低温物理与技术 低温恒温器
低温恒温器设计
Ｃ ｒ ｙ ｏ ｍｏ ｄ ｕ ｌ ｅ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ Ａ ＤＳ ｉ ｎ ｊ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒ Ⅱ
Ｗａ ｎ Ｙｕ ｑ ｉ ｎ，Ｎｉ ｕ Ｘｉ ａ ｏ ｆ ｅ ｉ ，Ｈａ ｎ Ｙａ ｎ ｎ ｉ ｎ ｇ ，Ｚ ｈ ａ ｎ ｇ Ｐ ｅ ｎ ｇ ，Ｚ ｈ ａ ｎ ｇ Ｊ ｕ ｎ ｈ ｕ ｉ
导 腔及 螺线 管 均带有 氦 槽 ， 前者 容 积 为 １ ０ ． ８ Ｌ， 后 者为 ４ ． ２ Ｌ ， 工作 温 度 及 压 力 为 ４ ． ４ Ｋ、 １ ． ２ ｂ ａ ｒ 。每
图１ Ｃ Ｍ ２总体结构示 意图
Ｆ ｉ ｇ ． １ Ｔｈ ｅ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｏ ｆ ＣＭ２
Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ａ Ｄ Ｓ Ｉ ｎ ｊ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒ Ｉ Ｉ ｃ ｏ ｎ ｔ ａ ｉ ｎ ｓ ｓ ｅ ｖ ｅ ｒ ａ ｌ ｃ ｒ ｙ ｏ ｍ ｏ ｄ ｕ ｌ ｅ ｓ ． Ｔ ｈ ｅ ｃ ｒ ｙ ｏ ｍ ｏ ｄ ｕ ｌ ｅ ｃ ｏ ｎ ｔ ａ ｉ ｎ ｉ ｎ ｇ １ ６ ２ ． ５ ＭＨ ｚ ， ＝０ ． ０ ９ ｄ ｒ ｅ ｓ ｓ ｅ ｄ ｃ ａ ｖ ｉ ｔ ｉ ｅ ｓ
型超 导高频腔 ， 目前 已与上海 应用物 理研究 所合 作 研制一套 测试用恒 温器 （ Ｔ Ｃ Ｍ１ ） ， 现 已完成 加工 ， 进 入测试 准备 阶 段 。从 Ｔ Ｃ Ｍ１的设 计 中学 习 了很 多
宝贵的经验， 也发现 了一些问题 ， 同时借鉴 国外实
验室 的一些 成功经 验 ， 我们 自主设 计 了第 二套恒 温 器（ Ｃ Ｍ ２ ） ， 本文将 主要介 绍 Ｃ Ｍ ２的设计工作 。
（ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ Ｍｏ ｄ ｅ ｍ Ｐ ｈ ｙ ｓ ｉ ｃ ｓ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｓ ｅ Ａ ｃ ａ ｄ ｅ ｍｙ ｆ ｏ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ｓ ， Ｌ ａ ｎ ｚ ｈ ｏ ｕ ７ ３ ０ ０ ０ ０， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
物理学史2.6 热力学第三定律的建立和低温物理学的发展
2.6热力学第三定律的建立和低温物理学的发展热力学第三定律是物理学中又一条基本定律，它不能由任何其它物理学定律推导得出，只能看成是从实验事实作出的经验总结。
这些实验事实跟低温的获得有密切的关系。
2.6.1气体的液化与低温的获得低温的获得是与气体的液化密切相关的。
早在十八世纪末荷兰人马伦（Martin van Marum，1750—1837）第一次靠高压压缩方法将氨液化。
1823年法拉第在研究氯化物的性质时，发现玻璃管的冷端出现液滴，经过研究证明这是液态氯。
1826年他把玻璃管的冷端浸入冷却剂中，从而陆续液化了H2S，HCl，SO2，及C2N2等气体。
但氧、氮、氢等气体却毫无液化的迹象，许多科学家认为，这就是真正的“永久气体”。
接着许多人设法改进高压技术提高压力，甚至有的将压力加大到3000大气压，空气仍不能被液化。
气液转变的关键问题是临界点的发现。
