Dewar-Gefäßes unabhängig vom
herrschenden Füllstand
des Dewar-Gefäßes und
der daraus resultierenden Längenänderung
der Materialien konstant zu halten. Über das mindestens eine Federelement
wird die Kryosensorpositioniervorrichtung mit dem Dewar-Gefäß in Bodennähe des Dewar-Gefäßes gekoppelt,
wodurch der am Stempel befestigte Kryosensor der Bewegung des Dewar-Bodens
folgt.
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Der
Sensor-Dewarboden-Abstand kann immer minimal gewählt werden. Auch bleibt die Rausch-Amplitude
AR des durch den Dewarboden hervorgerufenen
Rauschens füllstandsunabhängig und
damit zeitlich konstant. Vorteilhafterweise kann auch der Sensor-Messobjekt-Abstand
immer minimal gewählt
werden. Somit ist zu jedem Zeitpunkt das größtmögliche Signal-Rausch-Verhältnis erreichbar.
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Vorzugsweise
ist der Stempel entlang einer Längsachse
des Trageelementes über
mindestens ein Stempelfederelement verschieblich gelagert. Die Kryosensorpositioniervorrichtung
kann dann mit dem Dewar-Gefäß an einer
Stelle starr verbunden, beispielsweise am Deckel. Durch die verschiebliche
Lagerung des Stempels am Trageelement folgt der Stempel der Bewegung
des Dewars-Bodens.
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Das
mindestens eine Federelement ist vorzugsweise so ausgestaltet, dass
der Stempel bezüglich
der Längsachse
des Trageelementes zentriert ist, so dass eine Längsachse des Stempels mit einer Längsachse
der Kryosensorpositioniervorrichtung zusammenfällt. Der Kryosensor wird so
im Zentrum des Dewar-Gefäßes stabilisiert.
Die Federkraft der Stempelfederelemente ist dabei vorzugsweise kleiner
als die Federkraft des mindestens einen Federelementes, mit dem
die Kryosensorpositioniervorrichtung an das Dewar-Gefäß der kryostatischen
Anlage gekoppelt ist.
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Vorzugsweise
ist der mindestens eine Kryosensor am Stempel direkt befestigt.
Hierunter wird insbesondere verstanden, dass der Kryosensor am Stempel
unmittelbar mit einem Befestigungsmittel, beispielsweise durch Kleben,
Schrauben oder ähnliches,
verbunden ist.
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Im
Falle eines vertikalen Aufbaues einer kryostatischen Anlage kann
der Kryosensor direkt auf dem Boden des Dewar-Gefäßes bzw.
mit einem vorbestimmten konstanten Sensor-Dewarboden-Abstand zum
Dewarboden positioniert sein, beispielsweise aufsetzen und durch
die Gewichtskraft am Dewarboden gehalten werden.
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Durch
den konstanten Sensor-Dewarboden-Abstand ist auch die Rausch-Amplitude
zeitlich konstant. Bei rauscharmen Sensoren, deren Eigenrauschen
nahe dem durch das Dewar-Gefäßes verursachte
Rauschen liegt, kann das Signal-zu-Rausch-Verhältnis
so in einer Voruntersuchung durch Variieren des Sensor-Dewarboden-Abstands optimiert
werden.
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Vorteilhafterweise
ist am Stempel eine Kette mit einer Mehrzahl von Gliedersegmenten
angeordnet und jeder Kryosensor ist an einem Gliedersegment angeordnet.
Diese Ausgestaltung ist vorteilhaft in einer kryostatischen Anlage,
die eine im Wesentli chen horizontale Warmbohrung aufweist. Der der Warmbohrung
zugewandte Teil des Dewar-Gefäßes entspricht
in diesem Fall der Dewar-Boden. Solche kryostatischen Anlagen werden
bei pharmakologischen Messungen an Versuchstieren eingesetzt. Durch
die Kette kann ein Kryosensor um die Warmbohrung herumgeführt und
beispielsweise unterhalb der Warmbohrung positioniert werden.
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Eine
am Stempel angeordnete Kette mit einer Mehrzahl von Gliedersegmenten
ist bevorzugt so ausgebildet, dass sie sich beim Einführen der
Kryosensorpositioniervorrichtung in das Dewar-Innengefäß radial
um die Warmbohrung herumlegt. Dazu kann die kryostatische Anlage
eine Führung
für die Kette
besitzen. Die Kette ist so ausgebildet, dass sie sich bei einem
späteren
Füllen
des Dewar-Innengefäßes mit
Kühlmittel
nicht relativ zur Warmbohrung verschiebt. Da hat der Stempel, wie
oben beschrieben, einen konstanten Abstand zur Dewar-Boden hat,
wirkt sich eine Längenänderung
der Kryosensorpositioniervorrichtung nicht auf die Kette aus und
die Sensoren bleiben radial und in Umfangsrichtung an ihrer Position
relativ zur Warmbohrung.
