PL246094B1

PL246094B1 - Cryostat insert

Info

Publication number: PL246094B1
Application number: PL439625A
Authority: PL
Inventors: Stanisław Bednarek; Jacek Ćwik
Original assignee: Inst Niskich Temperatur I Badan Strukturalnych Im Wlodzimierza Trzebiatowskiego Polskiej Akademii Na; Univ Lodzki
Priority date: 2021-11-24
Filing date: 2021-11-24
Publication date: 2024-12-02
Also published as: PL439625A1

Abstract

Wstawka kriostatu zawiera w górnej części prostokątną płytkę (1), do której są przykręcone cztery gniazda laboratoryjne (2), zaopatrzone w nakrętki i przechodzące przez otwory w płytce (1). Stycznie do powierzchni płytki (1) jest przykręcony górny koniec rurki (3) za pomocą dwóch śrub z nakrętkami (4), przechodzących przez otwory w płytce (1) i w górnym końcu rurki (3). Dolny koniec rurki (3) jest połączony z walcową końcówką (5), mającą w części górnej walcowy czop (6), osadzony wciskowo w rurce (3), pod którym znajduje się kołnierz oporowy (7) w kształcie dysku, dotykający dolnej krawędzi rurki (3), a pod nim jest walcowe przewężenie (8), poniżej którego znajduje się symetryczne prostopadłościenne wycięcie (9) ograniczone dwiema ściankami bocznymi (10) o wewnętrznych powierzchniach płaskich i zewnętrznych powierzchniach w kształcie wycinka cylindra oraz płaską ścianką górną (11) i płaską ścianką dolną (12). W czopie (6), kołnierzu (7) i przewężeniu (8) są wykonane cztery pionowe, symetrycznie rozmieszczone otwory (13). W przewężeniu (8) są wykonane dwa przelotowe kanały i w każdym z tych kanałów są osadzone naprzeciw siebie po dwa walcowe łączniki (15), mające nagwintowane otwory, w które są wkręcone wkręty (16). Każdy z czterech łączników (15) jest połączony przewodem w izolacji, przechodzącym przez jeden z otworów (13), wykonanych w czopie (6), kołnierzu (7), przewężeniu i przez rurkę (3) z jednym z gniazd laboratoryjnych (2).The cryostat insert comprises a rectangular plate (1) in its upper part, to which four laboratory sockets (2) are screwed, provided with nuts and passing through holes in the plate (1). The upper end of the tube (3) is screwed tangentially to the surface of the plate (1) by means of two screws with nuts (4), passing through holes in the plate (1) and in the upper end of the tube (3). The lower end of the tube (3) is connected to a cylindrical end (5), having in its upper part a cylindrical plug (6), pressed into the tube (3), under which there is a disk-shaped retaining collar (7), touching the lower edge of the tube (3), and under it there is a cylindrical narrowing (8), below which there is a symmetrical cuboid cut-out (9) limited by two side walls (10) with flat inner surfaces and outer surfaces in the shape of a cylinder segment, and a flat upper wall (11) and a flat lower wall (12). In the plug (6), collar (7) and narrowing (8) there are four vertical, symmetrically arranged holes (13). In the narrowing (8) there are two through channels and in each of these channels there are mounted opposite each other two cylindrical connectors (15) having threaded holes into which screws (16) are screwed. Each of the four connectors (15) is connected by an insulated wire passing through one of the holes (13) made in the plug (6), collar (7), narrowing and through the tube (3) with one of the laboratory sockets (2).

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest wstawka kriostatu, przeznaczona do użytku w laboratoriach naukowych podczas badań w silnych polach magnetycznych, zwłaszcza wytwarzanych przez magnesy Bittera i w niskich temperaturach, uzyskanych przy użyciu skroplonych gazów zawartych w kriostacie.The subject of the invention is a cryostat insert intended for use in scientific laboratories during research in strong magnetic fields, especially those generated by Bitter magnets, and at low temperatures obtained using liquefied gases contained in a cryostat.