法国人托尔（C.C.Tour，1777—1859）在1822年把酒精密封在装有一个石英球的枪管中，靠听觉通过辨别石英球发出的噪音发现，当加热到某一温度时，酒精将突然全部转变为气体，这时压强达到119大气压。
这使托尔成了临界点的发现者，然而当时他并不能解释。
直到1869年安德纽斯（Thomas Andrews，1813—1885）全面地研究了这一现象之后，才搞清楚气液转变的全过程。
安德纽斯是爱尔兰的化学家，贝伐斯特（Belfast）大学化学教授。
1861年他用了比前人优越得多的设备从事气液转变的实验，他选用CO2作为工作物质，作了完整的p-V图，如图2－6。
由图可以看出CO2气液转变的条件和压强、温度的依赖关系。
当温度足够高时，气体服从波意耳定律，当温度高于临界温度时，不论加多大的压力也无法使气体液化。
安德纽斯的细致测量为认识分子力开辟了道路。
“永久气体”中首先被液化的是氧。
1877年，几乎同时由两位物理学家分别用不同方法实现了氧的液化。
法国人盖勒德（Louis Paul Cailletet，1832—1913）将纯净的氧压缩到300大气压，再把盛有压缩氧气的玻璃管置于二氧化硫蒸气（-29℃）中，然后令压强突降，这时在管壁上观察到了薄雾状的液氧。
低温物理实验技术简介
小型稀释制冷机
稀释制冷机的特点：功率较大、连续制冷
牛津公司产品: 在100mK制冷功率400W最低温度5mK 自制小型机： 在100mK制冷功率50W最低温度50mK
工作原理
稀释制冷
~0.7K
流程图
~10mK
顺磁盐绝热去磁
充气 抽气 真空
核绝热去磁
激光冷却
斯特林循环微型制冷机
脉冲管制冷机系统
低温物理实验技术简介
参考书： 1, 阎守胜、陆果：《低温物理实验的原理与方法》 2, G.K.White： 《Experimental Techniques in
Low-Temperature Physics》
液氦机的发明（1908年首次将氦气液化）
稀释制冷机的发明（20世纪60年代）
低温技术推动低温物理的发展
为什麽在传输液体时杜 瓦管有时会 “出汗”？
输液管（杜瓦管）
实验杜瓦容器
高真空绝热玻璃杜瓦 (可看到液面) 带尾巴的高真空绝热金属杜瓦
实验杜瓦容器
多 层 绝 热 金 属 实 验 杜 瓦
涡 轮 分 子 泵
直接在100升液氦容器中做实验
液面计
鼓
电
膜
容
液
液
面
面
计
计
其它类型： 超导线液面计 碳电阻定点液 面计 ……
三，低温温度的控制，低温恒温器
减压液体的温度范围 (液N2:55-77K; 液He :1.2-4.2K) 小液池的作用 (节省低温液体) 稀释制冷机 (1K以下) 连续冷气流 (控制流量达到不同) 高真空绝热，防辐射屏，减少固体漏热 加热器，控温仪，温度稳定度。 插入实验杜瓦内液面之上不同深度以得到中间温度 获得暂时降温方法— 活性炭退吸附 其它
基于G-M制冷机的低温温度计全自动标定系统
基于G-M制冷机的低温温度计全自动标定系统李畏;黄永华;杨朴凡【摘要】基于两级G-M制冷机搭建了低温温度计全自动标定系统.通过PID温控仪和LabVIEW编程,实现了程序化自动控温、数据处理和报表输出一体化标定流程.提出了结合基于热阻尼的稳态控温标定和自然升温动态标定相结合的方法,不仅实现了4.2-290 K宽广温区内±0.05 K以内的标定精度水平,而且有效降低了等温载体控温点的标定时长,使标定效率比现有技术提高了2-4倍.%An automatic calibration system for low temperature thermometers was built based on a two stage G-M cryocooler.The integrated calibration process of automatic temperature control,data processing and report export is realized through a PID temperature