一种量热装置降温热沉

1.本发明属于低温量热领域，具体地说是一种量热装置降温热沉。


背景技术：

2.低温或超低温在日常生活、生产实践及科学研究中的应用越来越广泛。为了更好理解和掌握物质在低温条件下性质，如热学、电学、磁学性质和量子特性等，研制开发低温或超低温下的测量装置就显得格外重要，而其中一大关键是低温环境的实现和维持。
3.低温实现办法主要有：制冷剂相变制冷、机械制冷、气体膨胀制冷、稀释制冷、磁制冷和热电制冷等。依靠这些原理，已开发出各种类型的制冷机。但其中绝大部分都仅提供一个固定样式的制冷接触面，这不适用于与不同结构和尺寸的样品测试台对接。因此，为了实现两者间的匹配以及低温环境的获取和维持，需要根据测量装置的特性设计配置个性化的热沉。
4.量热装置是一种测量物质热容等热物性随温度变化的仪器。因为低温热物性对材料科学、物理学、化学、生物学等基础学科的研究都至关重要，所以低温或超低温区的热容测定是量热学的重点。故而，为了保证低温区量热的性能，需要设计制造高效传冷、精准匹配的热沉。同时，量热样品台在实验过程中，可能需要与冷媒隔离以满足绝热的要求，因此热沉还需实现量热样品台可随时与冷媒接触或分离。另外，由于量热装置对测温和控温的要求较高，相应的，其热沉也需满足准确测温和控温的要求。但是，目前的研究进展不能同时满足这些需求，因此迫切需要开发一种新型量热装置降温热沉，以期精确匹配量热样品测量台，实现装置快速、高效的降温，同时满足样品台可随时与热沉接触或分离，且热沉能准确测温和控温的要求。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种量热装置降温热沉。该量热装置降温热沉与制冷机制冷接触面以及样品台均严密配合，实现量热装置快速、高效的降温；同时，样品台可根据需要随时与降温热沉接触或分离，且降温热沉具备自身准确测温和控温的能力。
6.本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
7.本发明包括过渡块、滚动棒及导向管，其中过渡块的侧面分别开设有滚动棒通孔、吊线通道、温度计腔及加热器腔，所述滚动棒通孔与吊线通道相连通，所述过渡块的底部开设有降温接触孔，该降温接触孔与所述吊线通道的一端相连通；所述滚动棒的一端设有到位端面，且该滚动棒上开设有导向槽，所述滚动棒由滚动棒通孔插入，所述到位端面抵接于过渡块的侧面，所述滚动棒的另一端由过渡块穿出后通过螺帽固定；所述导向管的一端设有定位端面，该导向管上开设有吊线导向通孔，所述导向管插设于吊线通道的另一端，所述定位端面与过渡块的侧面抵接，所述吊线导向通孔与吊线通道相连通。
8.其中：所述吊线通道分为相互连通的水平吊线通道及竖直吊线通道，该水平吊线通道延伸至所述过渡块的侧面，所述竖直吊线通道的下端与所述降温接触孔连通。
9.所述滚动棒通孔的轴向中心线垂直于水平吊线通道轴向中心线与竖直吊线通道轴向中心线所在的平面。
10.所述导向管插设于水平吊线通道的一端，与所述水平吊线通道为过盈配合。
11.所述吊线导向通孔的轴向中心线与水平吊线通道的轴向中心线共线。
12.所述导向槽为环形槽，所述滚动棒轴向截面的导向槽呈u型，吊线依次穿过所述吊线导向通孔、水平吊线通道，绕过所述导向槽后向下穿出所述竖直吊线通道，悬挂固定样品台。
13.所述降温接触孔的轴向中心线与竖直吊线通道的轴向中心线共线。
14.所述降温接触孔为锥形孔，开设于所述过渡块底部的中间位置。
15.所述过渡块的顶部沿圆周方向均匀开设有多个与制冷机相连的螺孔，该过渡块的顶面与所述制冷机的制冷接触面抵接。
16.所述温度计腔及加热器腔均为独立腔室，位于所述过渡块轴向截面的同一侧，且上下开设，所述温度计腔内安装有温度计，所述加热器腔内安装有加热器，通过所述温度计及加热器实现降温热沉的测温和控温。
17.本发明的优点与积极效果为：
18.1.本发明通过过渡块的顶面并用螺孔螺栓实现与制冷机制冷接触面紧密配合；通过配套样品台的结构和尺寸设计的降温接触孔来适用不同样品台，从而实现量热装置快速、高效的降温。
19.2.本发明通过吊线实现样品台的悬挂固定，并通过吊线提升或释放实现样品台与热沉降温接触面的接触或分离，从而满足样品台随时降温或绝热隔离的需求。
