用于台山中微子探测器的低温恒温器设计
低温恒温器调研报告
低温恒温器调研报告低温恒温器调研报告一、引言低温恒温器是一种用于控制温度在低于室温的恒温设备。
在科研、医药、化工、生物工程等领域都有广泛的应用。
本报告对市场上常见的低温恒温器进行调研，包括其原理、性能特点、应用场景等，并对市场发展趋势进行分析。
二、低温恒温器原理低温恒温器主要通过制冷系统（如制冷剂循环或压缩机）来降低温度，并通过加热系统来保持恒温。
常见的制冷方法包括机械压缩制冷和热电制冷。
机械压缩制冷一般采用制冷剂回路，通过压缩机将制冷剂压缩成高压高温气体，然后通过冷凝器、膨胀阀和蒸发器进行热交换，从而实现降温。
热电制冷则利用热电效应，通过通过热电堆制冷，该方法结构简单，无噪音、无震动、可靠性高。
三、低温恒温器性能特点1. 温度控制精度高：低温恒温器能够实现较高的温度控制精度，保证实验或生产过程的稳定性。
2. 宽温度范围：低温恒温器通常能够在-10℃至-80℃范围内进行温度控制，满足不同领域的需求。
3. 操作简便：低温恒温器采用先进的操作界面和控制系统，方便用户进行设置和调整。
4. 安全可靠：低温恒温器具备过温保护、过流保护、漏电保护等安全机制，确保设备使用过程中的安全可靠性。
5. 节能环保：低温恒温器采用高效的制冷系统，能够实现能源的节约和环保效果。
四、低温恒温器应用场景1. 科研实验室：在化学、物理、生物等科研领域中，常常需要进行低温实验，如低温保存和制备样品，低温反应等，低温恒温器能满足这些实验的温度控制要求。
2. 医药生产：在药物研发和制造过程中，常常需要以低温条件下进行储存、分离、萃取等操作，低温恒温器能够提供稳定的低温环境，保证药品的质量。
3. 化工生产：在某些化工过程中，需要在低温环境下进行反应或分离，低温恒温器能够提供稳定的低温条件，确保化工过程的稳定性和效果。
4. 电子行业：在电子元器件生产和测试过程中，常常需要使用低温环境，低温恒温器能够提供所需的低温条件。
五、市场发展趋势1. 技术升级：随着科技的进步，低温恒温器的控制精度和性能将进一步提升。
中国科学院高能物理研究所2020年事业编制岗位需求信息——
7 JUNO项目机械设计岗1机械制造及其自动化、机械设计及理论硕士1.承担JUNO TAO探测器设计、建造工作；2.参与JUNO探测器制造及现场安装工作；3.参与其他课题研究相关机械设计工作。
1.学历：硕士及以上学历；2.具有良好的专业知识和技能3.研究生期间开展过结构设计方面的研究工作；4.熟练使用机械制图软件；5.具有有限元分析的基础及实际经验；6.有较强的英语口语能力及写作能力，能利用英语开展国际交流；7.良好的沟通能力及团队合作能力；8.能够胜任出差、生产驻场等工作。
8 CEPC未来触发与数据获取技术研究岗1 物理博士后1.开展CEPC读出、触发与数据（TDAQ）系统的预研，包括a)触发模拟软件研制工作，b)带领学生进行模拟，c)方案评估；2.协助进行BESIII触发系统运行中需要的数据分析；3.协助完成触发组的其它工作。
1.学历：博士，具有博士后经历；2.具有物理专业背景；3.熟练使用C++等常用模拟软件；4.拥有物理数据分析经验者优先；5.有较强的英语沟通能力及写作能力。
9 中微子物理科研岗1粒子物理与原子核物理博士后 1.大亚湾和江门中微子实验的物理研究及探测器。
1.学历：博士，具有博士后经历；2.具有粒子物理与原子核物理专业背景；3.拥有中微子实验数据分析经验优先；4.有较强的英语沟通能力及写作能力。
10 ATLAS硅径迹探测器升级科研岗1物理、核科学与技术博士后1.承担ATLAS硅微条探测器制作、测试工作,2.承担硅探测器打线及调试工作,3.负责半导体洁净间运行维护。
1.学历：博士（粒子物理与原子核物理、核技术及应用专业），至少一期博士后研究经历；2.具有探测器研究背景；3.具有高精度绑定机操作经验的优先；4.有较强的英语沟通能力及写作能力。
