Файл: Слабкий Л.И. Методы и приборы предельных измерений в экспериментальной физике.pdf

Ррс. 125. Электронная схема измерения я стабилизации температурь!

устанавливать температуры, отличающиеся одна от другой всего на 0,05° К с временем установления всего в несколько минут18.

Измерительная электронная схема температурной стабилизации, работает следующим образом.

Мост, в который включен термометр сопротивления (медный про­ вод диаметром 0,03 мм для Т — 20 -4- 300° К и угольный термометр для Т = 4,2 ч- 20° К, питающийся переменным током от ДС-гене- ратора с частотой / = 83 гц (лампы Лъ Л6), подключен к малошу­ мящему усилителю (Л±), собранному в отдельном экранированномс блоке, подвешенном на резиновых амортизаторах для исключения микрофонного эффекта. Сигнал рассогласования моста, усиленный: этим предварительным усилителем, поступает далее на основной усилитель (JIа и Л3) с отрицательной обратной связью по напря­ жению на рабочей частоте (Ф2) и затем на фазовый детектор (Л4),. с которого через усилитель постоянного тока (Ла— Л і0) он посту­ пает на нихромовый нагреватель (R = 1 ком), изменяющий темпе­ ратуру рабочей камеры.

Для анодного питания усилителя используется электронный стабилизатор (Ли — Л 17), а накалы ламп Л г и Л.2 питаются от специального низкочастотного генератора (с/713) с частотой 2 кгц для исключения пульсаций с частотой сети. Лампы Л п и Л } слу­ жат для ограничения и усиления колебаний напряжения генерато­ ра, которое после выпрямления поступает на питание накалов, ламп Л х и Л %.

При разбалансе моста за счет, например, понижения некоторой исходной температуры в термостатируемой камере происходит уменьшение сопротивления медного термометра, что приводит к воз­ никновению сигнала рассогласования, сдвинутому по фазе на 180° относительно опорного напряжёггояДЛ0), в результате чего через-, сопротивление нагрузки лампы Л 10 (нагреватель) потечет ток, т. е. температура будет восстановлена. Схема не реагирует на повышение температуры, поскольку в ней отсутствует «сторожевой» подогрев­ ный ток и сигнал рассогласования при нагреве термометра выше точки стабилизации находится в фазе с опорным напряжением, т. е.

торого можно включить систему стабилизации. При использова­ нии угольного термометра для измерения Т ниже 20° К, где чув­ ствительность платинового термометра понижается, необходима произвести калибровку угольного термометра по точке кипения гелия (4,2°К) и платиновому термометру.

18 При 7 > 7 8 ° К вместо жидкого гелия может быть использован жидкий азот»

239

Рис. 126. Блок-схема уст­ ройства для регулировки и стабилизации температуры в диапазоне от 4,2 до

300° К

Рис. 127. Электронная схе­

ма стабилизации темпера­ туры гелиевого криостата

Из других возможных способов регулировки и стабилизации температуры в пределах от 4,2 до 300° К можно назвать «метод блока» [67], в основе которого лежит перемещение термостатируемого блока в ' парах гелия в герметичной гелиевой ван­ не, осуществляемое с помощью следящей системы. Схема такого

§ 5. Получение температур от 4,2 до 0,8° К методом откачки паров в ванне с жидким Не4

В основе данного метода19 лежит известное из термодинамики соотношение между температурой и давлением насыщенного пара81

18 Не4 м изотоп гелия с массовым числом 4.

240

над жидкостью, которое имеет место при установившемся режиме (при термодинамическом равновесии). Для жидкого гелия темпе­ ратурная шкала, определяемая таким способом, с достаточной степенью точности (порядка нескольких миллиградусов) совпадает

Рис. 128. График зависимости температуры жидкого гелия от давления насыщенного пара над его поверхностью

Откачка паров над жидким гелием с помощью обычных форвакуумных насосов с применением труб большого сечения дает воз­ можность получать температуру до 1-М ,2° К. Можно применять также угольные адсорбционные насосы, что существенно упрощает методику работы и саму аппаратуру и при определенных условиях обеспечивает охлаждение рабочего объема до 0,7° К.

В последнее время появилось значительное количество работ, посвященных этим вопросам [70]. В настоящем параграфе мы оста­ новимся лишь на некоторых известных способах получения темпе­ ратур от 0,4 до 0,87° К с применением откачки паров Не4.

Для эффективной откачки паров гелия и создания необходимого давления в системе требуется высокая скорость откачки. Так, на­ пример, при использовании диффузионных ртутных насосов с про­ изводительностью 40 л!с можно понизить температуру ванны с жидким гелием до 0,81° К при очень небольшом объеме жидкого гелия — всего около 1 см5. Для увеличения количества охлажден­ ного жидкого Не4 до 230 см3 при Т = 0,87° К требуется произво­ дительность откачки около 675 л!с при диаметре трубопровода откачки порядка 300 мм, причем с понижением температуры до 0,726° К (рне = 4,8 • 10_1 Н/м2) объем охлажденного жидкого гелия уменьшается до 1,4 см5. Во всех случаях особое внимание следует уделять уменьшению притока тепла к охлажденному объему жидкого гелия для повышения эффективности охлаждения этим способом20.

Некоторые типы дьюаров, применяемых для получения темпе­ ратур порядка 1° К, показаны на рис. 129 и 130 [71]. В дьюаре, изображенном на рис. 129, охлаждаемый объем жидкого гелия

20 Применение Не3 позволяет достичь температуры Т = 0,3°К [80].

Рис. 129. Гелиевый дыоар для получения тем­

пературы до 1° К путем откачки паров Не

6 — резонатор; 7 — блок спрессованных железо-аммо­ ниевых квасцов для измерения температуры Т по из­

Рис. 130. Конструкции криостатов для полу­ чения температур до 0,82° К (а) и 0,734° К (б)

і — гелиевый дыоар; 2 — экранирующий сосуд

находится в дьюаре 1 диаметром 12 мм, в который он подается с помощью игольчатого вентиля 10 из основного дьюара 5. Экран 4, расположенный внутри фигурной медной диаграммы 3, умень­ шает теплоприток сверху за счет излучения. Катушки Sn 9, резо­ натор 6, а также блок спрессованных железо-алюминиевых квас­ цов 7 служат для измерения температуры баллистическим методом по изменению магнитной восприимчивости квасцов. Откачка паров осуществляется двумя последовательно соединенными диффузион­ ными насосами (ЦВЛ-100 и ртутным ДРН-50) через патрубок 11 диаметром 35 мм, что позволяет получать температуру до 0,85° К в течение нескольких часов при начальной заливке в дьюар 5 около 2 л жидкого гелия,

242