高精度低溫溫度測量與控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、在低溫物理實(shí)驗(yàn)中，溫度的測量是最基本的測量。與常溫下的溫度測量相比，低溫系統(tǒng)中的要求更為嚴(yán)格。在常溫下一些不被重視的問題如引線漏熱、輻射熱、焦耳熱和接觸熱阻等，在低溫下則變得重要起來。GM制冷機(jī)冷卻的低溫恒溫器在很多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，它具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、運(yùn)行和維護(hù)成本低的優(yōu)點(diǎn)。但是，受限于GM制冷機(jī)的自身結(jié)構(gòu)和工作原理，其冷頭處溫度波動較大，并且有振動。對于溫度穩(wěn)定性要求較高的場合，這種溫度波動是相當(dāng)不利的?；谝陨戏治觯疚?/p>

2、進(jìn)行了制冷機(jī)冷卻的低溫溫度測量和控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究，具體工作內(nèi)容如下：
　　針對制冷機(jī)冷頭的溫度波動模型，從理論上進(jìn)行了分析求解。根據(jù)解析解可知，溫度波動的幅值主要受材料熱擴(kuò)散率和冷頭波動頻率的影響。熱擴(kuò)散率越小、波動頻率越大，相同的導(dǎo)熱距離上，溫度波動的幅值也越小。分別進(jìn)行了熱阻實(shí)驗(yàn)，氦罐實(shí)驗(yàn)，氦罐和熱阻相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，使用熱阻的方案可以有效抑制溫度波動，且恒溫器整體結(jié)構(gòu)更簡單、操作更方便。在氦罐實(shí)驗(yàn)中，除4.2K外，

3、其他各點(diǎn)處，溫度波動并不能得到很好的抑制。在氦罐和熱阻結(jié)合的實(shí)驗(yàn)中，溫度波動峰峰值控制在3mK以內(nèi)。
　　對制冷機(jī)冷卻的低溫恒溫器中溫度的控制進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。通過PID控制的方法，控制樣品架上溫度的升降溫速率。采集了PID控制時(shí)樣品架上溫度波動的短期穩(wěn)定性和長期穩(wěn)定性數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，受限于制冷機(jī)本身性能，恒溫器中存在一個(gè)最大降溫速率和一個(gè)最慢升溫速率。采用PID控制的方法可以很好的控制樣品架上勻速升降溫。采用PID控制，樣品架