11 实验物理中心行政秘书岗1 不限硕士1.课题经费管理；2.学生管理、来访客座人员管理；3.会议组织、服务；4.中组部千人团队专家服务；5.领导交给的其他任务等。
MOFs材料低温储氢性能研究用低温恒温器设计
温液 体 内而得 到 冷却 ， 而贮 液 式 低 温恒 温器 工 因
作 温 区往往 在 液体 的正 常沸点 至三 相点之 间 。通 常采 用真 空密 封腔 与 外 界 热 绝缘 ， 通 过 支 撑 装 并 置 将样 品 浸 没 在 低 温 液 体 中。有 时 采 用 加 热装 置， 由于冷 热对 冲来 维 持 样 品温 度稳 定 在 低 温 液 体 温度 之上 的任 一点 。该类 恒温 器若 要获 得较 高 温 度 ， 需要 消 耗较 多液体 ， 则 但它 具有 较好 的温度 梯度 和稳定性 。
金属 有 机骨架 （ Ｆ ） ＭＯ ｓ 材料 是 由含氧 、 等 的 氮 多齿 有 机配 体 （ 多 是 芳 香 多 酸 或 多 碱 ） 过 渡 大 与 金 属离 子 自组装 而成 的配位 聚合 物 。它作 为一 种 新 型 的多 孔材 料 ， 以其 高 孔 性 、 比表 面积 大 、 成 合 方便 、 骨架 规模 大 小 可 变 和 可 以根 据 目标 要 求 作
ａ ｗｉ ｅ ｌ ｗ —ｔ ｍｐ ｒ ｔ ｅ ｒ ｎ ｅ ｆｒａ ｖ ｒｅｙ ｏ ＯＦ ． Ａｎｄ ｔ ｅ ｓ ｍｐ ｅ ｃ ｕｌ ｅ ｅ ｓｌ ｅ ａ ｅ ｄ ｏ ｅ ｅ ａｕｒ ａ ｇ ｏ ａ ｔ ｆＭ ｉ ｓ ｈ ａ ｌ ｏ ｄ ｂ ａ ｉ ｒ ｐｌｃ ｄ． ｙ
Ｃｈ ｎ Ｓ ｕｍｉ ｅ ｈ ｎ，Ｓｈ ｍ ｅ ｉＹｕ ｉ
一种用于红外探测器低温工作的冷台[发明专利]
![一种用于红外探测器低温工作的冷台[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/d67b2e30c1c708a1294a4401.png)
专利名称：一种用于红外探测器低温工作的冷台专利类型：发明专利
发明人：纪国林,刘晓华,许妙根
申请号：CN03142204.7
申请日：20030811
公开号：CN1580742A
公开日：
20050216
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种用于机械制冷机冷却红外探测器的冷平台，它由三部分组成，即：冷平台、连接臂和引线环，其中引线环包含针脚，冷平台与连接臂为一体。
红外探测器安装在冷平台上，制冷机冷端安装在连接臂上。
连接臂的二条伸出端轴向对称，制冷机同轴向配置。
冷平台边上设置有引线环，引线环为二个半圆，引线环包含有针脚，红外探测器的电信号用引线连接到引线环的针脚，再由针脚的引线输出。
在连接臂上开有引线孔，以利连接臂上面针脚引线电信号的输出。
申请人：中国科学院上海技术物理研究所
地址：200083 上海市玉田路500号
国籍：CN
代理机构：上海智信专利代理有限公司
代理人：郭英
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一种低温恒温器冷屏结构[发明专利]
![一种低温恒温器冷屏结构[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/a6c4a96d83d049649a6658b8.png)
专利名称：一种低温恒温器冷屏结构
专利类型：发明专利
发明人：孙志和,卢毛磊,韩彦宁,万玉琴,王沛,黄倩,张军辉,章学华
申请号：CN201510834975.9
申请日：20151124
公开号：CN105318622A
公开日：
20160210
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种低温恒温器冷屏结构，包括有冷屏铝壁板、铝管，冷屏铝壁板、铝管之间设有连接铝板，连接铝板的一端弯曲成圆弧状，圆弧部分的半径、圆弧部分的高度均与铝管的外壁半径相同，连接铝板的另一端平直；所述连接铝板的平直部分焊接在冷屏铝壁板上，连接铝板的两端以及冷屏铝壁板的相应焊接部位设有应力释放槽，连接铝板的圆弧部分与铝管焊接连接。