controller and LabVIEW programming.The combination of steady-state calibration and dynamic calibration method was proposed,by which not only the ± 0.05 K calibration accuracy during large temperature range of 4.2-290 K was achieved,but also the calibration cycle of each temperature control point of isothermal block was significantly shortened,thus the calibration efficiency is 2-4times higher than the existing system.【期刊名称】《低温工程》【年(卷),期】2018(000)002【总页数】6页(P11-16)【关键词】低温温度计标定;全自动标定;G-M制冷机;标定精度【作者】李畏;黄永华;杨朴凡【作者单位】上海交通大学制冷与低温工程研究所上海 200240;上海交通大学制冷与低温工程研究所上海 200240;上海市低温技术与测试应用服务平台上海200240;上海交通大学制冷与低温工程研究所上海 200240【正文语种】中文【中图分类】TB6631 引言在大型低温工程系统或者深低温实验研究项目中，温度测量始终是最基本和最重要的参数之一。
超流氦低温恒温器冷质量准直调节及低温变形分析
Vol 54,No. 10Oct 2020第54卷第10期2020年10月原子能科学技术AtomicEnergyScienceandTechnology超流氮低温恒温器冷质量准直调节及低温变形分析韩瑞雄1!,邹正平S 朱洪岩2常正则2,葛锐2,李少鹏2北京航空航天大学 能源与动力工程学院，北京100191$2.中国科学院高能物理研究所，北京100049)摘要：为满足超导射频腔及超导磁体低温下的加速器准直精度要求，对超流氦低温恒温器冷质量的准直 调节方案进行分析。
通过对冷质量的低温位移进行有限元模拟计算，获得其在2 K 超流氦温区的位移变形量，利用拉伸丝型位移监测仪(WPM)在线测量数据来验证模拟分析方法°结果表明，模拟值与测 量值具有较好的一致性，为底部支撑型式低温恒温器的准直调节方案设计提供了重要的数据基础°关键词：超流氦;低温恒温器;低温位移；拉伸丝型位移监测仪；准直中图分类号:TL503. 2文献标志码:A 文章编号：10006931(2020)10197906doi ： 10. 7538/yzk. 2019. youxian. 0710Alignment and Cryogenic Deformation Analysis of Cold Massin Superfluid Helium CryomoduleHAN Ruixiong 1% , ZOU Zhengping 1 , ZHU Hongyan % ,CHANG Zhengze % , GE Rui 2 , LI Shaopeng %(1. School of Energy and Poxver Engineering , Beihang University , Beijing 100191, China $2. Institute of High Energy Physics , Chinese Academy of Sciences , Beijing 100049 , China )Abstract : To meet the alignment requirement of superconducting radio frequency (SRF )cavityandsuperconducting