專利名稱：低溫測量容器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種低溫測量容器，特別涉及一種可調(diào)節(jié)探測器件位置的低溫測量容器。
本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的本實用新型一種可調(diào)節(jié)探測器件位置的低溫測量容器，如圖1所示，該容器包括低溫容器主體、冷指和由探測窗口法蘭盤和探測窗口密封片構(gòu)成的探測窗口，所述的低溫容器主體包括內(nèi)壁、外壁和由內(nèi)壁與外壁形成的真空夾層，該真空夾層中還設(shè)有絕熱結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的低溫容器主體的外壁上設(shè)置有可伸縮的結(jié)構(gòu)，該可伸縮的結(jié)構(gòu)為密封連接在低溫容器的外壁上的波紋管，波紋管四周還設(shè)有伸縮調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，該伸縮調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的一端固定在低溫容器主體的外壁上，另一端固定連接波紋管底端和探測窗口；所述的冷指位于探測窗口上方的真空夾層內(nèi)，其一端固定在低溫容器主體內(nèi)壁，以獲取冷量，另一端靠近低溫容器主體外壁，其靠近低溫容器主體外壁的一端是一可伸近探測窗口的柱狀圓臺，該柱狀圓臺的底面上固定有探測器件，該探測器件的引線經(jīng)柱狀圓臺側(cè)面的凹槽引出后，從真空夾層中引出低溫容器。
所述冷指開有與低溫容器主體相通的空腔，該空腔內(nèi)部刻有螺紋。
所述低溫測量容器還包括一由準(zhǔn)直桿、準(zhǔn)直螺母和準(zhǔn)直螺紋構(gòu)成的準(zhǔn)直機(jī)構(gòu)，其中，準(zhǔn)直桿通過位于其一端的準(zhǔn)直螺紋固定在冷指上，通過其另一端的準(zhǔn)直螺紋將準(zhǔn)直螺母固定在低溫容器的頂端；所述的準(zhǔn)直桿的頂部還設(shè)有吊鉤。
所述冷指四周裹有反輻射屏，其冷指外表面鍍金。
所述的探測窗口和伸縮調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)之間還安裝一密封圈。
所述伸縮調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)為單螺紋微位移調(diào)節(jié)裝置，該裝置由軸承固定環(huán)、調(diào)節(jié)環(huán)和位移環(huán)組成，其中，軸承固定環(huán)固定連接在低溫容器外壁上，位于波紋管的四周，調(diào)節(jié)環(huán)通過滾珠軸承結(jié)構(gòu)與軸承固定環(huán)連接，位移環(huán)通過螺紋嚙合在調(diào)節(jié)環(huán)內(nèi)，與波紋管底端及探測窗口法蘭盤密封連接。
所述伸縮調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)為雙螺紋微位移調(diào)節(jié)裝置，該裝置由固定環(huán)、調(diào)節(jié)環(huán)和位移環(huán)組成，其中，固定環(huán)固定在低溫容器外壁上，位于波紋管的四周，調(diào)節(jié)環(huán)內(nèi)外兩側(cè)刻有同向螺紋，其外側(cè)螺紋與固定環(huán)嚙合，內(nèi)側(cè)螺紋與位移環(huán)嚙合，位移環(huán)的一端與波紋管底端及探測窗口法蘭盤密封連接。
所述探測窗口法蘭盤是由無磁材料制成的中心開孔的窗口，所述探測窗口密封片是由銥、錸、鎢、氮化硅或白寶石制成的超薄片材，該探測窗口的口徑為法蘭盤中心孔孔徑，探測窗口厚度W為探測窗口密封片的厚度t與由于壓差產(chǎn)生的窗口彎曲帶來的附加高度b之和，即W＝t+b。
