FI100358B - Menetelmä ja laite toimilaitteen lämpötilan stabiloimiseksi - Google Patents

Description

100358

MENETELMÄ JA LAITE TOIMILAITTEEN LÄMPÖTILAN STABILOIMISEKSI

Esilläoleva keksintö kohdistuu menetelmään ja laitteeseen matalissa lämpötiloissa käytettävän toimilaitteen lämpötilan stabiloimiseksi ja tärinävaikutusten vähentämi-5 seksi, kun toimilaitetta käytetään eri säteilyjen, kuten gammasäteilyn, röntgensäteilyn tai infrapunasäteilyn aiheuttaman intensiteetin mittaamiseen.

Säteilyjen, kuten gammasäteilyn, röntgensäteilyn tai infrapunasäteilyn aiheuttaman intensiteetin ilmaisemiseen käytetään yleisesti matalissa lämpötiloissa 10 toimivaa toimilaitetta, kuten puolijohdedetektoria. Jotta tällainen puolijohdedetek-tori olisi toimintakykyinen, puolijohdedetektori pitää jäähdyttää esimerkiksi nestetypen avulla alhaiseen lämpötilaan. Tällöin päästään edullisesti halutun alhaiseen lämpötilaan, edullisesti alle -100 °C. Mikäli tällaiseen jäähdytykseen käytetään mekaanista jäähdytintä, jäähdyttimen ongelmana on jäähdyttimen osien 15 liikkeiden aiheuttama tärinä jäähdytettävässä toimilaitteessa toimintajakson aikana. Tärinä edelleen aiheuttaa toimintajakson aikana saatavaan mittaussignaaliin kohinaa. Toisaalta toimilaitteen jäähdytyslämpötilan stabiilisuus vaatii sen, että jäähdytin on pidettävä koko ajan toiminnassa.

20 Fl-patenttihakemuksesta 923237 tunnetaan jäähdytyslaite, jossa mataliin lämpötiloihin jäähdytettävän toimilaitteen jäähdytys suoritetaan ainakin yhden jäähdytys-osan avulla, johon jäähdytysosaan on liitetty jäähdytettävä toimilaite. Fl-patentti-hakemuksen 923237 mukaisessa ratkaisussa tarkoituksena on aikaansaada pitkä väliaika kahden latauksen välillä. Lataus suoritetaankin mm. johtumisen ja säteilyn 25 avulla. Lataukseen ryhdytään, kun jäähdytysosan lämpötila on kohonnut asetet-·· tuun arvoon, jota ei voi ylittää ilman toimilaitteen toimintakyvyn huonontumista.

Tällöin siis jäähdytysosan lämpötila muuttuu latausten välisenä aikana.

DE-hakemusjulkaisu 3707320 kohdistuu laitteeseen ainakin yhden anturin, kuten 30 infrapunadetektorin, jäähdyttämiseen ja vakiolämpötilaan asettamiseen, jossa laitteessa anturi on sijoitettu lämmönsiirtolevylle ja on termisesti johtuen yhdistetty 100358 2 jäähdytyselimeen. DE-hakemusjulkaisun 3707320 mukaisessa laitteessa läm-mönsiirtolevyn ja jäähdytyselimen väliin on asennettu työskentelyväliaineella täytetty termostaattisäiliö, jossa työskentelyväiiaine läpikäy toimintalämpötilassa faasimuutoksen. DE-hakemusjulkaisussa 3707320 ei kuitenkaan ole mitään 5 mainintaa jäähdytysmekanismin pysäyttämisestä anturin toiminnan ajaksi, vaan kylmäsormen avulla jäähdytys pidetään päällä koko ajan.

Esilläolevan keksinnön tarkoituksena on poistaa tekniikan tason mukaisia haittapuolia ja aikaansaada entistä parempi menetelmä ja laite matalissa lämpötiloissa 10 käytettävän toimilaitteen lämpötilan stabiloimiseksi ja jäähdyttimen osien liikkeiden aiheuttaman tärinän vähentämiseksi toimilaitteen toimintajakson aikana. Keksinnön olennaiset tunnusmerkit selviävät oheisista patenttivaatimuksista.