Z materiałów informacyjnych firmy LTLab CryoAdvance, Inc. dostępnych na stronie internetowej https://www.google.pl/search?q=%22bath+and+continuous%22+cryostat jest znany uchwyt próbki przeznaczony do pracy w kriostacie z kąpielą i ciągłym przepływem cieczy kriogenicznej, takiej jak ciekły hel lub ciekły azot i okienkami, umożliwiającymi badanie właściwości optycznych. Znany uchwyt zawiera pręt wsuwany pionowo do kriostatu wzdłuż jego osi. Na dolnym końcu tego pręta jest mocowana próbka, przy czym istnieje możliwość zmiany pozycji tej próbki przez jej obrót o kąt 360° wokół osi okienek i jej przesuwania wzdłuż osi X oraz osi XY, a ponadto jest możliwość wywierania na próbkę naprężeń mechanicznych, odpowiadających ciężarowi masy 200 kg.From the information materials of LTLab CryoAdvance, Inc. available on the website https://www.google.pl/search?q=%22bath+and+continuous%22+cryostat there is known a sample holder designed for work in a cryostat with a bath and a continuous flow of cryogenic liquid, such as liquid helium or liquid nitrogen and windows, enabling examination of optical properties. The known holder includes a rod inserted vertically into the cryostat along its axis. A sample is attached to the lower end of this rod, and it is possible to change the position of this sample by rotating it by 360° around the axis of the windows and moving it along the X axis and the XY axis, and it is also possible to exert mechanical stresses on the sample, corresponding to the weight of the mass of 200 kg.

Z artykułu autorów Yu. S. Koshkid’ko, J. Ćwik, T. J. Ivanowa, S. A. Nitkin, M. Miller, K. Rogacki, zatytułowanego „Magnetocaloric properties of Gd in fields up to 14 T” i opublikowanego w czasopiśmie „Journal of Magnetism and Magnetic Materials” w 2017 r., tom 433, s. 234-238, wydawanym przez wydawnictwo Elsevier, znana jest wstawka do pomiaru efektu magnetokalorycznego, zawierająca badaną próbkę gadolinu, zamocowaną w uchwycie umieszczonym w dolnej części rury wykonanej z kompozytu z włókien węglowych. Obok próbki znajdują się termopary w układzie różnicowym do pomiaru temperatury, a pod próbką umieszczony jest czujnik Halla do pomiaru indukcji pola magnetycznego. Dolna cześć rury otoczona jest grzejnikiem i umieszczona w naczyniu Dewara, które z kolei znajduje się w otworze roboczym magnesu Bittera, wytwarzającego silne pole magnetyczne o indukcji do 14 T. Ponadto w górnej części rury znajduje się aktuator liniowy, zawierający magnes ze spieku żelazo-neodym-bor umieszczony wewnątrz statora, który nadaje rurze wraz z próbką ruch posuwisto-zwrotny, wsuwając ją do środka magnesu Bittera i całkowicie z niego wysuwając. Ponadto z górnej części rury są wyprowadzone przewody do przyrządów pomiarowych i do pomp.From the article by the authors Yu. S. Koshkid’ko, J. Ćwik, T. J. Ivanova, S. A. Nitkin, M. Miller, K. Rogacki, entitled “Magnetocaloric properties of Gd in fields up to 14 T” and published in the journal “Journal of Magnetism and Magnetic Materials” in 2017, volume 433, pp. 234-238, published by Elsevier, an insert for measuring the magnetocaloric effect is known, containing the tested gadolinium sample, fixed in a holder placed in the lower part of the tube made of carbon fiber composite. Next to the sample there are thermocouples in a differential system for measuring temperature, and a Hall sensor for measuring the magnetic field induction is placed under the sample. The lower part of the tube is surrounded by a heater and placed in a Dewar vessel, which in turn is located in the working hole of the Bitter magnet, which generates a strong magnetic field with an induction of up to 14 T. In addition, a linear actuator is located in the upper part of the tube, containing a magnet made of iron-neodymium-boron sinter placed inside the stator, which gives the tube and the sample a reciprocating motion, inserting it into the Bitter magnet and completely withdrawing it. In addition, cables to measuring devices and pumps are led out of the upper part of the tube.

Ponadto z artykułu autorów V. I. Nizhankovskii i L. B. Lugansky, zatytułowanego „Vibrating sample magnetometer with a step motor” i opublikowanego w czasopiśmie „Measurements Science and Technology” w 2007 r., tom 18, s. 1533-1577 znany jest magnetometr wibracyjny, zawierający badaną próbkę, przymocowaną do dolnego końca pręta. Ruchy boczne górnego końca pręta są wyeliminowane przy użyciu nieruchomej prowadnicy. Pręt wraz próbką może poruszać się w kierunku pionowymi ruchem posuwisto-zwrotnym, przy czym ruch próbki odbywa się między dwiema cewkami sygnałowymi. Ten ruch jest powodowany przez mechanizm korbowy, napędzany silnikiem krokowym, sterowanym przy użyciu mikrokontrolera, wzmacniacza operacyjnego i układów elektronicznych, połączonych z cewkami sygnałowymi celu uzyskania dobrej stałości amplitudy i częstotliwości ruchu.In addition, from the article by V. I. Nizhankovskii and L. B. Lugansky, entitled "Vibrating sample magnetometer with a step motor" and published in the journal "Measurements Science and Technology" in 2007, volume 18, pp. 1533-1577, a vibrating magnetometer is known, containing a tested sample attached to the lower end of the rod. The lateral movements of the upper end of the rod are eliminated by using a fixed guide. The rod with the sample can move in the vertical direction by reciprocating motion, with the sample moving between two signal coils. This movement is caused by a crank mechanism, driven by a stepper motor, controlled by a microcontroller, an operational amplifier and electronic circuits, connected to the signal coils to obtain good amplitude and frequency constancy of the movement.