所述探測窗口呈直徑為2a的圓形窗口，b和t之間的關(guān)系表達(dá)式為(1+0.488b2/t2)b/t＝0.188P(1-v2)a4/Et4，式中，P為窗口兩邊的壓差，n是泊松比，E是楊氏模量，b2項為彎曲的探測窗口密封片沿其表面的拉伸能量。
本實用新型的優(yōu)點在于本實用新型提供的可調(diào)節(jié)探測器件位置的低溫測量容器，使得探測器件和測量對象之間能最大限度接近，極大提高了探測系統(tǒng)的靈敏度和空間分辨率，同時，在測量結(jié)束后，即可將探測窗口和探測器件調(diào)整到足夠遠(yuǎn)的位置上，避免由于受熱膨脹導(dǎo)致的探測窗口和探測器件的損壞。


圖1是本實用新型低溫測量容器的結(jié)構(gòu)示意圖圖2是本實用新型低溫測量容器的可伸縮部位的局部剖面圖圖3是本實用新型低溫測量容器中的單螺紋微位移調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的剖面示意圖圖4是本實用新型低溫測量容器中的雙螺紋微位移調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的剖面示意圖圖5是本實用新型低溫測量容器中的準(zhǔn)直機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖附圖標(biāo)識1、安全閥 2、頸管 3、低溫液體4、多屏絕熱結(jié)構(gòu)5、外壁 6、真空夾層7、內(nèi)壁8、波紋管 9、伸縮調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)10、冷指 11、探測窗口12、基座13、支架 14、位移刻度盤 15、真空閥16、引線密封插座 17、壓力表和回氣閥 18、輸液口19、密封圈 20、探測窗口法蘭盤 21、探測窗口密封片22、探測器件 23、空腔24、準(zhǔn)直螺紋25、柱狀圓臺 26、軸承固定環(huán) 27、滾珠28、旋轉(zhuǎn)手柄 29、固定環(huán) 30、位移環(huán)31、調(diào)節(jié)環(huán) 32、吊鉤33、準(zhǔn)直螺母34、準(zhǔn)直桿 35、測量器件引線本實施例中的冷指10是用高熱導(dǎo)材料高純銅制作而成，其上端開有一空腔23與低溫容器相通，該冷指10位于真空夾層6內(nèi)部、探測窗口11的上方，其空腔23內(nèi)可以儲存低溫液體3，空腔23底部應(yīng)盡可能靠近探測器件，以減小兩者之間的溫差，同時也可以延長有效工作時間；空腔23內(nèi)側(cè)還帶有一段準(zhǔn)直螺紋24，用于和準(zhǔn)直桿34上的螺紋嚙合，準(zhǔn)直桿34上端的準(zhǔn)直螺母33位于低溫容器頂蓋外，其上還有一吊鉤32；冷指10下端有一柱狀圓臺25，其底面上固定一探測器件22，探測器件22的引線3 5經(jīng)柱狀圓臺25側(cè)面的凹槽引出后，纏繞在低溫容器的內(nèi)壁7上，經(jīng)引線密封插座16引出。上述柱狀圓臺25的直徑為7mm，略小于探測窗口法蘭盤20的內(nèi)徑8mm；該冷指10的外表面鍍金，并裹以22層反輻射屏，以最大限度減小輻射漏熱。