本发明研制的铝冷屏，焊接容易，焊接线能量小，在低温下运行不会因焊接导致的应力裂纹而产生的低温冷漏，提高了设备的可靠性；所需的材料市场采购，不需专门定制，降低了生产成本，缩短了设备研制周期；同时冷屏焊接变形很小，表面平整，不需要矫形，外形美观。
申请人：安徽万瑞冷电科技有限公司,中国电子科技集团公司第十六研究所
地址：230088 安徽省合肥市高新区海棠路189号
国籍：CN
代理机构：安徽合肥华信知识产权代理有限公司
代理人：余成俊
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一种便携式低温恒温仪[实用新型专利]
![一种便携式低温恒温仪[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/4d99a0c4453610661fd9f4a3.png)
专利名称：一种便携式低温恒温仪专利类型：实用新型专利
发明人：孙超举
申请号：CN202020038277.4
申请日：20200109
公开号：CN211015173U
公开日：
20200714
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型涉及恒温仪技术领域，且公开了一种便携式低温恒温仪，包括恒温仪，所述恒温仪左右两侧均固定连接有卡轴，所述卡轴外表面活动连接有拎带，所述恒温仪背面开设有弹片卡槽，所述恒温仪背面开设有主滑槽，所述恒温仪底部开设有底部卡槽，所述恒温仪背面搭接有背板，所述背板底部固定连接有底托板。
该便携式低温恒温仪，通过在在背板背面开设弧形槽，及在弧形槽两侧开设卡带槽并连接短带和可调带，使背板能够固定在腿上，在移动的时候不刮脚且通过推腿部受力减少手的受力，然后在背板正面固定连接主滑块和在底部固定连接底托板用来固定恒温仪，最后通过在恒温仪上活动连接拎手，便于手拎，达到了移动时不刮腿和减少手部受力的效果。
申请人：安徽翔弘仪器科技有限公司
地址：243000 安徽省马鞍山市慈湖高新区霍里山大道北段1669号3栋
国籍：CN
代理机构：上海首言专利代理事务所(普通合伙)
代理人：刘宏博
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用于台山中微子探测器的低温恒温器设计
用于台山中微子探测器的低温恒温器设计孙丽婷; 岳献芳; 曹俊; 王立; 谢宗泰; 刘旭洋; 朱自安; 王美芬【期刊名称】《《低温工程》》【年(卷),期】2019(000)005【总页数】5页(P70-74)【关键词】低温恒温器; 稳态工况; 温度场分布【作者】孙丽婷; 岳献芳; 曹俊; 王立; 谢宗泰; 刘旭洋; 朱自安; 王美芬【作者单位】北京科技大学能源与环境工程学院北京100083; 中国科学院高能物理研究所北京 100049; 中国科学院大学北京100049【正文语种】中文【中图分类】TB6571 引言江门中微子实验站(JUNO)是继大亚湾反应堆中微子试验之后，由中国主持的第二个大型中微子实验，该实验站中微子探测器将是世界上能量精度最高、规模最大的液体闪烁体(液闪)探测器。
该实验的首要科学目标是利用反应堆中微子振荡确定中微子质量顺序，对于人类了解物质微观的基本结构和宏观宇宙的起源与演化具有重要意义[1]。
此前的研究发现，反应堆释放的中微子能谱与理论预期有较大差异。
为了消除这一不确定性对中微子质量顺序测量的影响，中国科学院高能物理研究所计划在台山核电站距反应堆约30米处，采用新探测技术建立一个小型的高精度实验，即台山核电站中微子实验(JUNO-TAO)，以精确测量反应堆中微子能谱，为江门中微子实验提供准确的输入。