magnetatcryogenictemperatureintheacceleratorsystem !thedesignofadjustmentandalignmentofthecoldmassinsuperfluidheliumcryomoduleshouldbeanalyzed Thecryogenicdeformationofthecold massatthe2 K superfluidhelium temperature level wassimulated and obtained bythefiniteelement method ! meanwhilethesimulationanalysis method waschecked bythecryogenicdeformationdataofthecold massonline measured by the wireofposition monitor (WPM ) The resultsshowthatthesimulationresultandmeasurementresulthaveagoodconsistency ! anditprovidesanimportantdatafoundationforthealignmentdesigninthetypeofbo t omsupportedcryomodule收稿日期20190918；修回日期：2020-03-03基金项目：中国科学院战略性先导科技专项资助项目(XDA030213)作者简介:韩瑞雄(1983-),男，内蒙古鄂尔多斯人，高级工程师，博士研究生，流体机械及工程专业网络出版时间：2020-04-20$ 网络出版地址：http ：〃kns. cnki. net/kcms/detail/11. 2044. TL. 20200417. 1442. 006. html1980原子能科学技术第54卷Key words:superfluid helium$cryomodule$cryogenic deformation$wire of position monitor$alignment加速器驱动的次临界系统(ADS)的注入器I由中国科学院高能物理研究所负责研制，其中的TCM低温恒温器工作在2K超流氮温区，内部包括2台325MHz Spoke型(= 0.12)超导射频腔'台超导螺线管磁体等(1勺o TCM低温恒温器是国际上首台带束流运行的底部支撑型式超导腔低温恒温器。
物态变化中的物理学史
❖ 化学家安德纽斯1861年 用了比前人优越得多的 设备从事气液转变的实 验，他选用CO2作为工 作物质，作了完整的
p—v图，如图,由图可以
看出CO2气液转变的条 件和压强、温度的依赖 关系。
❖ 1877年，几乎同时由两位物理学家法国人盖勒德和瑞士人
毕克特分别用不同方法实现了氧的液化。
❖ 1883年，波兰物理学家乌罗布列夫斯基和化学家奥耳舍夫
西蒙在1927—1937年对热力学第三定律作了 改进和推广，修正后称为热力学第三定律的能 斯特—西蒙表述：当温度趋近绝对零度时，凝 聚系统(固体和液体)的任何可逆等温过程，熵 的变化趋近于零。
lim(S
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（三）低温物理学的发展
自从1908年莱顿实验室实现了氦的液化以来，低温物理 学得到了迅速的发展。昂纳斯及其合作者对极低温下的各 种物理现象进行了广泛的研究，测量了10K以下的电阻变 化，发现金、银、铜等金属的电阻会减小到一个极值。
1975年和1976年分别对IPTS-68作了修订和补充，把温 度范围的下限由13.8lK扩大到0.5K。但还是出现不足之处， 主要是在实验中不断发现IPTS-68在某些温区与国际单位 制定义的热力学温度偏差甚大。