Istota rozwiązania według wynalazku polega na tym, że wstawka kriostatu zawiera w górnej części prostokątną płytkę, do której są przykręcone cztery gniazda laboratoryjne, zaopatrzone w nakrętki i przechodzące przez otwory w płytce, ponadto stycznie do powierzchni płytki jest przykręcony górny koniec rurki za pomocą dwóch śrub z nakrętkami, przechodzących przez otwory w płytce i w górnym końcu rurki. Dolny koniec rurki połączony jest z walcową końcówką, mającą w części górnej walcowy czop, osadzony wciskowo w rurce, pod którym znajduje się kołnierz oporowy w kształcie dysku, dotykający dolnej krawędzi rurki, a pod nim znajduje się walcowe przewężenie, poniżej którego zlokalizowane jest symetryczne prostopadłościenne wycięcie ograniczone dwiema ściankami bocznymi o wewnętrznych powierzchniach płaskich i zewnętrznych powierzchniach w kształcie wycinka cylindra oraz płaską ścianką górną i płaską ścianką dolną. W czopie, kołnierzu i przewężeniu są wykonane cztery pionowe, symetrycznie rozmieszczone otwory, a ponadto w przewężeniu są wykonane dwa poziome i prostopadle do siebie cylindryczne, przelotowe kanały i w każdym z tych kanałów są osadzone naprzeciw siebie i nie stykające się ze sobą po dwa walcowe łączniki, mające osiowe, nagwintowane otwory, w które są wkręcane wkręty. Każdy z czterech łączników jest połączony przewodem w izolacji, przechodzącym przez jeden z otworów, wykonanych w czopie, kołnierzu przewężeniu i przez rurkę z jednym z gniazd laboratoryjnych. Oprócz tego w płaskiej ściance dolnej jest wykonanych pięć przelotowych, pionowych otworów, z których jeden przechodzi przez środek ścianki, a pozostałe otwory są rozmieszczone symetrycznie. Ponadto na zewnętrznej powierzchni ścianki górnej i ścianki dolnej są wycięte po cztery rowki, rozmieszczone przy krawędziach ścianek bocznych. Poza tym na rurkę jest nałożona zakrętka z gwintem wewnętrznym z umieszczonymi w niej dwiema pierścieniowymi uszczelkami.The essence of the solution according to the invention is that the cryostat insert contains a rectangular plate in the upper part, to which four laboratory sockets are screwed, provided with nuts and passing through holes in the plate, furthermore, the upper end of the tube is screwed tangentially to the surface of the plate by means of two screws with nuts, passing through holes in the plate and in the upper end of the tube. The lower end of the tube is connected to a cylindrical tip, having in the upper part a cylindrical plug, pressed into the tube, under which there is a disk-shaped retaining collar, touching the lower edge of the tube, and under it there is a cylindrical narrowing, below which there is a symmetrical cuboid cut-out limited by two side walls with inner flat surfaces and outer surfaces in the shape of a cylinder section and a flat upper wall and a flat lower wall. In the plug, collar and narrowing there are four vertical, symmetrically arranged holes, and in addition in the narrowing there are two horizontal and perpendicular cylindrical, through channels and in each of these channels there are mounted opposite each other and not touching each other, two cylindrical connectors having axial, threaded holes into which screws are screwed. Each of the four connectors is connected by an insulated wire passing through one of the holes made in the plug, collar, narrowing and through the tube with one of the laboratory sockets. In addition, in the flat bottom wall there are five through, vertical holes, one of which passes through the center of the wall, and the remaining holes are arranged symmetrically. In addition, on the outer surface of the upper wall and the lower wall there are four grooves cut out, arranged at the edges of the side walls. In addition, a cap with internal thread with two annular seals placed in it is put on the tube.