该实验计划采用全覆盖的硅光电倍增管(SiPM)探测液闪发出的光，能量精度比当前世界最好水平要高3倍。
由于常温下硅光电倍增管热噪声非常大，整个探测器必须置于-50 ℃，将热噪声降低3个量级。
液闪的光产额与温度相关，因此需要控制探测器内核心区域的温度至-50±0.5 ℃。
本文主要内容就是对实验的低温恒温器进行初步设计。
随着中国低温事业不断发展，低温技术日益更新，不同温度下的低温实验接踵而至，主要包括低温下热物理性质的测量、材料的机械性能与实验、光学物理研究、材料磁热特性测量和超导实验等[2]，这些实验大多都在低温恒温器中进行。
高精度恒温器
高精度恒温器
乐子玲;朱魁章
【期刊名称】《低温与超导》
【年(卷),期】1997(025)001
【摘要】介绍了一种精确的液氮饱和蒸气控制器，借助于２Ｘ－４机械泵进行减压，获得６０Ｋ－７７Ｋ温区任一温度的控制，控温精度±１ｍＫ。
【总页数】5页(P44-48)
【作者】乐子玲;朱魁章
【作者单位】合肥低温电子研究所;合肥低温电子研究所
【正文语种】中文
【中图分类】O514
【相关文献】
1.高精度低温恒温器的研制 [J], 邱萍;孙建平
2.高精度可控低温恒温器的研制与应用 [J], 陆申龙;曹正东
3.高精度自动恒温器 [J], 李定宣
4.超导磁体低温恒温器冷屏设计与测试 [J], 胡锐;丁开忠;李蕾;杜双松;邹春龙;张华辉;冯昌乐
5.高精度空气恒温器 [J], 沈伟国;安学勤;A. G. Williamson
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2019年第5期低温工程总第231期CRYOGENICSNo.52019 Sum No.231用于台山中微子探测器的低温恒温器设计孙丽婷12岳献芳'曹俊2'3王立'谢宗泰2'3刘旭洋2'3朱自安2'3王美芬2〜C北京科技大学能源与环境工程学院北京100083)(2屮国科学院高能物理研究所北京100049)(3屮国科学院大学北京100049)摘要：就台山中微子探测器(JUNO-TAO)所需的低温恒温器进行设计，该恒温器高2m、卩2m、工作温度-50°C、内部^1.8m的球体范围温差±0.5°C，恒温器以低温硅油为载冷剂、制冷机为冷源，采用单层不锈钢罐体和聚氨酯复合发泡绝热技术。
首先建立以卩1.8m球体为主要组成部分的物理模型，运用Steady-State Thermal和Fluent软件模拟计算，分别得到液体闪烁体(LS)处于20°C、-30°C和-50°C时球体范围内的温度分布情况，分析结果可得液闪处于-50°C的方案运行简单，安全可靠。
关键词：低温恒温器稳态工况温度场分布中图分类号:TB657文献标识码：A文章编号：1000-6516(2019)05-0070-05Cryostat design for detector of taishan antineutrino observatorySun Liting2Yue Xianfang1Cao Jun2'3Wang L”Xie Zongtai2'3Liu Xuyang2'3Zhu Zian2'3Wang Meifeng2'3(1School of Energy and Environment,University of Science and Technology Beijing,Beijing100083,China)(2Institute of High Energy Physics,Chinese Academy of Science,Beijing100049,China)(3University of Chinese Academy of Sciences,Beijing100049,China)Abstract:Silicon photomultiplier of Taishan Antineutrino Observatory(JUNO-TAO)requiresa cryostat,whose