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Vorzugsweise
handelt es sich bei dem mindestens einen Kryosensor um einen Magnetfeldsensor,
insbesondere um ein SQUID (superconducting quantum infererence device).
Diese Sensoren sind besonders genau, aber rauschempfindlich, so
dass der durch die erfindungsgemäße Kryosensorpositioniervorrichtung
konstante Abstand besonders wichtig ist.
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Vorzugsweise
ist die Kryosensorpositioniervorrichtung in einer erfindungsgemäßen kryostatischen
Anlage über
das mindestens eine Federelement mit dem Dewar-Gefäß gekoppelt.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Kryosensorpositioniervorrichtung über das
mindestens eine Federelement mit dem Dewar-Boden gekoppelt. Hierzu
wird als Federelement beispielsweise eine vorgespannte Schraubenfeder
verwendet. Diese ist vorzugsweise so ausgebildet, dass sie das dem Messobjekt
zugewandte Ende des Stempels gegen den Dewar-Boden drückt. Beim
Abkühlen
ziehen sich das Dewar-Gefäß und die
Kryosensorpositioniervorrichtung mit unterschiedlichen Längenaus dehnungskoeffizienten
zusammen. Die entstehende Längendifferenz
wird durch die vorgespannte Feder ausgeglichen. Der Stempel wird
weiterhin gegen den Dewar-Boden
gedrückt,
die relative Entfernung zwischen Dewar-Boden und dem am Stempel
befestigten Kryosensor bleibt konstant.
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In
einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung ist die Kryosensorpositioniervorrichtung über das mindestens
eine Federelement mit den Dewar-Innenwänden gekoppelt. Dabei ist das
mindestens eine Federelement beispielsweise als Blattfeder ausgestaltet.
Vorzugsweise weist die Kryosensorpositioniervorrichtung mehr als
ein Federelement auf, die beispielsweise symmetrisch angeordnet
sind. Die vorgespannten Blattfedern üben jeweils eine Kraft auf
die Dewar-Innenwände
aus, und klemmen so den Stempel der Kryosensorpositioniervorrichtung
in einer vorbestimmten Position relativ zum Dewar-Boden fest. Bewegt
sich nun der Dewar-Boden mit den Dewar-Innenwänden durch die Längenkontraktion beim
Abkühlen,
wird der über
das mindestens eine Federelement festgeklemmte Stempel mitgeführt und
die Relativposition des am Stempel befestigten Kryosensor zum Dewar-Boden
bleibt konstant.
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Vorzugsweise
weist die kryostatische Anlage ein, beispielsweise im Wesentlichen
vertikal verlaufendes Zugangsrohr auf, durch das die Kryosensorpositioniervorrichtung
in das Dewar-Gefäß einführbar ist.
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Mit
Hilfe einer Zeichnung werden nachfolgend Ausführungsbeispiele der Erfindung
näher erläutert. Es
zeigt
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1 einen
schematischen Schnitt durch eine erfindungsgemäße kryostatische Anlage mit maximalen
Kühlmittelfüllstand,
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2 einen
schematischen Schnitt durch die kryostatische Anlagen nach 1 mit
minimalem Kühlmittelfüllstand,
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3 einen
prinzipiellen Aufbau einer erfindungsgemäßen kryostatischen Anlage am
Beispiel einer vertikalen kryostatischen Anlage,
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4 eine
erfindungsgemäße Kryosensorpositioniervorrichtung
in einer erfindungsgemäßen vertikalen
kryostatischen Anlage und
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5 eine
erfindungsgemäße Kryosensorpositioniervorrichtung
in einer erfindungsgemäßen kryostatischen
Anlage mit einer horizontalen Warmbohrung.
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1 zweigt
ein Dewar-Gefäß mit einem Dewar-Innenbehälter 2 und
einem den Dewar-Innenbehälter 2 umgebenden
Dewar-Außenbehälter 1, wobei
der Zwischenraum zwischen beiden evakuiert ist. Innerhalb des Dewar-Innengefäßes 2 befindet sich
eine Kryosensorpositioniervorrichtung 3 mit einem stangenförmigen Trageelement 4 und
einem Stempel 5.