1988年国际度量街委员会推荐，第十八届国际计量大会 及第77届国际计量委员会作出决议，从1990年1月1日起 开始在全世界范围内采用重新修订的国际温标，这一次取 名为1990年国际温标，代号为ITS-90，取消了“实用” 二字，因为随着科学技术水平的提高，这一温标已经相当 接近于热力学温标。和IPTS-68相比较，100℃时偏低 0.026℃，即标准状态下水的沸点已不再是100℃，而是 99.974℃。
伽利略温度计的重大缺点，就是大气压会对水柱 高度产生影响，而且温度计插入水盆里用起来很 不方便。
dhjf-2005低温恒温
dhjf-2005低温恒温
“DHJF-2005”是指一种低温恒温设备，通常用于实验室或工业
环境中。
这种设备的主要功能是在恒定的低温下保持样品或实验的
温度稳定。
一般来说，它可以用于冷冻、冷藏、温度调节等实验或
工业应用。
从技术角度来看，DHJF-2005低温恒温设备可能采用压缩机循
环制冷技术，具有精确的温控系统，能够在设定的温度范围内保持
稳定的温度。
它可能还配备有温度显示屏、温度调节器、温度传感
器等设备，以确保温度控制的精准性。
从使用角度来看，DHJF-2005低温恒温设备可能适用于生物制药、食品加工、科研实验室等领域。
在生物制药领域，它可以用于
保存生物样本、药品、疫苗等需要低温保存的物品；在食品加工领域，它可以用于冷冻或冷藏食品原料或成品；在科研实验室中，它
可以用于各种需要低温环境的科学实验。
从维护角度来看，DHJF-2005低温恒温设备可能需要定期清洁、维护压缩机、检查温度传感器等保养工作，以确保设备的正常运行
和温度控制的准确性。
总的来说，DHJF-2005低温恒温设备是一种在实验室或工业领域中广泛应用的设备，具有精确的温度控制和稳定的性能，能够满足不同领域的低温恒温需求。
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。
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强磁场中的低温恒温器
插入电磁铁间隙内的玻璃杜瓦瓶
带尾巴的高真空绝热金属杜 瓦
试样绝热时所使用的金属杜瓦瓶
a．支撑板；b．杜瓦； C．交换气罐；d．辐 射屏；e．液氦； f．显微镜；g．钟摆； h．振动隔离；i．超 高真空室
Eigler贮液式低温恒温器
热导率测量装置
电阻测量装置
热导率测量装置
在图中的恒温器中, 如果仅考虑真空度变化引起的漏热 (残余气体分子传热)一与蒸发量的关系(如表1 所示), 当 真空度降低, 漏热激剧增大, 灌注液氦后, 它的真空度为 10-7托, 漏热为10-4瓦。但是结构复杂的恒温器在极端 条件下使用时, 要保证不漏气是相当困难的, 特别是低 温端的各个密封口, 即电气引出线, 光学窗或者放射性 窗口的密封都是恒温器制造中的最大难点之一。
辐射漏热
由斯蒂芬一玻尔兹曼公式(Stofan一Boltzmann) : W =eAT4 式中: e为在温度T时的全发射率，A为发射面积，为 常数, 等于5.67x10-12 瓦/ [ 厘米]2〔度〕4而得到近似公 式为:
式中: 注角1 、2 分别表 示内容器和外容器相应 量。
如果用上式计算对于抛光过的铜辐射屏, 从液氮保护屏向 氦槽和样品漏进的辐射热约为0.009瓦, 从管子上端辐射 热为0.03瓦, 从两个直径为中30 mm 的光学窗辐射漏热 约为0.186 瓦。假如绝热屏温度是100 K , 辐射漏热就增 加近2 倍, 如果是120K , 就增加近5 倍。
此例中T2 、T1 分别为77K 和4.2K，三根不锈钢管( k = 0.045 瓦/ 厘米·度) 漏热为0.053瓦, 尼龙隔片 ( k=0.014 瓦/ 厘米, 度) 漏热为0.165 瓦; 三根加热引线 ( k=9.8瓦/ 厘米·度, 铜线) 漏热为0.026 瓦, 热电偶l根 ( k = 3.5 瓦/ 厘米·度, 金(钻) ) 漏热为0.003 瓦。
