Przedmiotem wynalazku jest urzadzenie do po¬ miaru ^ wlasnosci cieplnych i elektrycznych cial zwlaszcza w zakresie niskich temperatur.Znane urzadzenia do pomiaru przewodnictwa cieplnego w zakresie niskich temperatur sklada¬ ja sie z kriostatu chlodzonego ciecza kriogenicz¬ na, , w którym znajduje sie badane cialo, oraz u- kladów kontrolnych i pomiarowych.Kriostat sklada sie ze zbiornika z ciecza krio¬ geniczna, do którego, w jego dolnej czesci jest umocowana komora pomiarowa z chlodzonym blo¬ kiem. Zbiornik z ciecza kriogeniczna oraz komo¬ ra pomiarowa stanowia czesc wewnetrzna krio¬ statu, która to czesc znajduje sie w tej samej oslonie prózniowej. Próbka ciala, na której do¬ konuje sie pomiaru jest osadzona w komorze pomiarowej i polaczona z blokiem chlodzonym w postaci plyty.Blok chlodzony oraz próbka .sa oziebiane po¬ przez kontakt z ciecza kriogeniczna znajdujaca sie w zbiorniku umieszczonym nad komora - po¬ miarowa. Kriostat zawiera klucz cieplny stano¬ wiacy naczynko Dewara pracujace w pozycji od¬ wróconej nasuwane z góry na pret miedziany zwarty cieplnie z blokiem chlodzonym.W celu wymiany próbki badanego ciala jest niezbedne usuniecie cieczy kriogenicznej z krio¬ statu, ogrzanie kriostatu do temperatury pokojo¬ wej oraz zdemontowanie zewnetrznej oslony próz- 10 15 niowTej. Nastepnie zostaje wymieniona próbka ba¬ danego ciala, po czym nastepuje montaz kriosta¬ tu, odpompowywanie przestrzeni miedzy oslona i zbiornikiem na ciecz oraz ponowne napelnienie zbiornika ciecza kriogeniczna. Czynnosci te sa pracochlonne i kosztowne co powoduje zmniej¬ szenie zakresu wykorzystania urzadzen o znanej konstrukcji.Do pompowania komory prózniowej wymagane jest stosowanie oddzielnych wysokoprózniowych stanowisk pompujacych co zwieksza znacznie koszt wykonania operacji.Konstrukcje takich urzadzen uniemozliwiaja szybkie pomiary wielkosci fizycznych, z których mozna bezposrednio wyznaczyc wartosci wspól¬ czynników charakteryzujacych wlasnosci badanych cial.Znana jest takze konstrukcja kriostatów tak 20 zwanych przeplywowych, w których chlodzenie komory pomiarowej zapewnia sie przez ciagly przeplyw cieczy i/lub par cieczy kriogenicznej znajdujacej sie w oddzielnym zbiorniku. W roz¬ wiazaniu tym jest jednak konieczna ciagla praca 25 pompy rotacyjnej wymuszajacej przeplyw cieczy i/lub jej par, co jest nieekonomiczne i niedogod¬ ne w uzytkowaniu w czasie dlugotrwalych po¬ miarów.Celem wynalazku bylo opracowanie takiej kon- 30 strukcji urzadzenia, które umozliwi szybki po- 115 950115 950 miar wlasnosci cieplnych i elektrycznych bada¬ nych cial z bezposrednim odczytem i zapisem wy¬ znaczonych wspólczynników. Zostalo to osiagnie¬ te, wedlug wynalazku, w ten sposób, ze wypo¬ sazono urzadzenie w kriostat posiadajacy dwie * niezaleznie rozbieralne komory prózniowe pola¬ czone ze soba króccem poprzez zawór prózniowy.Komory prózniowe oddzielone sa od siebie ply¬ ta, do której od dolu przymocowany jest zbiór- 10 nik na ciecz kriogeniczna. W zbiorniku tym znaj¬ duje sie wewnetrzna kriopompa sorpcyjna poz¬ walajaca na utrzymanie obu komór prózniowych w warunkach wysokiej prózni. Wewnatrz zbior¬ nika na. ciecz kriogeniczna znajduje sie wysoko¬ efektywny klUcz cieplny pozwalajacy na utrzy¬ manie cieczy w zbiorniku podczas wymiany prób¬ ki badanego ciala w komorze pomiarowej. Zbior¬ nik na ciecz kriogeniczna znajduje sie w dolnej oslonie prózniowej.Nad plyta w pozycji.odwróconej