Płytka, końcówka i belka oporowa są wykonane z materiału elektroizolacyjnego i nieferromagnetycznego, korzystnie z tekstolitu, natomiast rurka, łączniki, wkręty, zakrętka i śruba są wykonane z metalu nieferromagnetycznego, korzystnie z mosiądzu.The plate, tip and support beam are made of an electrically insulating and non-ferromagnetic material, preferably textolite, while the tube, connectors, screws, cap and screw are made of a non-ferromagnetic metal, preferably brass.

Wstawka kriostatu w innej wersji ma w górnej części prostokątną płytkę, do której są przykręcone cztery gniazda laboratoryjne, zaopatrzone w nakrętki i przechodzące przez otwory w płytce. Stycznie do powierzchni płytki jest przykręcony górny koniec rurki za pomocą dwóch śrub z nakrętkami, przechodzących przez otwory w płytce i w górnym końcu rurki. Dolny koniec rurki jest połączony z walcową końcówką mającą w części górnej walcowy czop osadzony wciskowo w rurce, pod którym znajduje się kołnierz oporowy w kształcie dysku dotykający dolnej krawędzi rurki, a pod nim jest walcowe przewężenie, poniżej którego znajduje się symetryczne prostopadłościenne wycięcie, ograniczone dwiema ściankami bocznymi o wewnętrznych powierzchniach płaskich i zewnętrznych powierzchniach w kształcie wycinka cylindra oraz płaską ścianką górną i płaską ścianką dolną. W czopie, kołnierzu i przewężeniu są wykonane cztery pionowe, symetrycznie rozmieszczone otwory. W przewężeniu są wykonane dwa poziome i prostopadle do siebie cylindryczne, przelotowe kanały i w każdym z tych kanałów są osadzone naprzeciw siebie i nie stykające się ze sobą po dwa walcowe łączniki, mające osiowe, nagwintowane otwory, w które są wkręcone wkręty. Każdy z czterech łączników jest połączony przewodem w izolacji, przechodzącym przez jeden z otworów wykonanych w czopie, kołnierzu, przewężeniu i przez rurkę z jednym z gniazd laboratoryjnych. W płaskiej ściance dolnej jest wykonanych pięć przelotowych, pionowych otworów, z których jeden przechodzi przez środek ścianki, a pozostałe otwory są rozmieszczone symetrycznie. Na zewnętrznej powierzchni ścianki górnej i ścianki dolnej są wycięte po cztery rowki, rozmieszczone przy krawędziach ścianek bocznych. Na rurkę jest nałożona belka oporowa w kształcie prostopadłościanu mająca pionowy otwór przechodzący przez jej środek, schodkowe ścięcia na powierzchni dolnej i zaopatrzona w nagwintowany otwór prostopadły do jej osi, w który jest wkręcana śruba z radełkowanym łbem. Płytka, końcówka i belka oporowa są wykonane z materiału elektroizolacyjnego i nieferromagnetycznego, natomiast rurka, łączniki, wkręty i śruba są wykonane z metalu nieferromagnetycznego.The cryostat insert in another version has a rectangular plate in its upper part, to which four laboratory sockets are screwed, provided with nuts and passing through holes in the plate. The upper end of the tube is screwed tangentially to the surface of the plate by means of two screws with nuts, passing through holes in the plate and in the upper end of the tube. The lower end of the tube is connected to a cylindrical end having in its upper part a cylindrical plug pressed into the tube, under which there is a disk-shaped retaining collar touching the lower edge of the tube, and under it there is a cylindrical narrowing, below which there is a symmetrical cuboid cut-out, limited by two side walls with flat inner surfaces and outer surfaces in the shape of a cylinder segment, and a flat upper wall and a flat lower wall. Four vertical, symmetrically arranged holes are made in the plug, collar and narrowing. In the narrowing, two horizontal and perpendicular cylindrical, through channels are made and in each of these channels, opposite each other and not touching each other, two cylindrical connectors are mounted, having axial, threaded holes, into which screws are screwed. Each of the four connectors is connected by an insulated wire, passing through one of the holes made in the plug, collar, narrowing and through a tube with one of the laboratory sockets. In the flat lower wall, five through, vertical holes are made, one of which passes through the center of the wall, and the remaining holes are arranged symmetrically. On the outer surface of the upper wall and the lower wall, four grooves are cut, arranged at the edges of the side walls. A rectangular retaining beam is placed on the tube, having a vertical hole through its center, stepped cuts on its lower surface, and provided with a threaded hole perpendicular to its axis, into which a screw with a knurled head is screwed. The plate, the tip, and the retaining beam are made of an electrically insulating and non-ferromagnetic material, while the tube, connectors, screws, and the screw are made of a non-ferromagnetic metal.