Keksinnön mukaisesti mataliin lämpötiloihin jäähdytettävän toimilaitteeseen 15 liitetään jäähdytysosa, joka sisältää ainakin yhtä orgaanista tai epäorgaanista ainetta tai näiden yhdisteitä, joilla tapahtuu faasimuutos esimerkiksi kiinteästä nesteeseen tai nesteestä kaasuksi lämpötilavälillä -273 °C - +10 C, edullisesti välillä -200 °C - -100 °C. Jäähdytysosa on mekaanisesti yhdistetty jäähdyttimeen, jolla aikaansaadaan jäähdytysosassa olevan jäähdytysnesteen lämpötilan muutos 20 faasimuutoslämpötilaan. Kun jäähdytysaine on jäähdytetty faasimuutoslämpöti-laan niin, että olennaisesti koko jäähdytysainemäärä on läpikäynyt halutun faasimuutoksen, pysäytetään jäähdytysmekanismin toiminta ja kytketään toimilaite toimintaan. Toimilaitteen toimintajakson aikaisessa faasimuutoksessa, joka on vastakkainen jäähdytyskäsittelyyn nähden, jäähdytysosan lämpötila pysyy faasi-25 muutokseen liittyvän ominaislämmön ansiosta olennaisesti vakiona, jolloin myös jäähdytettävän toimilaitteen lämpötila pysyy olennaisen stabiilina. Faasimuutoksen jälkeen toimilaitteen toiminta pysäytetään ja jäähdytysmekanismi kytketään toimintaan. Näin faasimuutokseen liittyvää ominaislämpöä hyväksi käyttäen voidaan parantaa mataliin lämpötiloihin käytettävän toimilaitteen toimintavarmuut-30 ta.

3 100358 Käyttämällä keksinnön mukaista menetelmää ja laitetta aikaansaadaan mataliin lämpötiloihin käytetyn toimilaitteen toimintajakson aikana toiminnalle ja mittaustarkkuudelle edulliset olosuhteet, koska pysäytetty jäähdytysmekanismi ei aiheuta tärinää ja faasimuutokseen liittyvän ominaislämmön ansiosta jäähdytysosan 5 lämpötila pysyy olennaisesti stabiilina.

Keksinnön mukaisesti käytetty jäähdytysmekanismin jäähdytysosa mitoitetaan ja eristetään edullisesti siten, että jäähdytysosassa olevan aineen faasimuutokseen kuluva aika on toimilaitteen toiminnan kannalta riittävä, edullisesti esimerkiksi 30 10 min. Jäähdytysosan faasimuutokseen kuluvaa aikaa voidaan haluttaessa kasvattaa liittämällä jäähdytysosan kanssa yhteyteen esimerkiksi lämpökytkimen välityksellä jäähdytysosaa olennaisesti suurempi jäähdyttävää ainetta sisältävä lisäjäähdytysaineyksikkö. Tässä lisäjäähdytysaineyksikössä oleva jäähdyttävä aine on edullisesti samaa ainetta kuin varsinaisessa jäähdytysosassa, mutta 15 näiden kahden jäähdytysosan sisältämät aineet voivat olla myös eri aineita, edullisesti kuitenkin niin, että molemmilla aineilla tapahtuu haluttu faasimuutos toimilaitteen toiminnan kannalta edullisella lämpötilavälillä.

Keksinnön mukaisesti käytettävä ja jäähdytysosan sisältämä aine voi olla edulli-20 sesti esimerkiksi etanolia tai propanolia. Myös muita vastaavia aineita, joilla faasimuutos kiinteästä nesteeseen sisältää edullisesti suuren ominaislämmön, voidaan käyttää. Tällaisia ovat esimerkiksi pentaani, isopentaani tai 2-metylpen-taani. Voidaan myös käyttää aineita, kuten nestetyppeä, joiden faasimuutos nesteestä kaasuksi on edullinen keksinnö mukaisen menetelmän ja laitteen 25 käyttämiselle.

Keksintöä kuvataan lähemmin seuraavassa viitaten oheiseen piirustukseen, jossa kuvio 1 esittää erästä keksinnön edullista sovellutusmuotoa sivultapäin otettuna 30 leikkauskuviona, 4 100358 kuvio 2 esitää erästä toista keksinnön edullista sovelutusmuotoa sivultapäin otettuna leikkauskuviona.

