Page 78 - 《真空与低温》2025年第5期

任琪琛等：异型无液氦 1.8 K 低温系统研制及性能测试 617

定性高，可以为样品测试提供理想的低温环境。 290.012
290.010
50.005 290.008
温度/K 290.004
50.004 290.006
温度/K 50.003 290.002
50.002
290.000
50.001 289.998
257 260 264 267 270 274
50.000
时间/min
49.999
91 92 94 95 96 98 99
时间/min 图 12 290 K 控温稳定性
Fig. 12 The stabilization of temperature control at 290 K

图 9 50 K 控温稳定性
3.3 二次降温
Fig. 9 The stabilization of temperature control at 50 K
样品腔控温 290 K 结束后，关闭加热器功率
如图 10 所示，238 min 时从 260 K 向 290 K 控 输出。如图 13 所示，冷屏温度先从 100 K 升温至
温，在 247 min 时样品腔温度可达 290 K±1 K 范围 104.013 K（约在 16 min 时），这是样品腔与冷屏连
内。在 248 min 时达到最高，为 290.254 K，过冲量 接处传热滞后所导致，然后缓慢下降，87 min 时达
为 8.8‰，然后迅速下降，在 250 min 时样品腔温度 到 43.92 K，基本趋于平稳。样品腔温度快速下降，
达到 290.1 K，然后缓慢向 290 K 逐渐逼近，如图 11 约 52 min 时 降 至 4.2 K， 降 温 速 率 为 5.5 K/min，
所示。在 257 min 时样品腔温度达到 290.01 K，在 然后开启节流器，约在 87 min 时达到 1.8 K。说明
267 min 后，样品腔温度稳定性达到±1 mK，如图 12 该系统具有较短的二次降温时间，可保证样品测试
所示。综上可知，该系统控温精度可在约 10 min 后 在高低温的切换效率。
达到±1 K，12 min 后达到±100 mK，20 min 后达到
300
±10 mK，在 30 min 后可达±1 mK。 250 样品腔温度
二级冷头温度
冷屏温度
295 200
290 温度/K 150
285 100
温度/K 280 50
275
270 0 0 12 24 37 49 62 74 87
265 时间/min
260
237 244 252 259 267 274 图 13 二次降温曲线
时间/min
Fig. 13 Secondary cooling curve

图 10 290 K 控温曲线
3.4 系统温度测量不确定度分析
Fig. 10 The curve of temperature control at 290 K
系统温度测量不确定度由温度计偏差、温度

计长期稳定性偏差、仪表设备偏差、控温稳定性偏
290.3
差等计算，自热效应、铜块热偏差可忽略不计 [10] 。
290.2
系统配置为美国 LakeShore 公司的 Cernox-1050 温
温度/K 290.1 度计、336 控温仪。Cernox-1050 的精度及长期稳
定性如表 1 所列，同时可根据传感器曲线数据计算
290.0
得到 336 控温仪在不同温度下的典型精度。
289.9
247 249 251 252 254 256 257 根据不确定度的方根合成计算方法，计算出该
时间/min
系统不同温度下的标准不确定度，如表 2 所列。
图 11 290 K 控温稳定性变化 由此可知，本系统的低温测量结果具有精度高、
Fig. 11 The change of stabilization of temperature 不确定性小的特点，可以为实验研究提供可靠的低
control at 290 K 温测试数据。