Główną zaletą rozwiązania według wynalazku jest przystosowanie wstawki do zamocowania w niej próbek wraz dodatkowymi elementami, umożliwiającymi jednoczesne pomiary w kriostacie dwóch wielkości, charakteryzujących próbkę, np. magnetooporu i magnetostrykcji. Dodatkową zaletą rozwiązania jest użyteczność wstawki do pomiarów również w temperaturach otoczenia w magnesach o różnej średnicy otworu roboczego ze współosiowym ustawieniem wstawki w otworze roboczym wybranego magnesu.The main advantage of the solution according to the invention is the adaptation of the insert to mount samples in it with additional elements, enabling simultaneous measurements in the cryostat of two values characterizing the sample, e.g. magnetoresistance and magnetostriction. An additional advantage of the solution is the usability of the insert for measurements also at ambient temperatures in magnets with different diameters of the working hole with the coaxial positioning of the insert in the working hole of the selected magnet.

Przedmiot wynalazku jest pokazany w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia widok wstawki kriostatu z przodu, fig. 2 przedstawia widok wstawki z boku, fig. 3 i fig. 4 przedstawiają przekroje poprzeczne wstawki odpowiednio płaszczyznami A-A i B-B, fig. 5 przedstawia wygląd belki oporowej z boku, fig. 6 przedstawia przekrój poprzeczny tej belki płaszczyzną C-C, fig. 7 pokazuje przykład zastosowania wstawki w kriostacie do pomiarów sprzężenia magnetostrykcji i magnetooporu, natomiast fig. 8 przedstawia przykład zastosowania wstawki z belką oporową.The subject of the invention is shown in an example of its embodiment in the drawing, in which Fig. 1 shows a front view of the cryostat insert, Fig. 2 shows a side view of the insert, Fig. 3 and Fig. 4 show cross-sections of the insert along planes A-A and B-B, respectively, Fig. 5 shows the appearance of the resistance beam from the side, Fig. 6 shows a cross-section of this beam along plane C-C, Fig. 7 shows an example of using the insert in a cryostat for measuring the coupling of magnetostriction and magnetoresistance, while Fig. 8 shows an example of using the insert with a resistance beam.