Kuvion 1 mukaisesti säteilymittaukseen käytettävän puolijohdedetektorin 1 5 ympärille on asennettu kylmäainesäiliö 2, joka sisältää etanolia. Säiliö 2 on termisesti eristetty monikerroseristeen 7 ja tyhjön avulla. Säiliöön 2 on liitetty yhde 3, jota myöten säiliötä 2 jäähdytetään jäähdytysmekanismin 4 avulla. Kun säiliössä 2 oleva etanoli on jäähdytetty kiinteän ja nestemäisen olomuodon välillä tapahtuvaan faasimuutoslämpötilaan, -114,5 °C, niin, että olennaisesti koko 10 etanolimäärä tilavuudeltaan noin 6 cm3 on jähmettynyt, jäähdytysmekanismi 4 kytketään pois ja puolijohdedetektori 1 saatetaan toimintaan. Etanolisäiliön 2 koko on mitoitettu siten, että säiliöön 2 mahtuu niin paljon etanolia, että etanolin sulaminen kestää noin 30 min. Tällöin jähmettyneen etanolin sulamislämmön ansiosta lämpötila säiliössä 2 säilyy olennaisesti stabiilina ja mittausolosuhteet koko 15 puolijohdedetektorin 1 toimintajakson ajan säilyvät näin olennaisesti samanlaisina. Toimintajakson jälkeen jäähdytysmekanismi 4 kytketään uudelleen päälle, jolloin aloitetaan haluttaessa etanolin jäähdytys etanolin jähmettämiseksi uutta toiminta-jaksoa varten.

20 Kuviossa 2 kylmäainesäiliöön 2 on liitetty lämpökytkimen 5 välityksellä toinen kylmäaineyksikkö 6, joka on säiliötä 2 edullisesti suurempi. Kylmäaineyksikköä 6, joka on termisesti eritetty monikerroseristeellä 8 ja joka on tyhjössä, käytetään kuvion 1 mukaisen sovellutusmuodon toimintajakson pidentämiseen joko väliaikaisesti esimerkiksi toimilaitteen kalibroinnin vuoksi tai jatkuvana muusta syystä, 25 kun toimilaitteen toimintajaksoa halutaan pidentää. Kuvion 2 sovellutusmuodossa jäähdytysmekanismi 4 kuviota 1 vastaavasti kytketään pois päältä, kun säiliön 2 kylmäaine on olennaisesti kokonaan läpikäynyt jähmettymisen. Edelleen tämän jälkeen puolijohdedetektori kytketään toimintaan. Kylmäaineyksikön 6 avulla säiliön 2 ulkopuolista lämpötilaa jäähdytetään lämpökytkimen 5 avulla tulevalla 30 jäähdytysvirralla. Tällöin säiliön 2 kylmäaineen sulamista voidaan olennaisesti hidastaa, jolloin myös puolijohdedetektorin 1 toimintajaksoa saadaan pidennettyä.

Claims (7)

100358

1. Menetelmä matalissa lämpötiloissa käytettävän toimilaitteen lämpötilan stabilisoimiseksi ja toimilaitteen jäähdytysmekanismin aiheuttaman tärinän vä- 5 hentämiseksi, jossa menetelmässä työskentelyväliaine läpikäy toimintalämpöti-lassa faasimuutoksen, kun toimilaitetta käytetään säteilyjen, kuten gammasäteilyn, röntgensäteilyn ja infrapunasäteilyn aiheuttaman intensiteetin mittaamiseen, tunnettu siitä, että toimilaitteen (1) jäähdytysmekanismi (4) kytketään pois päältä toimilaitteen (1) toimintajakson ajaksi toimilaitteen (1) yhteyteen 10 liitetyn jäähdytysosan (2) sisältämän jäähdytysaineen saavutettua faasimuutos-lämpötilan ja olennaisesti koko jäähdytysainemäärän läpikäytyä faasimuutoksen, ja että faasimuutokseen liittyvää aikaa ja samalla toimilaitteen (1) toiminta-jakson pituutta säädetään liittämällä jäähdytysmekanismiin (4) lisäjäähdytys-aineyksikkö (6). 15

2. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat av att under drivanordningens (1) funktionsperiod utförs nedkylningen av drivanordningen (1) med hjälp av den specifika värmen hos fasförändringen av kylmedlet i kylpartiet (2). 25

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että toimilaitteen (1) toimintajakson aikana toimilaitteen (1) jäähdytys suoritetaan jäähdytys-osan (2) sisältämän jäähdytysaineen faasimuutokseen liittyvän ominaislämmön avulla. 20

3. Förfarande enligt patentkrav 1 eller 2, kännetecknat av att fasförändringen av kylmedlet i kylpartiet (2) sker i temperaturintervallen -273 °C - +1 °C, företrädesvis i intervallen -200 °C - -100 °C. 30 4. Förfarande enligt nägot av föregäende patentkrav, kännetecknat av att under drivanordningens (1) funktionsperiod utförs nedkylningen av drivanordningen (1) med hjälp av smälttemperaturen hos kylmedlet i kylpartiet (2).

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että jäähdytysosan (2) sisältämän jäähdytysaineen faasimuutos tapahtuu lämpötila-välillä -273 °C - +1 °C, edullisesti välillä -200 °C - -100 °C.

4. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että toimilaitteen (1) toimintajakson aikana toimilaitteen (1) jäähdytys suoritetaan jäähdytysosan (2) sisältämän jäähdytysaineen sulamislämmön avulla.

5. Anordning för att utföra förfarandet enligt patentkrav 1, i vilket förfarande 35 arbetsmediet genomgär i funktionstemperatur en fasförändring, kännetecknad av att tili drivanordningen (1) anslutits ett kylparti (2) innehallande kylande medel, varvid kylpartiet förbundits mekaniskt med atminstone ett kylorgan (4, 6) 100358 och kan kopplas ur funktion under funktionsperioden för den drivanordning (1) som skall nedkylas.

5. Laite patenttivaatimuksen 1 mukaisen menetelmän toteuttamiseksi, jossa 30 menetelmässä työskentelyväliaine läpikäy toimintalämpötilassa faasimuutoksen, tunnettu siitä, että toimilaitteeseen (1) on liitetty jäähdyttävää ainetta sisältävä jäähdytysosa (2), joka on mekaanisesti yhdistetty ainakin yhteen jääh-dytyselimeen (4, 6) ja joka jäähdytysosa (2) on kytkettävissä pois toiminnasta jäähdytettävän toimilaitteen (1) toimintajakson ajaksi. 35 100358

6. Anordning enligt patentkrav 5, kännetecknad av att kylpartiet (2) innehal-5 lande kylande medel anslutits till en större kylmedelsenhet (6).

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen laite, tunnettu siitä, että jäähdyttävää ainetta sisältävä jäähdytysosa (2) on liitetty sitä suurempaan jäähdytysaineyksik-köön (6).

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen laite, tunnettu siitä, että jäähdytysosan (2) ja jäähdytysaineyksikön (6) välille on asennettu lämpökytkin (5). 10 1. Förfarande för att stabilisera temperaturen hos en drivanordning som an- vänds vid läga temperaturer ooh för att minska den av drivanordningens kylme-kanism alstrade vibrationen, i vilket förfarande arbetsmediet genomgär i funk-tionstemperatur en fasförändring, da drivanordningen används för att mätä intensiteten hos straining, t.ex. gammastraining, röntgensträlning och infraröd 15 straining, kännetecknat av att drivanordningens (1) kylmekanism (4) fränkopp-las under drivanordningens funktionsperiod da det kylmedel som ingär i kyl-partiet (2) i anslutning tili drivanordningen (1) natt fasförändringstemperatur och väsentligt hela mängden kylmedel genomgätt fasförändring, och att fasför-ändringstiden och samtidigt drivanordningens (1) funktionsperiods längd regle-20 ras genom att tili kylmekanismen (4) foga en extra kylmedelsenhet (6).

7. Anordning enligt patentkrav 6, kännetecknad av att mellan kylpartiet (2) och kylmedelsenheten (6) monterats en värmekopplare (5).