波紋管8的四周裝有單螺紋微位移調(diào)節(jié)裝置，該位移調(diào)節(jié)裝置由軸承固定環(huán)26、帶有螺紋的調(diào)節(jié)環(huán)31、位移環(huán)30，以及滾珠軸承機(jī)構(gòu)27、旋轉(zhuǎn)手柄28組成，其中，軸承固定環(huán)26固定連接在低溫容器外壁5上，位于波紋管8的四周，調(diào)節(jié)環(huán)31通過滾珠27與軸承架固定環(huán)26連接，位移環(huán)30通過螺紋嚙合在調(diào)節(jié)環(huán)31內(nèi)，與波紋管8底端及探測窗口法蘭盤20密封連接。該位移調(diào)節(jié)裝置的位移調(diào)節(jié)精度由它們的螺距決定，調(diào)節(jié)環(huán)旋轉(zhuǎn)一周，位移環(huán)帶動窗口移動距離為一個螺距，本實施例中，螺距為1.5mm，位移刻度盤14刻制在調(diào)節(jié)環(huán)31上。
實施例2制作一帶有雙螺紋微位移調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的低溫測量容器。如圖1-圖5所示，該裝置中，可伸縮的低溫容器包括內(nèi)壁7、外壁5和位于內(nèi)壁7與外壁5之間的真空夾層6以及多屏絕熱結(jié)構(gòu)4，其頂蓋上設(shè)有安全閥1、真空閥15、引線密封插座16、壓力表和回氣閥17、輸液口18、該低溫容器的可伸縮部分的外壁5是用具有能抵抗大氣側(cè)向壓力的高強(qiáng)度的、可伸縮且具有一定彈力的不銹鋼波紋管8替代，為了確保真空夾層6內(nèi)部的真空，該波紋管8一端與低溫容器的外壁5之間，另一端與伸縮調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)9之間均密封焊接，探測窗口密封片21密封粘貼在探測窗口法蘭盤20底部，探測窗口法蘭盤20與伸縮調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)9通過密封圈19密封，從而構(gòu)成一個封閉整體。
本實施例中的冷指10是用高熱導(dǎo)材料高純銅制作而成，其上端開有一空腔23與低溫容器相通，該冷指10位于真空夾層6內(nèi)部、探測窗口11的上方，其空腔23內(nèi)可以儲存低溫液體3，空腔23底部應(yīng)盡可能靠近探測器件，以減小兩者之間的溫差，同時也可以延長有效工作時間；空腔23內(nèi)側(cè)還帶有一段準(zhǔn)直螺紋24，用于和準(zhǔn)直桿34上的螺紋嚙合；冷指10下端有一柱狀圓臺25，其底面上固定一探測器件22，探測器件22的引線35經(jīng)柱狀圓臺25側(cè)面的凹槽引出后，纏繞在低溫容器的內(nèi)壁7上，經(jīng)引線密封插座16引出。上述柱狀圓臺25的直徑為7mm，略小于探測窗口法蘭盤20的內(nèi)徑8mm；該冷指10的外表面鍍金，并裹以22層反輻射屏，以最大限度減小輻射漏熱。
本裝置的位移調(diào)節(jié)裝置采用內(nèi)外側(cè)均有螺紋調(diào)節(jié)環(huán)18取代實施例1中的單螺紋調(diào)節(jié)環(huán)，其中，固定環(huán)29固定在低溫容器外壁5上，位于波紋管8的四周，調(diào)節(jié)環(huán)31內(nèi)外兩側(cè)刻有同向螺紋，其外側(cè)螺紋與固定環(huán)29嚙合，內(nèi)側(cè)螺紋與位移環(huán)30嚙合，位移環(huán)30的一端與波紋管8底端及探測窗口法蘭盤20密封連接。在這種調(diào)節(jié)環(huán)31內(nèi)外兩側(cè)刻有同向螺紋的情況下，調(diào)節(jié)環(huán)31旋轉(zhuǎn)時，相對于調(diào)節(jié)環(huán)31而言，固定環(huán)29和位移環(huán)30向相同方向移動，只要內(nèi)外螺紋的螺距有微小差別，就可以實現(xiàn)窗口的微小移動，差別愈小，調(diào)節(jié)精度愈高，位移刻度盤14刻制在固定環(huán)29上。
