热开关装置及低温测试设备

1.本发明涉及热开关技术领域，尤其涉及一种热开关装置及低温测试设备。


背景技术：

2.目前，在低温测试设备中，热开关起着关键作用，在低温测试过程中，使样品先取得液池温度，随后绝热，这个过程需要通过热开关来实现。在极低温绝热去磁等工作中也要用到热开关来控制不同级之间的热连接。一般不同的温区使用的热开关种类也不同。根据热开关原理和结构的不同，可分为机械接触式热开关、气体热开关、超导热开关、石墨热开关及其它热开关。
3.机械接触式是原理最简单的热开关类型，广泛用于实验室和实用装置中，其原理是利用可移动表面的接触或断开实现热开关状态的切换。机械热开关的主要优点是，打开时热接触可完全断开，因此在热测量中经常使用。常用的机械接触式热开关为平板式，其靠外压力或者样品自重，使样品与具有液池温度的平面相接触，待样品冷却后再使之脱离，然而这种形式的热开关，不仅结构复杂，体积庞大笨重，而且无法适用于悬挂的样品。


技术实现要素：

4.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。
5.为此，本发明提出一种热开关装置，能够解决现有机械热开关无法适用于悬挂样品的问题。
6.本发明还提出一种低温测试设备。
7.根据本发明第一方面实施例的热开关装置，包括调节机构、夹持机构以及辐射屏罩，所述夹持机构设置于辐射屏罩的内部；所述辐射屏罩包括辐射屏罩体以及设置于所述辐射屏罩体的上端开口处的上顶板；所述调节机构包括升降杆，所述上顶板设有供所述升降杆穿过的第一通孔，所述升降杆的下端穿过所述第一通孔与所述夹持机构相连；
8.所述夹持机构包括两个定位板、两个第一连接板、两个第二连接板、两个夹持部以及一个固定部，所述固定部与所述升降杆的下端固定相连，所述固定部通过第一转动轴分别与两个所述第一连接板的上端转动连接，两个所述第一连接板的下端分别通过第二转动轴与两个所述第二连接板的上端对应转动连接，两个所述第二连接板之间通过第三转动轴相互交叉转动连接，两个所述第二连接板的下端分别与两个所述夹持部对应固定连接，两个所述定位板的上端分别与所述上顶板固定连接，两个所述定位板的下端分别与所述第三转动轴的两端对应固定连接。
9.根据本发明的一个实施例，所述调节机构还包括驱动所述升降杆进行升降运动的驱动机构。
10.根据本发明的一个实施例，所述辐射屏罩的外部设有真空罩，所述真空罩包括设置在所述上顶板上方的真空罩上法兰；
11.所述驱动机构包括调节杆、固定盘和调节盘，所述真空罩上法兰设有供所述调节
杆穿过的第二通孔，所述固定盘设置于所述真空罩的外部，所述调节盘设置于所述真空罩的内部；所述固定盘固定安装在所述真空罩上法兰的上方，所述调节杆的下端与所述调节盘固定连接，所述调节杆的上端穿过所述第二通孔与所述固定盘螺纹连接，所述升降杆的上端与所述调节盘转动连接。
12.根据本发明的一个实施例，在所述辐射屏罩与所述真空罩之间固设有屏蔽罩，所述屏蔽罩包括屏蔽罩上法兰，所述屏蔽罩上法兰位于所述真空罩上法兰与所述上顶板之间，所述屏蔽罩上法兰设有供所述升降杆穿过的第三通孔；
13.所述调节机构还包括限位机构，所述限位机构包括限位块，所述限位块固设在所述升降杆上对应所述屏蔽罩上法兰的位置处，所述屏蔽罩上法兰设有限制所述限位块进行上下移动的限位槽。
14.根据本发明的一个实施例，所述调节盘包括调节盘本体，所述调节盘本体设有穿孔，所述穿孔贯穿所述调节盘本体的上下两端的端面，在所述穿孔的内侧壁设有一圈限位凸台；所述调节杆的下端为中空的圆柱筒体，所述调节杆的下端伸入至所述穿孔的内部，且所述调节杆的下端与所述限位凸台的上表面固定连接，以使所述调节杆与所述限位凸台之间围合形成限位腔室；所述升降杆的上端设有限位圆柱体，所述限位圆柱体设置于所述限位腔室的内部，且所述限位圆柱体的直径大于所述限位凸台的内径，所述限位凸台的大于所述升降杆的外径。