Wstawka kriostatu zawiera w górnej części prostokątną płytkę 1, do której są przykręcone cztery gniazda laboratoryjne 2, zaopatrzone w nakrętki i przechodzące przez otwory w płytce 1, ponadto stycznie do powierzchni płytki 1 jest przykręcony górny koniec rurki 3 za pomocą dwóch śrub z nakrętkami 4, przechodzących przez otwory w płytce 1 i w górnym końcu rurki 3. Dolny koniec rurki 3 jest połączony z walcową końcówką 5, mającą w części górnej walcowy czop 6, osadzony wciskowo w rurce 3, pod którym znajduje się kołnierz oporowy 7 w kształcie dysku, dotykający dolnej krawędzi rurki 3, a pod nim jest walcowe przewężenie 8, poniżej którego znajduje się symetryczne prostopadłościenne wycięcie 9, ograniczone dwiema ściankami bocznymi 10 o wewnętrznych powierzchniach płaskich i zewnętrznych powierzchniach w kształcie wycinka cylindra oraz płaską ścianką górną 11 i płaską ścianką dolną 12. W czopie 6, kołnierzu 7 i przewężeniu 8 są wykonane cztery pionowe, symetrycznie rozmieszczone otwory 13, a ponadto w przewężeniu 8 są wykonane dwa poziome i prostopadle do siebie cylindryczne, przelotowe kanały 14 i w każdym z tych kanałów są osadzone naprzeciw siebie i nie stykające się ze sobą po dwa walcowe łączniki 15, mające osiowe, nagwintowane otwory, w które są wkręcane wkręty 16. Każdy z czterech łączników 15 jest połączony przewodem w izolacji, przechodzącym przez jeden z otworów 13, wykonanych w czopie 6, kołnierzu 7, przewężeniu i przez rurkę 3 z jednym z gniazd laboratoryjnych 2. Oprócz tego w płaskiej ściance dolnej 12 jest wykonanych pięć przelotowych, pionowych otworów 17, z których jeden przechodzi przez środek ścianki, a pozostałe otwory są rozmieszczone symetrycznie. Ponadto na zewnętrznej powierzchni ścianki górnej 11 i ścianki dolnej 12 są wycięte po cztery rowki, odpowiednio 18 i 19, rozmieszczone przy krawędziach ścianek bocznych 10. Poza tym na rurkę 3 jest nałożona zakrętka 20 z gwintem wewnętrznym z umieszczonymi w niej pierścieniowymi uszczelkami 21, 22. W miejsce zakrętki 20 na rurkę 3 jest nakładana belka oporowa 23 w kształcie prostopadłościanu, mająca pionowy otwór 24, przechodzący przez jej środek, schodkowe ścięcia 25 na powierzchni dolnej i zaopatrzona w nagwintowany otwór prostopadły do jej osi, w który jest wkręcana śruba 26 z radełkowanym łbem. Płytka 1, końcówka 5 i belka oporowa 23 są wykonane z materiału elektroizolacyjnego i nieferromagnetycznego, korzystnie z tekstolitu, natomiast rurka 3, łączniki 15, wkręty 16, zakrętka 20 i śruba 26 są wykonane z metalu nieferromagnetycznego, korzystnie z mosiądzu.The cryostat insert comprises a rectangular plate 1 in its upper part, to which four laboratory sockets 2 are screwed, provided with nuts and passing through holes in the plate 1, and furthermore, the upper end of the tube 3 is screwed tangentially to the surface of the plate 1 by means of two screws with nuts 4, passing through holes in the plate 1 and in the upper end of the tube 3. The lower end of the tube 3 is connected to a cylindrical end 5, having in its upper part a cylindrical plug 6, pressed into the tube 3, under which there is a disc-shaped retaining collar 7, touching the lower edge of the tube 3, and under it there is a cylindrical narrowing 8, below which there is a symmetrical cuboid cut-out 9, limited by two side walls 10 with flat inner surfaces and outer surfaces in the shape of a cylinder segment, and a flat upper wall 11 and a flat lower wall 12. In the plug 6, collar 7 and narrowing 8, four vertical, symmetrically arranged holes 13 are made, and in addition, in narrowing 8, two horizontal and perpendicular cylindrical through-holes 14 are made, and in each of these channels, two cylindrical connectors 15 are mounted opposite each other and not in contact with each other, having axial, threaded holes into which screws 16 are screwed. Each of the four connectors 15 is connected by an insulated wire passing through one of the holes 13 made in the pin 6, collar 7, narrowing and through tube 3 to one of the laboratory sockets 2. In addition, five vertical through-holes 17 are made in the flat bottom wall 12, one of which passes through the centre of the wall, and the remaining holes are arranged symmetrically. In addition, four grooves 18 and 19 are cut into the outer surface of the upper wall 11 and the lower wall 12, respectively, arranged at the edges of the side walls 10. In addition, a cap 20 with internal thread with annular seals 21, 22 arranged therein is placed on the tube 3. In place of the cap 20, a support beam 23 in the shape of a cuboid is placed on the tube 3, having a vertical opening 24 passing through its centre, stepped chamfers 25 on the lower surface and provided with a threaded hole perpendicular to its axis, into which a screw 26 with a knurled head is screwed. The plate 1, the tip 5 and the support beam 23 are made of an electrically insulating and non-ferromagnetic material, preferably textolite, while the tube 3, the connectors 15, the screws 16, the cap 20 and the screw 26 are made of a non-ferromagnetic metal, preferably brass.