用MPMS(SQUID)XL系统在2K和-100Oe 时测量的Py/YMO/Pt样品磁化强度与外 加偏压的变化关系。箭头部分表明了样 品的磁矩发生了非常明显的变化，说明 外加电场可以强烈影响样品交换磁异向 的变化。
电阻测量装置
降低液氦消耗量的方法
高真空绝热玻璃杜瓦(可看到液面)
5.3 PPMS低温恒温器
杜瓦剖面图
PPMS INSERT
低温恒温器的设计
设计低温恒温器时，是根据具体要求来选择合理的 结构、传感元件和合适的控温方法。在设计低温恒 温器时，首先要明确该恒温器的温度范围；其次是 绝热条件。
式中为引线两侧温度分别为T1，T2 时的平均热 导率，w／(m·K)；d、L分别为引线的直径和长 度，m、m；n为引线总数。
恒温器的用途和大小也各不相同。因为, 新设计的恒温 器, 尽管材料的机械强度、寿命、稳定性是按极端条件 来选择, 但必须住意使用的难易程度等方面的高要求， 极力防止从恒温器外部漏入的热。
下面举例说明恒温器漏热的估算 液氦用的恒温器
向氦槽和样品部位的固体导热有: 上部的管子, 加热器 的引线, 热电偶温度计, 下部的隔片等。 当氦槽周围装上液氮保护屏时, 同时引线也和图示那样 在浓氮部位冷却, 那么来自各部份的固体导热大概为:
式中: W c 为漏热量(瓦)，A 为固体截面积〔厘米〕，L 为长度(厘米)，k 为平均导热系数(瓦/ 厘米。度)，T 1 、 T 2 分别为高温端和低温端的绝对温度。
如果把图中的恒温器的全部漏热加起来, 根据前面的计 算, 固体导热为0.11瓦。如果按三根不诱钢管的漏热用 1/2一1/3的汽体显热抵消, 则固体导热约为0.08 瓦, 辐射 传导漏热为0.2 瓦, 残余气体传导漏热为10-4 瓦, 共计有 0.28 瓦的热量, 把这些热量除以液氦的汽化热(氦的汽化 热为650 卡/升) , 那么得出液氦蒸发损失约为370 毫升/ 时, 而实际测量的蒸发损失为400 毫升/ 时, 由于低温汽 化体所具有的显热, 抵消一部份外部的漏热, 同时, 发射 率因抛光程度的不同而有微小的差别, 这时不能象计算 从光学窗的辐射漏热和隔片的导热那样来进行计算。另 外除样品台及热屏的材料为铜外, 其它的如SUS 27 等材 料必须进行热处理。把予冷需要的液氦和灌注液氦时因 输液损失的液氦加在一起, 大约需要损失3.8升左右。
金属杜瓦瓶
(1)机械性能坚固，热变形性能良好。即使施加较大的外 力，也只是产生形变，不耐用的情况极少见。 (2)杜瓦瓶的壁可做得很薄(甚至可薄到0.5毫米以下)。这 对用于插入到中等程度磁极间隙的实验来讲是极有利的。 (3)可以进行精密的设计制造。 (4)不受尺寸的限制。 (5)其缺点是不能目测内部情况。同时价格也较责(一般为 普通玻璃杜瓦瓶三倍以上)，由于采用较厚的法兰盘，因 而重量较重，如不使用专用工具进行焊接，则容易引起真 空泄漏。
带制冷机的光学用低温恒温器
贮液式低温恒温器 连续流动式低温恒温器
液氦冷源光学测量恒温器
a．液氦传送管；b．液氦杜瓦；C．涡轮泵；d．离子吸气泵；e．空气浮动 台；f．超高真空室；g．显微镜；h．连续流式液氦／液氮低温恒温器； i．冷支撑；j．弹簧和电线；k．涡流阻尼；1．夹紧螺钉；m．显微镜； n．内防护屏；o．外防护屏
连续流动式低温恒温器
5.2 含磁体低温恒温器
一般用途的金属杜瓦瓶（可用于电磁铁）
玻璃杜瓦瓶
(1)由于采用化学锭层的方法，可留有缝隙，便于观察瓶子 内部的状态，高度能随时掌握。 (2)由于导热性小，故液态制冷剂的保存也较好。 (3)小型的玻璃杜瓦瓶制造容易，价格也便宜。 (4)与金属杜瓦瓶相比同样容积则重量轻得多。 (5)其缺点是大型(如园简直径在40厘米以上)的瓶子制造较 难，且无法保证精确的尺寸，且杜瓦瓶的内壁也不能做得太 薄(一般厚度为1.5、2厘米)。不耐机械冲击，易破碎。热变 形(急剧地冷却一加热)或局部冷却等性能较弱。无法保证与 金属盖进行较好地连接。