15.根据本发明的一个实施例，所述固定盘通过固定座安装于所述真空罩上法兰的上方，所述固定座包括固定座本体，所述固定座本体固定安装于所述真空罩上法兰的上表面，所述固定座本体设有与所述第二通孔对应连接的第四通孔；在所述固定座本体的上表面与所述固定盘的下表面之间连接有多个支撑杆，多个所述支撑杆环绕设置于所述调节杆的外围。
16.根据本发明的一个实施例，所述真空罩上法兰上分别设有真空泵接口和真空计接口，所述真空泵接口和所述真空计接口分别与所述真空罩的内部腔室相连通。
17.根据本发明的一个实施例，还包括两个金属编织带，两个所述金属编织带的上端分别与所述上顶板连接，两个所述金属编织带的下端分别与两个所述夹持部对应连接。
18.根据本发明的一个实施例，所述夹持部的外表面设有镀金层。
19.根据本发明第二方面实施例的低温测试设备，包括上述实施例的热开关装置。
20.本发明实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果之一：
21.本发明实施例的热开关装置，包括调节机构、夹持机构以及辐射屏罩，辐射屏罩的内部用于悬挂样品，夹持机构设置于辐射屏罩的内部，其中调节机构包括升降杆，升降杆的下端穿过辐射屏罩与夹持机构相连，夹持机构包括两个定位板、两个第一连接板、两个第二连接板、两个夹持部以及一个固定部，将固定部与升降杆的下端固定相连，将固定部通过第一转动轴分别与两个第一连接板的上端转动连接，将两个第一连接板的下端分别通过第二转动轴与两个第二连接板的上端对应转动连接，将两个第二连接板之间通过第三转动轴相互交叉转动连接，将两个第二连接板的下端分别与两个夹持部对应固定连接，将两个定位板的上端分别与上顶板固定连接，将两个定位板的下端分别与第三转动轴的两端对应固定连接，从而通过驱动升降杆的上下移动来控制夹持机构的夹持动作；当升降杆向上移动时，通过固定部带动两个第一连接板之间的夹角减小，从而带动第二连接板的下端间距减小，
可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
33.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
34.如图1至图3所示，本发明实施例提供一种热开关装置，包括调节机构、夹持机构17以及辐射屏罩，其中辐射屏罩的内部用于放置悬挂样品1，夹持机构17设置于辐射屏罩的内部。辐射屏罩包括辐射屏罩体(图中未示)以及设置于辐射屏罩体的上端开口处的上顶板2。调节机构包括升降杆3，上顶板2设有供升降杆3穿过的第一通孔，以使升降杆3的下端能够穿过第一通孔与夹持机构17相连。也即，升降杆3能够相对于辐射屏罩的上顶板2进行上下移动。
35.其中，夹持机构17采用金属制成，夹持机构17包括两个定位板4、两个第一连接板5、两个第二连接板6、两个夹持部7以及一个固定部8，固定部8与升降杆3的下端固定相连，固定部8通过第一转动轴分别与两个第一连接板5的上端转动连接，两个第一连接板5的下端分别通过第二转动轴与两个第二连接板6的上端对应转动连接，两个第二连接板6之间通过第三转动轴相互交叉转动连接，两个第二连接板6的下端分别与两个夹持部7对应固定连接，两个定位板4的上端分别与上顶板2固定连接，两个定位板4的下端分别与第三转动轴的两端对应固定连接。其中，通过两个定位板4能够限制第三转动轴的位置固定不变，两个第一连接板5之间能够相互转动，两个第二连接板6之间能够相互转动，两个夹持部7位于悬挂样品1的左右两侧。也即，通过驱动升降杆3的上下移动来控制夹持机构17对悬挂样品1的夹持动作。