Zasada działania wstawki kriostatu polega na tym, że badaną próbkę 27 w kształcie walca lub prostopadłościanu, zaopatrzoną na przeciwległych końcach w płaskie elektrody - elektrodę dolną 28 i elektrodę górną 29, umieszcza się w wycięciu 9 i poprzez elektrodę dolną 29 mocuje do ścianki dolnej 12. Do elektrody górnej 28 mocuje się pionowo płytkę, wykonaną z dielektryka 30 o dużej przenikalności dielektrycznej względnej, natomiast do górnej ścianki 11 zostają zamocowane pionowo okładki kondensatora płaskiego 31. Elektrodę górną 28 łączy się giętkim przewodem w izolacji 32, mającym sinusoidalnie wygięty odcinek z jednym z łączników 15, prowadząc przewód przez jeden z otworów w ściance dolnej 12, jedne z rowków 18, 19 i przykręcając górny koniec tego przewodu do łącznika 15 za pomocą wkrętu 16. Elektrodę dolną 29 i okładki kondensatora 31 łączy się w analogiczny sposób sztywnymi przewodami w izolacji 33, poprowadzonymi przez pozostałe otwory 17 w ściance dolnej 12 i rowki 18, 19, z jednym z pozostałych łączników 15. Elektroda górna 28, elektroda dolna 29 i okładki kondensatora 31 są wykonane z metalu nieferromagnetycznego, korzystnie z mosiądzu. Dolną część wstawki 5 z próbką 27, zamocowaną w opisany sposób wsuwa się do kriostatu 34 i zamyka go zakrętką 20, a następnie wypełnia cieczą kriogeniczną 35. Do odpowiednich par gniazd 2 przyłącza się mierniki 36, 37, np. omomierz i miernik pojemności elektrycznej. Po wychłodzeniu próbki 27 do żądanej temperatury i przyłożeniu pola magnetycznego wykonuje się pomiary przy użyciu wstawki. Zastosowanie giętkiego przewodu 32 z sinusoidalnie wygiętym odcinkiem, połączonego z górną elektrodą 28, pozwala na swobodne zmiany długości próbki 27, np. w wyniku magnetostrykcji podczas badania, a rowki 18, 19 i otwory 17, przez które są prowadzone pozostałe przewody 33, umożliwiają wsunięcie wstawki do cienkiej rurki kriostatu. Po wyjęciu wstawki z kriostatu 34, usunięciu zakrętki 20 z rurki 3 i nałożeniu na tę rurkę belki oporowej 23 i zamocowaniu jej do rurki przez ręczne dokręcenie wkrętu 26, używa się wstawki do pomiarów w temperaturze otoczenia. W tym celu wkłada się dolną część wstawki 5 wraz odpowiednio przygotowaną próbką 27 do otworu roboczego magnesu, np. magnesu Bittera, opierając dolną część belki 23 na górnym końcu tulei 38 otworu roboczego tego magnesu. Schodkowe ścięcia na dolnej powierzchni belki 23 umożliwiają współosiowe ustawienie wstawki w otworze roboczym wybranego magnesu. Wykonanie płytki 1, rurki 3, końcówki 5, łączników 15, wkrętów 16, zakrętki 20, belki oporowej 23, śruby 26, elektrody górnej 28, elektrody dolnej 29 i okładek kondensatora 31 z materiałów nieferromagnetycznych, odpowiednio z tekstolitu, albo mosiądzu zabezpiecza przed niepożądanym oddziaływaniem silnego pola magnetycznego na te elementy.The principle of operation of the cryostat insert is that the tested sample 27 in the shape of a cylinder or a cuboid, provided with flat electrodes at opposite ends - a lower electrode 28 and an upper electrode 29, is placed in the cutout 9 and attached to the lower wall 12 through the lower electrode 29. A plate made of a dielectric 30 with high relative dielectric permittivity is attached vertically to the upper electrode 28, while the plates of a flat capacitor 31 are attached vertically to the upper wall 11. The upper electrode 28 is connected by a flexible insulated wire 32, having a sinusoidally bent section, to one of the connectors 15, by leading the wire through one of the holes in the lower wall 12, one of the grooves 18, 19 and screwing the upper end of this wire to the connector 15 by means of a screw 16. The lower electrode 29 and capacitor plates 31 are connected in an analogous manner by rigid insulated wires 33, led through the remaining holes 17 in the bottom wall 12 and the grooves 18, 19, to one of the remaining connectors 15. The upper electrode 28, the lower electrode 29 and capacitor plates 31 are made of a non-ferromagnetic metal, preferably brass. The lower part of the insert 5 with the sample 27, attached in the manner described, is inserted into the cryostat 34 and closed with a cap 20, and then filled with cryogenic liquid 35. Meters 36, 37, e.g. an ohmmeter and an electric capacitance meter, are connected to the appropriate pairs of sockets 2. After cooling the sample 27 to the desired temperature and applying a magnetic field, measurements are taken using the insert. The use of a flexible wire 32 with a sinusoidally bent section, connected to the upper electrode 28, allows for free changes in the length of the sample 27, e.g. as a result of magnetostriction during testing, and the grooves 18, 19 and holes 17, through which the remaining wires 33 are guided, allow the insert to be inserted into the thin cryostat tube. After removing the insert from the cryostat 34, removing the cap 20 from the tube 3 and placing the resistance beam 23 on this tube and securing it to the tube by manually tightening the screw 26, the insert is used for measurements at ambient temperature. For this purpose, the lower part of the insert 5 is inserted together with the suitably prepared sample 27 into the working hole of the magnet, e.g. Bitter magnet, resting the lower part of the beam 23 on the upper end of the sleeve 38 of the working hole of this magnet. Stepped cuts on the lower surface of the beam 23 enable coaxial positioning of the insert in the working hole of the selected magnet. The fact that the plate 1, tube 3, tip 5, connectors 15, screws 16, cap 20, retaining beam 23, screw 26, upper electrode 28, lower electrode 29 and capacitor plates 31 are made of non-ferromagnetic materials, respectively textolite or brass, protects against undesirable effects of a strong magnetic field on these elements.

