DE102008014003B4 - Kryosensorpositioniervorrichtung und kryostatische Anlage - Google Patents

Kryosensorpositioniervorrichtung und kryostatische Anlage Download PDF

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Abstract

Kryosensorpositioniervorrichtung (3) zum Positionieren eines Kryosensors in einem Dewar-Gefäß, die
a) mindestens einen Kryosensor (6), und
b) ein Trageelement (4), das an einem Ende einen Stempel (5) zum Fixieren des mindestens einen Kryosensors (6) besitzt,
aufweist, gekennzeichnet durch
d) mindestens ein am Stempel (5) befestigtes Federelement (7), das ausgebildet ist zum Fixieren des Stempels (5) am Dewar-Gefäß.

Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Die EP 0 518 515 A1 offenbart einen Kryostaten, der durch seine spezielle Ausgestaltung ein sehr rasches Abkühlen auf Arbeitstemperatur erlaubt.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Vorzugsweise ist die Kryosensorpositioniervorrichtung in einer erfindungsgemäßen kryostatischen Anlage über das mindestens eine Federelement mit dem Dewar-Gefäß gekoppelt.
  • 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.
  • 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.
  • Vorzugsweise weist die kryostatische Anlage ein, beispielsweise im Wesentlichen vertikal verlaufendes Zugangsrohr auf, durch das die Kryosensorpositioniervorrichtung in das Dewar-Gefäß einführbar ist.
  • Mit Hilfe einer Zeichnung werden nachfolgend Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigt
  • 1 einen schematischen Schnitt durch eine erfindungsgemäße kryostatische Anlage mit maximalen Kühlmittelfüllstand,
  • 2 einen schematischen Schnitt durch die kryostatische Anlagen nach 1 mit minimalem Kühlmittelfüllstand,
  • 3 einen prinzipiellen Aufbau einer erfindungsgemäßen kryostatischen Anlage am Beispiel einer vertikalen kryostatischen Anlage,
  • 4 eine erfindungsgemäße Kryosensorpositioniervorrichtung in einer erfindungsgemäßen vertikalen kryostatischen Anlage und
  • 5 eine erfindungsgemäße Kryosensorpositioniervorrichtung in einer erfindungsgemäßen kryostatischen Anlage mit einer horizontalen Warmbohrung.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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

Claims (10)

  1. Kryosensorpositioniervorrichtung (3) zum Positionieren eines Kryosensors in einem Dewar-Gefäß, die a) mindestens einen Kryosensor (6), und b) ein Trageelement (4), das an einem Ende einen Stempel (5) zum Fixieren des mindestens einen Kryosensors (6) besitzt, aufweist, gekennzeichnet durch d) mindestens ein am Stempel (5) befestigtes Federelement (7), das ausgebildet ist zum Fixieren des Stempels (5) am Dewar-Gefäß.
  2. Kryosensorpositioniervorrichtung (3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – das Trageelement (4) eine Längsachse hat und – der Stempel (5) über mindestens ein Stempelfederelement (9) entlang der Längsachse verschiebbar gelagert ist.
  3. Kryosensorpositioniervorrichtung (3) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Kryosensor (6) am Stempel (5) direkt befestigt ist.
  4. Kryosensorpositioniervorrichtung (3) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – am Stempel (5) eine Kette mit einer Mehrzahl von Gliedersegmenten (12) angeordnet ist und – jeder Kryosensor (6) an einem Gliedersegment (12) angeordnet ist.
  5. Kryosensorpositioniervorrichtung (3) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Kryosensor (6) ein Magnetfeldsensor ist.
  6. Kryostatische Anlage mit a) einem Dewar-Gefäß mit einem Dewar-Boden und Dewar-Innenwänden, gekennzeichnet durch b) eine Kryosensorpositioniervorrichtung (3) nach einem der vorstehenden Ansprüche.
  7. Kryostatische Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kryosensorpositioniervorrichtung (3) über das mindestens eine Federelement (7) mit dem Dewar-Gefäß gekoppelt ist.
  8. Kryostatische Anlage nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kryosensorpositioniervorrichtung (3) über das mindestens eine Federelement (7) mit dem Dewar-Boden gekoppelt ist.
  9. Kryostatische Anlage nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kryosensorpositioniervorrichtung (6) über das mindestens eine Federelement (7) mit einer Dewar-Innenwand gekoppelt ist.
  10. Kryostatische Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Zugangsrohr (11), durch das die Kryosensorpositioniervorrichtung (3) in das Dewar-Gefäß eingeführt ist.
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