20.3.本发明通过温度计腔和加热器腔来分别安放固定温度计和加热器，进而实现降温热沉的自主准确测温和控温。
附图说明
21.图1为本发明的立体结构示意图；
22.图2为本发明过渡块的结构剖视图；
23.图3为本发明滚动棒的立体结构示意图；
24.图4为本发明导向管的立体结构示意图；
25.图5为本发明与制冷机的制冷接触面以及样品台配合的使用状态图；
26.其中：1为过渡块，2为滚动棒，3为导向管，4为滚动棒通孔，5为吊线通道，6为螺孔，7为温度计腔，8为加热器腔，9为降温接触孔，10为到位端面，11为u型导向槽，12为螺帽，13定位端面，14为吊线导向通孔，15为温度计，16为加热器，17为制冷接触面，18为吊线，19为样品台，20为降温接触面，21为锥形降温吊坠。
具体实施方式
27.下面结合附图对本发明作进一步详述。
28.如图1～5所示，本发明包括过渡块1、滚动棒2及导向管3，其中过渡块1的侧面分别开设有滚动棒通孔4、吊线通道5、温度计腔7及加热器腔8，滚动棒通孔4与吊线通道5相连通，过渡块1的底部开设有降温接触孔9，该降温接触孔9与吊线通道5的一端相连通；滚动棒
2的一端设有到位端面10，且该滚动棒2上开设有导向槽11，滚动棒2由滚动棒通孔4插入，到位端面10抵接于过渡块1的侧面，滚动棒2的另一端由过渡块1穿出后通过螺帽12固定，实现与过渡块1的配合；导向管3的一端设有定位端面13，该导向管3上开设有吊线导向通孔14，导向管3插设于吊线通道5的另一端，定位端面13与过渡块1的侧面抵接，吊线导向通孔14与吊线通道5相连通。
29.本实施例的过渡块1采用耐低温、导热率高的紫铜制成，其表面镀上一层20um的耐低温、导热率高、化学惰性、耐腐蚀的金，以实现更高效、稳定的传冷；滚动棒2和导向管3由耐低温、耐腐蚀、机械强度大的不锈钢制成。过渡块1的轴向截面呈“工”字形，上部圆盘上沿圆周方向均匀开设有多个与制冷机相连的螺孔6；过渡块1的顶面与制冷机的制冷接触面17通过apiezon h导热脂实现紧密贴合，本实施例子过渡块1顶端设置了六个φ8mm的螺孔6，，并通过φ8mm的螺栓将降温热沉固定至g—m制冷机上，以实现降温热沉的安装和传冷。
30.本实施例的吊线通道5分为相互连通的水平吊线通道及竖直吊线通道，该水平吊线通道延伸至过渡块1的侧面，竖直吊线通道的下端与降温接触孔9连通，降温接触孔9的轴向中心线与竖直吊线通道的轴向中心线共线。
31.本实施例的导向槽11为环形槽，滚动棒2轴向截面的导向槽11呈u型；滚动棒通孔4的轴向中心线垂直于水平吊线通道轴向中心线与竖直吊线通道轴向中心线所在的平面，滚动棒2插入滚动棒通孔4后，直径较大的到位端面10抵接过渡块1侧面，并用螺帽12固定滚动棒2。本实施例的吊线18为直径1mm、长500mm的尼龙线，吊线18先穿过吊线导向通孔14，再穿过水平吊线通道，并绕过u型的导向槽11后再向下穿出竖直吊线通道，再连接至样品台19的锥形降温吊坠21；通过此配合方式实现样品台19的悬挂固定，并通过吊线18提升或释放实现样品台19与降温接触面20的接触或分离；当样品台19与降温接触面20接触时，锥形降温吊坠21插入降温接触孔9中。本实施例的降温接触孔9根据样品台19的结构和尺寸设计成倾角60
°
、底面直径为12mm的锥形孔，以适配样品台19上的锥形降温吊坠21，降温接触孔9开设于过渡块1底部的中间位置。
32.本实施例的导向管3插设于水平吊线通道的一端，与水平吊线通道为过盈配合，吊线导向通孔14的轴向中心线与水平吊线通道的轴向中心线共线。
33.本实施例的温度计腔7及加热器腔8均为独立腔室，位于过渡块1轴向截面的同一侧，且上下开设，吊线通道5位于过渡块1轴向截面的另一侧；温度计腔7内安装有温度计15，加热器腔8内安装有加热器16，通过温度计15及加热器16实现降温热沉的测温和控温。本实施例的温度计腔7为直径2mm、径深4mm的圆柱小腔，温度计15为中心带2mm孔的圆饼状cernox薄膜电阻温度计，两者通过φ2mm螺栓实现配合；加热器腔8为直径5mm、径深10mm的圆柱大腔，加热器16为直径4.8mm，长10mm的500ω圆柱形电阻，加热器16通过ge7031胶灌封至加热器腔8内。