height is2m,and the diameter is2m,operating temperature is-50 C.Temperature difference range of the internal sphere with a diameter of1.8mis±0.5 C.The cryostat uses cryogenic silicone oil as the coolant and the refrigerator as the cold source.It adopts single-layer stainless steel tank and polyurethane composite foam insulation technology.Physical model of1.8m sphere was established,and the Steady-State Thermal and Fluent software were used to simulated.Then the temperature distribution of the liquid scintillator(LS)in the range of sphere at20°C,-30C and-50°C.The results show that the solution with LS at-50°C issimple,safe and reliable.Key words:cryostat steady；state working condition；temperature field distribution收稿日期：2019-05-20；修订日期：2019-09-18基金项目：屮国科学院战略性先导科技专项(XDA10000000)作者简介：孙丽婷'女,26岁'硕士研究牛，第5期用于台山屮微子探测器的低温恒温器设计711引言江门中微子实验站（JUNO）是继大亚湾反应堆中微子试验之后，由中国主持的第二个大型中微子实验，该实验站中微子探测器将是世界上能量精度最咼、该实验的首要科学目标是利用反应堆中微子振荡确定中微子质量顺序，对于人类了解物质微观的基本结构和宏观宁宙的起源与演化具有重要意义［1］o此前的研究发现，反应堆释放的中微子能谱与理论预期有较大差异。
为了消除这一不确定性对中微子质量顺序测量的影响，中国科学院高能物理研究所计划在台山核电站距反应堆约30米处，采用新探测技术建立一个小型的高精度实验，即台山核电站中微子实验（JUNO-TAO），以精确测量反应堆中微子能谱，为江门中微子实验提供准确的输入。
该实验计划采用全覆盖的硅光电倍增管（SiPM）探测液闪发出的光，能量精度比当前世界最好水平要高3倍。
由于常温下硅光电倍增管热噪声非常大，整个探测器必须置于-50C，将热噪声降低3个量级。
液闪的光产额与温度相关，因此需要控制探测器内核心区域的温度至-50±0.5C。
本文主要内容就是对实验的低温恒温器进行初步设计。
随着中国低温事业不断发展，低温技术日益更新，不同温度下的低温实验接踵而至，主要包括低温下热物理性质的测量、材料的机械性能与实验、光学物理研究、材料磁热特性测量和超导实验等⑵，这些实验大多都在低温恒温器中进行。
对低温恒温器近50年的研究中，实验的有效空间越来越大，获得的温度越来越低。
2005年李殿东［30等人设计搭建了卩1.1m、高1.3m的超高+空低温设备，该设备的制冷系统包括外循坏和内循坏两部分，温度范围在-100—100C。
Jones［4］在2008年设计了一个温度在-83C左右，尺寸为3.3mX1.7mX1.25m的低温恒温器，为其光学实验提供相应的低温坏境。
2013年程磊等［5'6］研制了一个温度范围为-92—-2C、卩2.2m、长2.5m的高低温箱，箱内的内外筒休构成+空夹层，且设有液氮冷屏和多层绝热。