Claims

1. A cryostat insert, having a rectangular plate in its upper part, to which four laboratory sockets are screwed, provided with nuts and passing through holes in the plate, and furthermore, the upper end of the tube is screwed tangentially to the surface of the plate by means of two screws with nuts, passing through holes in the plate and in the upper end of the tube, characterized in that the lower end of the tube (3) is connected to a cylindrical tip (5), having in its upper part a cylindrical plug (6), pressed into the tube (3), under which there is a disk-shaped retaining collar (7), touching the lower edge of the tube (3), and under it there is a cylindrical narrowing (8), below which there is a symmetrical cuboid cut-out (9), limited by two side walls (10) with flat inner surfaces and outer surfaces in the shape of a cylinder segment, and a flat upper wall (11) and a flat lower wall (12), wherein in the plug (6), collar (7) and narrowing (8) there are four vertical, symmetrically arranged holes (13) made, and in addition in narrowing (8) there are two horizontal and perpendicular cylindrical, through channels (14) made, and in each of these channels there are mounted opposite each other and not in contact with each other two cylindrical connectors (15), having axial, threaded holes, into which screws (16) are screwed, and in addition each of the four connectors (15) is connected by an insulated wire passing through one of the holes (13) made in the plug (6), collar (7), narrowing and through the tube (3) with one of the laboratory sockets (2), and in addition in the flat bottom wall (12) there are five vertical through holes (17), one of which passes through the centre of the wall, and the remaining holes are arranged symmetrically, and in turn on the outer surface of the upper wall (11) and the lower wall (12) are cut into four grooves, respectively (18, 19), arranged at the edges of the side walls (10), and in addition a cap (20) with internal thread with annular seals (21, 22) placed therein is put on the tube (3), and in addition the plate (1), the tip (5) and the support beam (23) are made of an electrically insulating and non-ferromagnetic material, while the tube (3), the connectors (15), the screws (16), the cap (20) and the screw (26) are made of a non-ferromagnetic metal.

2. Insert according to claim 1, characterized in that the plate (1), the tip (5) and the support beam (23) are made of textolite.

3. Insert according to claim 1, characterized in that the tube (3), the connectors (15), the screws (16), the cap (20) and the screw (26) are made of brass.

4. A cryostat insert, having a rectangular plate in its upper part, to which four laboratory sockets are screwed, provided with nuts and passing through holes in the plate, and furthermore, the upper end of the tube is screwed tangentially to the surface of the plate by means of two screws with nuts, passing through holes in the plate and in the upper end of the tube, characterized in that the lower end of the tube (3) is connected to a cylindrical tip (5), having in its upper part a cylindrical plug (6), pressed into the tube (3), under which there is a disk-shaped retaining collar (7), touching the lower edge of the tube (3), and under it there is a cylindrical narrowing (8), below which there is a symmetrical cuboid cut-out (9), limited by two side walls (10) with flat inner surfaces and outer surfaces in the shape of a cylinder segment, and a flat upper wall (11) and a flat lower wall (12), wherein in the plug (6), collar (7) and narrowing (8) there are four vertical, symmetrically arranged holes (13) made, and in addition in narrowing (8) there are two horizontal and perpendicular cylindrical, through channels (14) made, and in each of these channels there are mounted opposite each other and not in contact with each other two cylindrical connectors (15), having axial, threaded holes, into which screws (16) are screwed, and in addition each of the four connectors (15) is connected by an insulated wire passing through one of the holes (13) made in the plug (6), collar (7), narrowing and through the tube (3) with one of the laboratory sockets (2), and in addition in the flat bottom wall (12) there are five vertical through holes (17), one of which passes through the centre of the wall, and the remaining holes are arranged symmetrically, and in turn on the outer surface of the upper wall (11) and the lower wall (12) are cut into four grooves, respectively (18, 19), arranged at the edges of the side walls (10), and in addition, a support beam (23) in the shape of a cuboid is placed on the tube (3), having a vertical hole (24) passing through its center, stepped cuts (25) on the lower surface and provided with a threaded hole perpendicular to its axis, into which a screw (26) with a knurled head is screwed, and in addition, the plate (1), the tip (5) and the support beam (23) are made of an electrically insulating and non-ferromagnetic material, while the tube (3), the connectors (15), the screws (16) and the screw (26) are made of a non-ferromagnetic metal.