本實施例中，內(nèi)側(cè)螺紋的螺距d1為1.75mm，外側(cè)螺紋的螺距d2為1.5mm，調(diào)節(jié)環(huán)31每旋轉(zhuǎn)一周，探測窗口11的移動距離為d1-d2＝0.25mm，很容易實現(xiàn)微位移調(diào)節(jié)。該設(shè)計的優(yōu)點在于由于內(nèi)外螺紋的螺距差能夠做得非常小，同時并不要求螺紋本身螺距很小，這就避免了為提高調(diào)節(jié)精度而去追求減小螺紋間距，不僅減小了加工難度，而且提高了螺紋承受壓力的能力，延長了系統(tǒng)使用壽命。
實施例3制作一帶有超薄探測窗口的低溫測量容器，如圖1、圖2、圖3及圖5所示，該裝置中，可伸縮的低溫容器包括內(nèi)壁7、外壁5和位于內(nèi)壁7與外壁5之間的真空夾層6以及多屏絕熱結(jié)構(gòu)4，其頂蓋上設(shè)有安全閥1、真空閥15、引線密封插座16、壓力表和回氣閥17、輸液口18、該低溫容器的可伸縮部分的外壁5是用具有能抵抗大氣側(cè)向壓力的高強(qiáng)度的、可伸縮且具有一定彈力的不銹鋼波紋管8替代，為了確保真空夾層6內(nèi)部的真空，該波紋管8一端與低溫容器的外壁5之間，另一端與伸縮調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)9之間均密封焊接，探測窗口密封片21密封粘貼在探測窗口法蘭盤20底部，探測窗口法蘭盤20與伸縮調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)9通過密封圈19密封，從而構(gòu)成一個封閉整體。
本實施例中的冷指10是用高熱導(dǎo)材料高純銅制作而成，其上端開有一空腔23與低溫容器相通，該冷指10位于真空夾層6內(nèi)部、探測窗口11的上方，其空腔23內(nèi)可以儲存低溫液體3，空腔23底部應(yīng)盡可能靠近探測器件，以減小兩者之間的溫差，同時也可以延長有效工作時間；空腔23內(nèi)側(cè)還帶有一段準(zhǔn)直螺紋24，用于和準(zhǔn)直桿34上的螺紋嚙合；冷指10下端有一柱狀圓臺25，其底面上固定一探測器件22，探測器件22的引線35經(jīng)柱狀圓臺25側(cè)面的凹槽引出后，纏繞在低溫容器的內(nèi)壁7上，經(jīng)引線密封插座16引出。上述柱狀圓臺25的直徑為7mm，略小于探測窗口法蘭盤20的內(nèi)徑8mm；該冷指10的外表面鍍金，并裹以22層反輻射屏，以最大限度減小輻射漏熱。
波紋管8的四周裝有單螺紋微位移調(diào)節(jié)裝置，該位移調(diào)節(jié)裝置由軸承固定環(huán)26、帶有螺紋的調(diào)節(jié)環(huán)31、位移環(huán)30，以及滾珠軸承機(jī)構(gòu)27、旋轉(zhuǎn)手柄28組成，其中，軸承固定環(huán)26固定連接在低溫容器外壁5上，位于波紋管8的四周，調(diào)節(jié)環(huán)31通過滾珠27與軸承架固定環(huán)26連接，位移環(huán)30通過螺紋嚙合在調(diào)節(jié)環(huán)31內(nèi)，與波紋管8底端及探測窗口法蘭盤20密封連接。該位移調(diào)節(jié)裝置的位移調(diào)節(jié)精度由它們的螺距決定，調(diào)節(jié)環(huán)旋轉(zhuǎn)一周，位移環(huán)帶動窗口移動距離為一個螺距，本實施例中，螺距為1.5mm，位移刻度盤14刻制在調(diào)節(jié)環(huán)31上。
本實施例中，我們設(shè)計了一種用直徑20毫米的白寶石片制成的窗口密封片21密封粘貼在窗口法蘭盤20的中心直徑為7mm的窗口底部，因此，按上述公式計算，相應(yīng)參數(shù)為a＝3.5mm，E＝345GPa，v＝0.3，P＝101.3kPa，可知當(dāng)t近似等于45μm時，b+t具有最小值約62μm。從提高窗口抗壓力強(qiáng)度考慮，我們實際選用50微米的白寶石片。