本研究建立以液闪为核心部件的物理模型，利用ANSYS Steady State Thermal和Fluent软件，模拟不同热力学边界条件下液闪的温度分布情况，分析比较各结果优劣，选出满足实验要求的设计方案。
2低温罐体的整体设计台山中微子探测器装置的剖面图如图1所示，由内到外分别是：液休闪烁休（主要成分是烷基苯，简称LAB）一＜p'1.8m、厚4cm的有机玻璃球形容器一铜球壳（球壳内表面布满硅光电倍增管等电子元件,总发热量为1000W）—铜壳与罐休之间装有纯LAB—高2m、＜p2m不锈钢低温罐休一聚氨酯绝热材料,JUNO-TAO实验要求^1.8m的液休闪烁休范围内温度-50C、温差±0.5C，为了保证温度的均匀性和稳定性，盘管安装在铜壳外表面将热量及时带走。
该实验在台山核电站的地下实验室进行，电梯是通往实验室的唯一通道，受电梯尺寸（1.4mX1.8mX 1.8m）限制罐休需要拆分成多块到现场拼装，如果选择+空绝热的方式，结构复杂，易变形，而且拼接缝漏热量大，所以选择单层不锈钢罐休外面包裹聚氨酯绝热材料的方案，罐休外形图如图2所示。
聚述酣绝穗林料图1JUNO-TAO主要部件结构图Fig.1Structure of main component for JUNO-TAO图2罐体示意图Fig.2Schematic diagram of stainless steeltank72低温工程2019年3不同方案的内部温度场数值模拟及结果分析在此之前没有工作在-50C的液闪探测器先例。
本项目通过研发已找到基本可行的液闪配方，但其低温下的物理化学性质仍需进一步研究。
为应对液闪可能无法工作在-50C的情况，在保持铜壳和SiPM为-50C的情况下，对3种温度下液闪内部温度分布进行模拟计算,即常温20C、-30C和-50C。
提高液闪温度的方法有两种，一是有机玻璃制成夹层结构，在夹层内通入较高温度的LAB来维持液闪所需温度；二是令液闪自循坏起来，在有机玻璃球壳顶部分别开设进口和出口，排出的液闪在装置外获得热量后再通入装置，以不断循坏的方式来维持液闪的特定温度。
3.1有机玻璃制成夹层结构的情况LAB的导热系数为0.142W/(m-K)，聚氨酯的导热系数为0.03W/(m-K),二者的导热能力都不强同时聚氨酯厚度足够，所以忽略罐休漏热，建立铜壳、有机玻璃和液闪的物理模型，网格划分结果如图3所示。
当液闪在20C运行、铜壳外表面-51C、铜壳内表面1000W时，求得有机玻璃球壳内表面的平均热流为133W/m，,所需提供的热量为1330W。
于是模拟铜壳外表面-51C、铜壳内表面1000W、液闪外表面1330W时液闪内部的温度分布，结果如图4所示。
图3模型网格划分示意图Fig.3Schematic of mesh geometry in modeling当液闪运行在-30C时有机玻璃球壳内表面应提供400W热量。
模拟铜壳外表面-51C、铜壳内表面1000W、有机玻璃内表面400W的情况，液闪图4液闪温度分布Fig.4Temperature profiles in LS内部的温度分布结果如图5所示Typer THmperaLu'BLkiife'X：TimwlS0.543M ml-20.723-3C.9IM30.994-31AB5-31.175■31L265Sl.ast IM in图5液闪温度分布Fig.5Temperature profiles in LS结果表明：液闪处于20C的方案中内部平均温度为20.4C，由于有机玻璃球壳内外存在近70C温差，所以液闪外表面温度均匀性较差，最大温差3C 不符合实验要求；而液闪处于-30C的方案，有机玻璃球壳内外温差降到20C，温度均匀性极大提高，液闪平均温度为-30.9C，最大温差0.813C，小于1C满足实验要求。
3.2液闪自循环的情况液闪自循坏的情况中有机玻璃球壳有入口和出口管道，这些管道从常温温度层到-50C低温层，温度变化大,管道应力增加，为了降低漏热量、减少罐休开孔数，所以将这些管道都从罐休顶部引出。