高精度低溫溫度測量與控制系統實驗研究.pdf

1、在低溫物理實驗中，溫度的測量是最基本的測量。與常溫下的溫度測量相比，低溫系統中的要求更為嚴格。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制冷機冷卻的低溫恒溫器在很多領域得到了廣泛的應用，它具有結構簡單、操作方便、運行和維護成本低的優(yōu)點。但是，受限于GM制冷機的自身結構和工作原理，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不利的?；谝陨戏治?，本文

2、進行了制冷機冷卻的低溫溫度測量和控制系統實驗研究，具體工作內容如下：
　　針對制冷機冷頭的溫度波動模型，從理論上進行了分析求解。根據解析解可知，溫度波動的幅值主要受材料熱擴散率和冷頭波動頻率的影響。熱擴散率越小、波動頻率越大，相同的導熱距離上，溫度波動的幅值也越小。分別進行了熱阻實驗，氦罐實驗，氦罐和熱阻相結合的實驗。實驗結果顯示，使用熱阻的方案可以有效抑制溫度波動，且恒溫器整體結構更簡單、操作更方便。在氦罐實驗中，除4.2K外，

3、其他各點處，溫度波動并不能得到很好的抑制。在氦罐和熱阻結合的實驗中，溫度波動峰峰值控制在3mK以內。
　　對制冷機冷卻的低溫恒溫器中溫度的控制進行了實驗研究。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控制時樣品架上溫度波動的短期穩(wěn)定性和長期穩(wěn)定性數據。實驗結果顯示，受限于制冷機本身性能，恒溫器中存在一個最大降溫速率和一個最慢升溫速率。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