这是从用液氦予冷后到灌满液氦所损失的液氦, 在尽 可能减小He槽热容量的同时, 把予冷和灌满液氦所需 时间加起来共需30 分钟。氦槽的予冷需要约130 毫升 液氦( 计算值) 。氦槽容积约为2 升, 槽体SUS 材料重 304.55 克, 样品台为铜材, 重20克, SUS和铜在80 K时 的始分别为4 焦耳/ 克和5 焦耳/克, He的汽化热为650 卡/ 升, He 气在80 K 时, 焓约为12 卡/ 毫升, 但只有一 半被用于冷却。
(4)热设计的再校核针对结构设计再次进行热计算，核定所设计 的方案；
(5)配件设置根据实验目的来选择输液管、温度计、连接管道以 及阀门等配件；同时还应考虑外部测试系统的布局以及设备应 与所设计的低温恒温器相匹配。
常用低温材料
•传热好— 金，铜(导电) ; 蓝宝石，石英晶体(不导电)，等 •传热差— 不锈钢，德银，玻璃钢，胶木，树脂，尼龙，棉线等 •热胀小— 石英管（多晶，热导差）。 •导电胶— 导电好、粘接引线用 •导热胶---导热好、不导电 •粘接材料---聚乙烯醇缩醛胶(酒精可溶), 其它低温胶, 环氧树脂等 •密封材料— 橡皮圈、橡皮垫（室温用）；铟丝，保险丝（低温用） •无磁材料— 特种钢，玻璃钢，… … (塑料套管有磁性) •支撑材料石墨---高温下导热好，低温下绝热。
比热系数与不同磁场方向夹角的关系呈现出该材料序参量的各向 异性性质
Nature Communication, 1 (2010) 112 B. Zeng, G. Mu, H.Q. Luo, T. Xiang, I.I. Mazin, H. Yang, L. Shan,
C. Ren, P.C. Dai & H.-H. Wen
低温下所有部件[包括杜瓦瓶，制冷剂)，由于其比热变 小，微量的热流入就会使温度上升。特则是对于想要达到很 低温度的恒温器，即使微量的热流入也是极不允许的。
1 ) 漏热要小, 而且予冷时消耗的低温液体少。 2 ) 在使用时既不能破坏, 又不能有泄漏。 3 ) 能够把样品保持在所需要的温度, 而且保持机械 稳定。 4 ) 对于光和其它辐射线的窗口, 在与光轴成直角时, 散射和反射要小, 吸收也一定要少。 5 ) 应当考虑在低温下材料的收缩。 6 ) 在所使用的温度下应有合适于该温度精度要求 的温度计。
由于实验目的、精度、温度范围和控温方法的不同，低 温恒温器的结构也不尽相同。
5.1 无磁场低温恒温器
直接在100升 液氦容器中 做实验
贮存用杜瓦瓶内的 测量装置(4.2K)
贮存用杜瓦瓶内的 测量装置(温度可调)
带制冷机的低温恒温器
斯特林循环微型制冷机
脉冲管制冷光学 测量恒温器
1．制冷机马达盖； 2．1级和两级气缸； 3．1级冷却端； 4．2级冷却端； 5．样品台；6．样 品；7．光学窗口； 8．藏在样品内的蒸 气压温度计的测量 头；9．蒸气压温度 计用的毛细管； 10．辐射屏蔽板； 11．真空容器； 12．加热器
MPMS(SQUID)XL系统的多铁性材料测量
PRL 97, 227201 (2006)
西班牙CSIC研究所等单位的科研人 员用MPMS(SQUID)XL系统在2K温 度时不同偏压下测量了Py/YMO/Pt样 品磁滞回线。圈和箭头部分证明了样 品在外加电场下，磁化曲线会出现预 期的变化，表明了在合适的电场偏压 下，Py的磁矩可能会反转。
第五章 低温恒温器(cryostat )
利用低温液体或其它方法使样品处在恒定的,或 按所需方式变化的低温温度下,并能对样品进行一种 或多种物理量测量的装置。低温恒温器是实验杜瓦容器
和容器内部装置的总称，广泛应用于低温下的热物理性质测 量、材料在低温下的机械性能与实验、光学物理研究、材料 磁热特性测量和超导实验等领域。
残余气体导热是很微小的, 因为恒温器灌注液氦后, 真 空度就上升, 所以问题不大。但容器本身如有泄漏, 那 就是另外的问题了。关于残余气体的导热由克努曾 (Knudsen ) 公式得到: