Лгілерге криогенді сынақтар жасауға арналған құрылғы

НВК-3,2А-Р криогенді насосының вакуумды камерасынан және ВУП-5 қайтарып шығару жүйесінен тұратын үлгілерге криогенді сынақтар жасайтын құрылғы автордың қатысуымен иондық-плазмалық технологиялар зертханасында құрастырылған. Бұл құрылғыда үлгінің тіреуіш орнында 20 К температурасы алынды. Криогенді орнының функционалды мүмкіндіктерін кеңейту үшін вакуумды камераның жұмыстық көлемін азайтудан, салқындатудың екінші сатысының және вакуумды камераның жылы жақтарындағы радиационды қыздыру есебінен болатын өлшеуіш құрастыруының қыздыруын азайтудан және өлшеуіш құрылғы мен салқындатудың екінші сатысының суық соңы арасындағы жылулық байланысын жақсартудан тұратын жаңартулар жасалды. Үлгілерге криогенді сынақтар жасау қондырғысының сұлбалық құрылғысы сурет 18 көрсетілген.

Бізбен құрастырылған криогенді орын Гиффорд – Мак-Магон [X1] принципі негізінде жұмыс жасайды. Сонымен қоса, бұл жерде берілген рефрижератордың термодинамикалық циклі көрсетілген. Жүйе компрессордан, екі жақ шетінен жабылған цилиндрден, цилиндр ішінде орналасқан ығыстыруыштан және регенератордан тұрады. Берілген рефрижиратордың айқын қасиеті болып кеңейту процесінде жұмыс жүйеден шығып кетпейтінінде. Ығыстыруыш газды бір кеңейту аймағынан басқасына итермелеуге қолданылады және идеалды жағдайда регенератордың жұмысының қосындысы қысымының нөлдік түсуі кезінде нөлге тең болады.

Гиффорда Мак-Магон рефрижираторының жұмыс істеу тәртібі келесіде.

1-2 стадия. Ығыстыруыш цилиндрдің төменгі жағында орналасқан, енгізу клапаны ашық, және үстіңгі кеңейту көлемінде қысым р₁ төменгі мәнінен р₂ жоғарғы мәніне дейін жоғарылайды. Бұл үрдіс кезінде төменгі кеңейту көлемі үрдісі ығыстыруыш төменгі нүктесінде болғандықтан іс жүзінде нөлге тең.

2-3 стадия. Ашық енгізу клапаны және жабық шығару клапаны кезінде ығыстыруыш цилиндрдің жоғарғы жағына қарай орын ауыстырады. Бұл бастапқыда жоғарғы кеңейту көлемінде орналасқан газдың қозғалысын тудырады. Газ регенератор арқылы өтуі кезінде салқындауынан оның қөлемі төмендейді, осы уақытта жүйедегі тұрақты қысымды қолдау үшін шығару клапаны арқылы газ сорылуы болады.

3-4 стадия. Ығыстыруыш цилиндрдің жоғарғы бөлігінде орналасқан, енгізу клапаны жабық, шығару клапаны ашық; осылайша газ аз көлемде бастапқы р₁ қысымға дейін кеңейеді. Төменгі кеңею көлемінде орналасқан соңғы күйдегі газ осы процесте қатысатын газды ығыстыру жұмыстарын орындайды; осылайша энергия төменгі кеңейту көлемінде қалған газ жұмысынан бөлінеді. Бұл осы көлемдегі газдың төменгі температураға дейінгі салқындануына алып келеді.

4-5 стадия. Төменгі температураға ие газ ығыстыруыштың төменгі жағына қарай қозғалысы кезінде төменгі ығыстыруыш көлемінен шығарып тасталынады. Суық газ төменгі температуралы көзден жылу берілетін жылуалмастырғыш арқылы өтеді.

5-6 стадия. Жылуалмастырғыштан газ қоршаған ауа температурасына жақын мәнге жылынатын регенератор арқылы өтеді.

Салқындаудың бірінші сатысының жылулық экраны алюминий қақтама арқылы өңделген, қалыңдығы 0,4 мм мыс беттен жасалған. Салқындаудың екінші сатысының жылулық экраны жақтарының қалыңдығы 1,2 мм мыстан жасалған жоңғыш бөлшек түрінде жасалған. Мыс экранының сыртқы жазықтығы тазалықтың 13 классына дейін жылтырлатылған.

Өлшеуіш құрастыруышының жылулық байланысының сенімділігі өлшеуіш құрастыруыш пен салқындатудың 2-ші сатысы шетінің ұясының арасындағы саңылауды толтыратын галий-индий эвтетикасы арқылы қамтамасыз етілген. Өлшеуіш құрастыруышының температурасын өлшеуге 25 К төмен аймағында кедергінің қатты тәуелділігіне ие ТВО 0,125 1К термисторы қолданылған. Термисторды бөліктеу үшін асқын өткізгіш күйіне Т = 16,5 К, 13,8 К и 10 К температурада қиын ауысулар жасайтын асқын өткізгіш үлгілері қолданылады. Үлгілердің температурасы және электр кедергісін өлшеу үшін LabView негізінде мәліметтерді тіркеудің автоматтандырылған жүйесін қолданумен 4 зондты әдіспен жүргізілді. Құрылғыда үлгілерге криогенді сынақтар жасау үшін әдеттегі салқындауға жететін температурасы болып 11,8 – 12 К табылады.

1-корпус, 2-салқындатқыштың бірінші сатысы, 3-салқындатқыштың екінші сатысы, 4- өлшеуіш қондырғы, 5- салқындаудың бірінші сатысының жылулық экраны, 6- салқындаудың екінші сатысының жылулық экраны, 7- азотты кессон, 8- өлшеуіщ қондырғының шығыс мәндері, 9- диффузиялы сорғыштың келте құбыры.

  Сурет 18 – Асқын өткізгіш күйіне аумалы жағдай температурасын өлшейтін криогенді қондырғы сұлбасы    

Салқындаудың 1-ші сатысының экраны жанында орналасқан азотты кессонның және вакуумды камераның сыртқы жақтарын сұйық азотпен қосымша салқындату арқылы өлшеуіш қондырғыды 10 К температурасын алуға болады.

Өлшеуді жүргізу реті келесідей. Криогенді сынақтар үлгісі салқындаудың екінші сатысының соңында орналастырылған, серіппелі жалғасуға бекітілген тілімше түрінде болатын өлшеуіш құралдың ішіне салынады. Үлгіні орнатудан кейін үлгілерге жалғасулардың каншалықты жаксы жанасқанын тексеруге өлшеуіш сұлбаның тестілік іске қосуы орындалады. LabView негізінде өлшеуіш кешенін іске қосу арнайы құрылған бағдарлама арқылы жүргізіледі. Іске қосқаннан кейін бағдарламаның басты бетінде өлшенге файлды компьютерге жазудың жолы, жазылып жатқан файлдың максималды ұзақтығы және өлшеуіш тұрақтысы енгізіледі. Бағдарламада кедергінің температурадан тәуелділігінің ең информативті болып табылатын бөліктерін жазып алуға және анағұрлым мұқият бақылауға мүмкіндік беретін, өсіру жағына және төмендету жағына қарай файлға жазу жылдамдығын өзгерту де ескерілген. Өлшеу мәндері кедергінің температураға тәуелділігі графигі түрінде шығарылады. Қосымша ВАС график (Вольт амперлік сипаттама) өлшеу процесінде үлгідегі жалғаулар сапасын бақылауға мүмкіндік береді.

Осыдан кейін өлшеуіш қондырғы салқындатқыштың екінші сатысының шетіне екі бұрандамамен бекітілген екінші сатылы жылулық экранмен жабылады. Кейін барлығы бірінші сатылы экран қақпағымен жабылады. Корпустың үстіңгі қақпағы индийлі нығыздалу арқылы вакуумды камера корпусына бұрандама қысқышпен жабыстырылады. Содан кейін камера диффузиялы сорғыш арқылы бірінші және екінші сатылы салқындау жүйесіне сығылған гелий жіберетін компрессорды іске қосуға қажет 1∙10^-3 Па қысымға дейін айдап шығарылады. Криогенді сорғышқа диффузиялы сорғыштан майдың түсуінің алдын алу үшін, диффузиялы сорғыш ВУП-5 зауыттық комплектацияда ескерілген, азотты қақпан арқылы азотпен салқынтылады. Қажетті вакуум алынғаннан кейін камерада криогенді салқындатқыш жүйенің компрессоры іске қосылады. Қатарынан Lab View негізіндегі өлшеуіш кешені де іске қосылады. Келесіде кедергінің температурадын тәуелділігін өлшеу автоматты түрде жүргізіледі. Lab View көмегімен тіркеу кезінде кедергінің температурадан тәуелділігінде нүктелерді бөлудің бірқалыпты еместігі байқалады(рисунок ХЗ). 12 К төмен температурасына жету қажеттілігі болғанда азотты кессон азотпен толтырылады. Өлшеу аяқталғаннан кейін компрессор өшіріледі.

Электр кедергісінің үлгілердің температурасынан тәуелділігін төрт зондты әдіс арқылы жүргізді.

Криогенді қондырғының жұмысының кезеңділігі үлгіде қатынастары температуда төмендегенде өзгеретін екі фазаларының – асқын өткізгіш және асқын емес өткізгіш болуын бақылауға мүмкіндік береді. Температураның жоғарғы мәндерінде кедергі мен температура арасында сызықты тәуелділік болғандықтан, салқындату кезінде температураның тербелісі жүйемен тіркелмейді. Критөту басының температурасына жеткен кезде үлгіде асқын өткізу фазасы байқала бастайды, алайда үлгідегі ең кіші асқын өткізгіштің болуы да үлгідегі байқалатын кедергінің тербелісіне алып келеді (сурет 2Х). Бірте-бірте асқын өткізгіш фазасы көбейе береді және тербелістер де жиі болады. Асқын өткізгіш күйіне өтудің соңында тербелістер қарқындылығы төмендей бастайды және үлгі түгелдей асқын өткізу күйіне өтеді.

1- ХY-өздігінен жазуда критөту жазуы, 2- LabVIEW көмегімен кедергінің температурадан өзгеру жазбалары

Сурет 2Х Ниобий нитрид төсемінің асқын өткізу күйіне өтуі.

1-Гифорд-МакМагон машинасының жұмыс істеу жиілігі, 2- LabVIEW өлшеуіш комплексінің сұрастыру жиілігі.

Сурет 3Х LabVIEW көмегімен тіркеу кезіндегі өлшеу нүктелерінің орналасуы.

Дата добавления: 2015-07-12