do dolnej oslo¬ na prózniowej umieszczona jest górna oslona próz¬ niowa, wewnatrz której znajduje sie oslonieta dwoma ekranami komora pomiarowa wraz z chlo¬ dzonym blokiem. Blok ten jest polaczony ciepl¬ nie ze zbiornikiem na ciecz kriogeniczna poprzez pret metalowy.Korzystnym jest jezeli wysokoefektywny klucz cieplny, w którym naczynko Dewara ma wewne¬ trzny ekran miedziany zwarty cieplnie z zew¬ netrzna scianka tego naczynka oraz superizolacje, jest umieszczone w kriostacie w pozycji nieod- wróconej i jest nasuwane na metalowy pret, któ¬ rego jeden koniec umieszczony jest w zbiorniku z ciecza kriogeniczna. Zwarcie cieplne drugiego -konca*-tego preta z blokiem znajdujacym sie w komorze pomiarowej zapewnia chlodzenie tego bloku.W wyniku zastosowania dwóch niezaleznie roz¬ bieralnych komór prózniowych rozwiazanie to ce- 4° chuje znaczne uproszczenie obslugi urzadzenia, zwlaszcza czynnosci zwiazanych z wymiana prób¬ ki badanego ciala. Komora pomiarowa zostala u- mieszczona na zewnatrz i powyzej zbiornika"z cie¬ cza kriogeniczna, co zapewnia szybki i bezposred- *5 ni dostep do badanej próbki.W zbiorniku na ciecz kriogeniczna umieszczo¬ ny jest takze wymiennik cieplny zwarty cieplnie z pretem metalowym, przy czym wlot Wymiennika korzystnie znajduje sie nad lustrem cieczy krioge¬ nicznej, a jego wylot usytuowany jest na zewnatrz 'kriostatu. Tak rozwiazany wymiennik umozliwia szybkie schlodzenie komory pomiarowej do niskiej temperatury przy zminimalizowanym zuzyciu cie¬ czy kriogenicznej.Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przy¬ kladzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematycznie urzadzenie w przekroju wzdluznym, fig. 2 pokazuje schematycznie naczyn¬ ko Dewara w przekroju wzdluznym.W przykladowym wykonaniu urzadzenie jest wyposazone w komore pomiarowa dla okreslenia wartosci wspólczynnika przewodnictwa cieplnego próbki badanegociala. es 15 20 25 30 35 50 55 60 W. dolnej cylindrycznej oslonie prózniowej 7 znajduje sie cylindryczny zbiornik 6 z cieklym a- zotem. Zbiornik 6 jest podwieszony do plyty 18 kriostatu na dwóch prowadnicach 19 i 20. Próz- nioszczelne zlacze miedzy plyta 18 i kolnierzem 21 dolnej oslony prózniowej jest zapewnione za pomoca specjalnej uszczelki. Zbiornik 6 zawiera wewnetrzna kriopompe sorpcyjna 16 do odpompo¬ wywania komór prózniowych. Dolna i górna ko¬ mora prózniowa polaczone sa ze soba króccem 24 poprzez zawór 15.Na plycie 18 znajduje sie górna oslona próznio¬ wa 8,.pod która znajduje sie komora pomiarowa.W dolnej czesci komory pomiarowej znajduje sie chlodzony blok 2, do którego jest zamontowana próbka 10. Kontakt cieplny miedzy chlodzonym blokiem 2 i cieklym azotem w zbiorniku 6 jest realizowany poprzez pret miedziany 3. W komorze pomiarowej jest umieszczony ekran cieplny 9 zwarty z chlodzonym blokiem 2 oraz dodatkowy ekran 11 oslaniajacy bezposrednio badana próbke" 10. Korzystne jest zastosowanie ekranu cieplnego 11 z materialu o przewodnictwie cieplnym mozli¬ wie zblizonym do przewodnictwa cieplnego ciala badanej próbki 10. W górnej czesci próbki 10 znaj¬ duje sie grzejnik 23, podobny grzejnik 22 jest u- mieszczony w górnej czesci ekranu 11.Klucz cieplny o wysokiej efektywnosci stanowi miniaturowe naczynko Dewara 5, które moze 'byc nasuwane na miedziany pret 3. Naczynko Dewara 5 jest polaczone z dzwignia 12, której podniesie¬ nie przerywa kontakt cieplny miedzy pretem 3 wraz z blokiem 2 