如果b遠(yuǎn)小于t，這一項可以忽略，則有關(guān)系boca4/t，這是對微小彎曲適用的結(jié)果。如果b遠(yuǎn)大于t，則位伸能量占主要地位，并且有關(guān)系boca4/3/t1/3，很顯然它對α和t的依賴性降低。對于一般情況，在已知P，n，E，和a的前提下，我們可以通過數(shù)值計算解方程得出b與t的關(guān)系是b(t)，從而選擇合適的厚度使得b(t)+t的值最小。
實施例4制作一無磁的低溫測量容器，使用無磁金屬材料黃銅制作低溫容器內(nèi)壁7、外壁5、伸縮調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)9、探測窗口法蘭盤20；用無磁不銹鋼制作低溫容器頸管2和波紋管8。這樣，對于由弱磁信號探測器件組成的探測系統(tǒng)，例如高溫或低溫超導(dǎo)量子干涉器件，可以消除周圍環(huán)境對磁探測器件的干擾，其余同實施例1。
實施例5制作一無磁的可伸縮的液氮低溫容器，使用無磁材料玻璃鋼制作低溫容器，用無磁材料黃銅制作伸縮調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)9和探測窗口法蘭盤20；用無磁不銹鋼制作波紋管8。這樣，對于由弱磁信號探測器件組成的探測系統(tǒng)，例如高溫超導(dǎo)量子干涉器件，可以消除周圍環(huán)境對磁探測器件的干擾，其余同實施例1。
實施例6本實施例中的冷指10是用高熱導(dǎo)材料白寶石制作而成，其上端開有一空腔23與低溫容器相通，該冷指10位于真空夾層6內(nèi)部、探測窗口11的上方，其空腔23內(nèi)可以儲存低溫液體3，空腔23底部應(yīng)盡可能靠近探測器件，以減小兩者之間的溫差，同時也可以延長有效工作時間。
由于白寶石很難加工，可以開空腔，因成本高，也可以不開；空腔內(nèi)很難加工螺紋，因此，本例中未使用準(zhǔn)直機(jī)構(gòu)，其余同實施例1。
權(quán)利要求1.一種低溫測量容器，該容器包括低溫容器主體、冷指和由探測窗口法蘭盤和探測窗口密封片構(gòu)成的探測窗口，所述的低溫容器主體包括內(nèi)壁、外壁和由內(nèi)壁與外壁形成的真空夾層，該真空夾層中還設(shè)有絕熱結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的低溫容器主體的外壁上設(shè)置有可伸縮的結(jié)構(gòu)，該可伸縮的結(jié)構(gòu)為密封連接在低溫容器的外壁上的波紋管，波紋管四周還設(shè)有伸縮調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，該伸縮調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的一端固定在低溫容器主體的外壁上，另一端固定連接波紋管底端和探測窗口；所述的冷指位于探測窗口上方的真空夾層內(nèi)，其一端固定在低溫容器主體內(nèi)壁，另一端靠近低溫容器主體外壁，為一可伸近探測窗口的柱狀圓臺，該柱狀圓臺的底面上固定有探測器件，該探測器件的引線經(jīng)柱狀圓臺側(cè)面的凹槽引出后，從真空夾層中引出低溫容器。
2.按權(quán)利要求1所述的低溫測量容器，其特征在于，所述冷指開有與低溫容器主體相通的空腔，該空腔內(nèi)部刻有螺紋。
3.按權(quán)利要求2所述的低溫測量容器，其特征在于，所述低溫測量容器還包括一由準(zhǔn)直桿、準(zhǔn)直螺母和準(zhǔn)直螺紋構(gòu)成的準(zhǔn)直機(jī)構(gòu)，其中，準(zhǔn)直桿通過位于其一端的準(zhǔn)直螺紋固定在冷指上，通過其另一端的準(zhǔn)直螺紋將準(zhǔn)直螺母固定在低溫容器的頂端；所述的準(zhǔn)直桿的頂部還設(shè)有吊鉤。
4.按權(quán)利要求1所述的低溫測量容器，其特征在于，所述冷指四周裹有反輻射屏，其冷指外表面鍍金。