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Die
Kryosensorpositioniervorrichtung 3 ist an ihrem oberen
Ende mit einem Deckel des Dewar-Gefäßes fest verbunden. Am unteren
Ende des Trageelementes 4 befindet sich der Stempel 5,
der entlang einer Längsrichtung
L des Tragelementes 4 längs verschieblich
gelagert ist. Am unteren Ende des Stempels 5 befindet sich,
in 1 nur schematisch gezeigt, ein Kryosensor 6 in
Form eines SQUIDs. Das untere Ende des Stempels 5 ist über zwei
Federelemente 7, die im Wesentlichen senkrecht zur Längsrichtung
L verlaufen, mit dem Dewar-Innengefäß 2 verbunden. Darunter,
dass die Federelemente 7, die im Wesentlichen senkrecht
zur Längsrichtung L
verlaufen, ist insbesondere zu verstehen, dass es nicht notwendig
ist, dass die Federelemente im strengen Sinne senkrecht zur Längsrichtung
verlaufen. Auch Winkel oberhalb von 45° zur Längsachse sind möglich.
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Außerhalb
des Dewar-Gefäßes 1 und
damit auf Raumtemperatur befindet sich ein Messobjekt 8, beispielsweise
ein Labortier. Durch eine Wellenlinie F ist in 1 der
Füllstand
des Dewar-Innenbehälters 2 mit
einem Kühlmittel,
wie beispielsweise flüssigem Helium
oder flüssigem
Stickstoff, schematisch gezeigt.
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Durch
den hohen Füllstand
in 1 kommt es zu einer großen Längenkontraktion der Kryosensorpositioniervorrichtung 3 im
Vergleich zum Zustand bei Raumtemperatur. Daher ist ein Sensor-Messobjekt-Abstand
X1 in 1 groß gegen
den Sensor-Messobjekt-Abstand
X2 in 2, bei der
die Wellenlinie F einen deutlich niedrigeren Füllstand des Dewar-Innengefäßes 2 mit
einem Kühlmittel
markiert.
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2 zeigt
den gleichen Aufbau wie 1. Der Sensor-Messobjekt-Abstand
X2 ist in 2 jedoch
deutlich kleiner als in 1, da auch der Füllstand
mit Kühlmittel,
der wie in 1 durch die Wellenlinie F angedeutet
ist, tiefer ist als in 1. Somit ist auch nur eine geringere
Längenkontraktion
des Dewars-Innengefäß 2 gezeigt.
Der Vergleich von 2 mit 1 zeigt,
dass ein Sensor-Dewarboden-Abstand zwischen Kryosensor 6 und
dem Boden des Dewar-Innengefäßes 2 konstant
ist. Nur der Sensor-Messobjekt-Abstand X zwischen Kryosensor 6 und
Messobjekt 8 hängt
vom Füllstand
des Dewar-Innengefäßes 2 mit
Kühlmittel
ab.
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3 zeigt
einen schematischen Aufbau einer im Dewar-Innengefäß 2 eines
Dewar-Gefäßes positionierten
erfindungsgemäßen Kryosensorpositioniervorrichtung 3.
Auch in 3 ist schematisch das Trageelement 4 mit
dem daran befindlichen Stempel 5 gezeigt, an dessen unteren
Ende sich der Kryosensor 6 befindet. Der Stempel 5 ist über zwei Federelemente 7 mit
dem Dewar-Innengefäß 2 gekoppelt.
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In 3 ist
der Stempel 5 am unteren Ende des Tragelementes 4 über zwei
Stempelfederelemente 9 mit einer Stange gekoppelt. Die
Stempelfederelemente 9 und die Federelemente 7 sind
beispielsweise vorgespannte Blatt- oder Schraubenfedern. Die Federkonstante
der Stempelfederelemente 9 ist geringer als die Federkonstante
der Federelemente 7. So ist gewährleistet, dass sich im Fall
der Längenkontraktion
des Dewar-Innengefäßes 2 die Position
des Stempels 5 relativ zum Dewar-Innengefäß 2 nicht ändert, sondern
sich der Stempel 5 entlang einer Längsachse des Trageelementes 4 verschiebt.
Die Stempelfederelemente 9 zentrieren den Stempel 5 relativ
zur Längsachse
L des Trageelementes 4. Der Sensors 6 wird so
mittels der Stempelfederelemente 9 und der Federelemente 7 relativ zum
nicht gezeigten Messobjekt 8 fixiert.