a ciecza kriogeniczna. Opusz¬ czenie dzwigni 12 powoduje natomiast opuszczenie naczynka Dewara na dno zbiornika co zapewnia bezposrednie wychlodzenie preta miedzianego 3 wraz z blokiem 2.Dzieki umieszczeniu w czesci prózniowej naczyn¬ ka Dewara 5 ekranu 29 zwartego z zewnetrzna scianka 28 oraz superizolacji 30 nawinietej na we¬ wnetrznej sciance 21 cieplna izolacja preta mie¬ dzianego 3 jest na tyle efektywna, ze przy zamk¬ nietym kluczu cieplnym (podniesiona dzwignia 12) pozwala w czasie wymiany próbek na utrzymanie komory pomiarowej w temperaturze pokojowej mimo obecnosci cieczy kriogenicznej w urzadzeniu.W przypadku koniecznosci szybkiego schlodzenia bloku 2 do temperatury cieczy kriogenicznej przy zminimalizowanej ilosci niezbednej cieczy chlo¬ dzacej jest wymagane zamkniecie zaworu 13 oraz _ otwarcie zaworu 25. W ten sposób zimne pary cieczy kriogenicznej odprowadzanej ze zbiornika 6 przeplywajac przez wymiennik ciepla 26 wychla¬ dzaja pret 3 i blok 2.Urzadzenie przed rozpoczeciem pracy jest w cia¬ gu kilkunastu minut odpompowywane pompa ro¬ tacyjna poprzez zlacze 4. Osiagniecie wymaganej prózni 10-4 Pa jest mozliwe dzieki wewnetrznej pompie sorpcyjnej 16 wychladzanej ciecza znajdu¬ jaca sie w zbiorniku 6. W celu regeneracji pompy nalezy podgrzac sorbent w pompie grzejnikiem 17.Montaz grzejnika 17 oraz doprowadzenie do niego przewodów elektrycznych realizuje sie poprzez przepust 14.115 950 Kontrola prózni w komorze pomiarowej jest pro¬ wadzona za pomoca prózniowej glowicy 1.Urzadzenie jest wlaczone do ukladu pomiarowo- -kontrolnego, nie pokazanego na rysunku, sklada¬ jacego sie z ukladu regulacji i stafcilizacji tempe¬ ratury, z odczytników temperatury, ukladu prze¬ twarzania sygnalów elektrycznych na wartosci na¬ piecia co do wartosci bezwzglednej równej wspól¬ czynnikowi przewodnictwa cieplnego badanego cia¬ la.W celu prostoty konstrukcji tych ukladów gór¬ ny koniec próbki 10 jest utrzymywany w czasie pomiaru w stalej temperaturze przy pomocy re¬ gulatora temperatury. W ten sposób róznica tem¬ peratury na próbce 10 ma zawsze te sama nieza¬ lezna od rodzaju materialu zadana wartosc, a wartosc wspólczynnika przewodnictwa cieplnego jest wprost proporcjonalna do mocy grzejnej wy¬ dzielonej na koncu próbki.Zastrzezenia patentowe 1. Urzadzenie do pomiaru przewodnictwa ciepl¬ nego cial, zwlaszcza w zakresie niskich tempera- 10 15 20 tur wyposazone w zespól kriostatu oraz w uklady kontrolne i pomiarowe, znamienne tym, ze posiada dwie komory prózniowe polaczone króccem (24) poprzez zawór prózniowy (15) i oddzielone plyta (18), do której zamocowana jest dolna oslona próz¬ niowa (7) oraz górna oslona prózniowa (8), przy czym w dolnej oslonie prózniowej (7) umieszczony jest zbiornik (6) na ciecz kriogeniczna, zamocowa¬ ny do plyty (18), w którym to zbiorniku (6) znaj¬ duje sie kriopompa sorpcyjna (16) i wysokoefek¬ tywny klucz cieplny, zawierajacy naczynko De- wera (5) nakladane na metalowy pret (3), nato¬ miast w górnej oslonie prózniowej (8) utworzona jest, oslonieta dwoma ekranami (9 i 11) komora pomiarowa wraz z chlodzonym blokiem (2) pola¬ czonym cieplnie za pomoca metalowego preta (3) ze zbiornikiem (6). 2. Urzadzenie wedlug zastrz. 1, znamienne tym, ze naczynko Dewera (5) ma wewnetrzny ekran (29) zwarty cieplnie z zewnetrzna scianka (28), a mie¬ dzy ekranem (29) a wewnetrzna scianka (27) jest umieszczona superizolacja (30), 10 11 Fig.2 Fig. 1 PL