5.按權(quán)利要求1所述的低溫測量容器，所述的探測窗口和伸縮調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)之間還安裝一密封圈。
6.按權(quán)利要求1所述的低溫測量容器，其特征在于，所述伸縮調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)為單螺紋微位移調(diào)節(jié)裝置，該裝置由軸承固定環(huán)、調(diào)節(jié)環(huán)和位移環(huán)組成，其中，軸承固定環(huán)固定連接在低溫容器外壁上，位于波紋管的四周，調(diào)節(jié)環(huán)通過滾珠軸承結(jié)構(gòu)與軸承固定環(huán)連接，位移環(huán)通過螺紋嚙合在調(diào)節(jié)環(huán)內(nèi)，與波紋管底端及探測窗口法蘭盤密封連接。
7.按權(quán)利要求1所述的低溫測量容器，其特征在于，所述伸縮調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)為雙螺紋微位移調(diào)節(jié)裝置，該裝置由固定環(huán)、調(diào)節(jié)環(huán)和位移環(huán)組成，其中，固定環(huán)固定在低溫容器外壁上，位于波紋管的四周，調(diào)節(jié)環(huán)內(nèi)外兩側(cè)刻有同向螺紋，其外側(cè)螺紋與固定環(huán)嚙合，內(nèi)側(cè)螺紋與位移環(huán)嚙合，位移環(huán)的一端與波紋管底端及探測窗口法蘭盤密封連接。
8.按權(quán)利要求1所述的低溫測量容器，其特征在于，所述探測窗口法蘭盤是由無磁材料制成的中心開孔的窗口，所述探測窗口密封片是由銥、錸、鎢、氮化硅或白寶石制成的超薄片材，該探測窗口的口徑為法蘭盤中心孔孔徑，探測窗口厚度W為探測窗口密封片的厚度t與由于壓差產(chǎn)生的窗口彎曲帶來的附加高度b之和，即W＝t+b。
9.按權(quán)利要求8所述的低溫測量容器，其特征在于，所述探測窗口呈直徑為2a的圓形窗口，b和t之間的關(guān)系表達(dá)式為(1+0.488b2/t2)b/t＝0.188P(1-v2)a4/Et4，式中，P為窗口兩邊的壓差，n是泊松比，E是楊氏模量，b2項為彎曲的探測窗口密封片沿其表面的拉伸能量。
專利摘要本實用新型涉及一種低溫測量容器，該容器包括低溫容器主體、冷指、探測窗口，所述低溫容器包括內(nèi)壁、外壁和位于內(nèi)壁與外壁之間的真空夾層，其特征在于，所述低溫容器的外壁上設(shè)置有可伸縮的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)為密封連接在低溫容器上的波紋管，波紋管四周還設(shè)有伸縮調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，該伸縮調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的一端固定在低溫容器的外壁上，另一端固定連接波紋管底端和探測窗口；冷指位于探測窗口上方的真空夾層內(nèi)，其一端固定在低溫容器主體內(nèi)壁，另一端靠近低溫容器主體外壁，為一可伸近探測窗口的柱狀圓臺，該柱狀圓臺的底面上固定有探測器件，其引線從柱狀圓臺側(cè)面的凹槽，經(jīng)真空夾層中引出低溫容器。本裝置提高了探測系統(tǒng)的靈敏度和空間分辨率。
文檔編號G01K1/00GK2596341SQ0320450
公開日2003年12月31日 申請日期2003年2月21日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月21日
發(fā)明者何豫生, 韓士吉, 董世迎, 丁紅勝, 張峰會, 顏曉明 申請人:中國科學(xué)院物理研究所