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In 4 ist
eine Kryosensorpositioniervorrichtung 3 im Dewar-Innengefäß 2 eines
vertikalen Dewar-Gefäßes gezeigt.
Außerhalb
des Dewar-Außenbehälters 1 befindet
sich in 4 unten das Messobjekt 8.
Der Kryosensor 6 befindet sich am unteren Ende des Stempels 5 und
wird über
die Stempelfederelemente 9 auf einen Boden des Dewar-Innengefäßes 2 gedrückt.
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Die
Federelemente 7 sind als Blattfedern ausgestaltet. Sie
sind symmetrisch um die Längsachse
L der Kryosensorpositioniervorrichtung 3 angeordnet. Jedes
der Federelemente 7 übt
eine radial nach außen
wirkende Kraft auf das Dewar-Innengefäß 2 aus und klemmt
so den Stempel 5 in einer definierten Position fest, so
dass eine Bewegung in Längsrichtung
L unterdrückt
ist. Auch die Stempelfederelemente 9 sind in 4 als
Blattfederelemente ausgestaltet.
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5 zeigt
den Einsatz einer Kryosensorpositioniervorrichtung in einem Dewar-Gefäß, das eine horizontale
Warmbohrung 10 besitzt. Der Begriff Warmbohrung ist nicht
so zu verstehen, dass die Warmbohrung 10 durch einen Bohrprozess
entstanden ist, sondern bezeichnet lediglich die Einwölbung im
Dewar-Gefäß. Im Inneren
der Warmbohrung 10 befindet sich bei Zimmertemperatur das
Messobjekt 8, beispielsweise ein Versuchstier.
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Die
Warmbohrung 10 ist durch eine Doppelwand 13 vom
mit Kühlmittel
gefüllten
Dewar-Innengefäß 2 getrennt.
Der Zwischenraum zwischen den beiden Wänden der Doppelwand 13 ist
evakuiert und isoliert so das Innere der Warmbohrung 10,
das sich auf Zimmertemperatur befindet, von dem Dewar-Innengefäß 2.
Die äußere der beiden
Wände der
Doppelwand 13 bildet dabei gleichzeitig einen Teil des Dewar-Innengefäßes 2.
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Vorteilhafterweise
ist die Warmbohrung als Einstülpung
des Dewar-Gefäßes nach
innen ausgestaltet, so dass die beiden Wände der Doppelwand 13 abschnittsweise
das Dewar-Außengefäß 1 und das
Dewar-Innengefäß 2 bilden.
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In 5 befindet
sich am der Warmbohrung 10 zugewandten (unteren) Ende des
Trageelementes 4 ein Stempel 5, der über die
Federelemente 7, die wie in 4 als Blattfedern
ausgebildet sind, mit einem mit dem Dewar-Innengefäß 2 fest
verbundenen vertikalen Zugangsrohr 11 gekoppelt ist. Am
der Warmbohrung 10 zugewandten Ende des Stempels 5 befindet
sich eine Kette mit einer Mehrzahl von Gliedersegmenten 12.
An den Gliedersegmenten 12 sind die in 5 nicht
gezeigten Kryosensoren 6 befestigt.
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Auch
die Stempelfederelemente 9 sind in 5 als Blattfedern
ausgebildet. Dadurch, dass der Stempel 5 stets an der Doppelwand 13 anliegt,
sind die Gliedersegmente in Umfangsrichtung fixiert. Sie können sich
daher auf der horizontalen Warmbohrung 10 bei Temperaturwechseln
nicht verschieben. Somit ist die Position der Kryosensoren 6 relativ
zum Messobjekt 8 stabil und reproduzierbar. Zudem ist kein
Sicherheitsabstand zwischen dem Stempel 5 und der horizontalen
Warmbohrung 10 nötig,
so dass auch das Signal-Rausch-Verhältnis seinen optimalen Wert
annimmt.
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- 1
- Dewar-Gefäß
- 2
- Dewar-Innengefäß
- 3
- Kryosensorpositioniervorrichtung
- 4
- Trageelement
- 5
- Stempel
- 6
- Kryosensor
- 7
- Federelement
- 8
- Messobjekt
- 9
- Stempelfederelement
- 10
- Horizontale
Warmbohrung
- 11
- Vertikales
Zugangsrohr
- 12
- Gliedersegment
- 13
- Doppelwand
- F
- Wellenlinie
- L
- Längsrichtung
- X
- Sensor-Messobjekt-Abstand