36.当升降杆3向上移动时，通过固定部8带动两个第一连接板5移动，从而使两个第一连接板5之间的夹角减小，两个第一连接板5的移动能够带动两个第二连接板6随之移动，使得第二连接板6的下端间距减小，进而通过两个第二连接板6带动两个夹持部7之间的间距减小，进而能够通过两个夹持部7对悬挂样品1进行夹持操作。反之，当升降杆3向下移动使，两个夹持部7与悬挂样品1之间分离。
37.由于夹持机构17采用金属制成，并且夹持机构17通过两个定位板4与辐射屏罩的上顶板2直接连接，因此辐射屏罩处于低温状态时，将两个夹持部7与悬挂样品1进行夹持接触，则辐射屏罩的冷量能够通过两个夹持部7迅速传递至悬挂样品1，从而对悬挂样品1进行快速降温。当完成对悬挂样品1的降温后，控制两个夹持部7与悬挂样品1分离，即可实现中断冷量从辐射屏罩至悬挂样品1的传递状态。
38.由此，本发明实施例的热开关装置，适用于悬挂样品1的降温控制，具有结构简单，体积较小，重量轻，操作方便的优点。
39.具体来说，在辐射屏罩的外部设有真空罩，真空罩包括设置在辐射屏罩体外部的真空罩体(图中未示)以及设置在上顶板2上方的真空罩上法兰9，真空罩上法兰9安装于真
空罩体的上端开口处。通过真空罩能够为低温测试提供真空环境。
40.在本发明的进一步实施例中，调节机构还包括驱动升降杆3进行升降运动的驱动机构。
41.在一种具体实施例中，驱动机构包括调节杆10、固定盘11和调节盘12，真空罩上法兰9设有供调节杆10穿过的第二通孔，以使调节杆10能够相对于真空罩上法兰9进行上下移动和相对转动。
42.其中，固定盘11设置在真空罩的外部，调节盘12设置在真空罩的内部。固定盘11固定安装在真空罩上法兰9的上方，调节杆10的下端与调节盘12固定连接，调节杆10的上端穿过第二通孔与固定盘11螺纹连接，升降杆3的上端与调节盘12转动连接。也即，通过在真空罩的外部旋转调节杆10，从而通过调节杆10与固定盘11之间的螺纹配合方式，实现调节杆10的上下移动，通过调节杆10的上下移动能够带动升降杆3进行上下升降运动，进而控制夹持机构17对悬挂样品1进行夹持或分离操作。
43.具体来说，在辐射屏罩与真空罩之间固设有屏蔽罩，屏蔽罩包括设置在真空罩体外部的屏蔽罩体(图中未示)以及设置在屏蔽罩体的上端开口处的屏蔽罩上法兰13，该屏蔽罩上法兰13位于真空罩上法兰9与上顶板2之间，屏蔽罩上法兰13设有供升降杆3穿过的第三通孔。也即，升降杆3能够相对于屏蔽罩上法兰13进行上下移动。
44.进一步来说，调节机构还包括限位机构，该限位机构包括限位块14，该限位块14固设在升降杆3上对应屏蔽罩上法兰13的位置处，屏蔽罩上法兰13设有限制限位块14进行上下移动的限位槽(图中未示)。也即，通过限位块14与限位槽之间的配合方式，使得升降杆3相对于屏蔽罩上法兰13只能进行山下移动，但不能相对于屏蔽罩上法兰13进行转动。
45.据此，当调节杆10旋转移动时，能够带动调节盘12进行同步旋转移动。由于调节盘12与升降杆3之间的旋转配合方式，以及限位块14与限位槽之间的限位作用，使得在调节杆10进行旋转移动时，升降杆3不能旋转，而只能进行上下移动，进而通过升降杆3的上下移动控制夹持机构17的夹持动作。
46.应当理解的是，驱动机构的结构形式并不局限于如上所述的类型，也可以根据实际使用需求采用气缸、油缸、直线电机或电液推杆等，可以通过驱动机构的动力输出端直接驱动升降杆3进行升降运动。
47.在本发明的一些实施例中，调节盘12包括调节盘本体121，该调节盘本体121设有穿孔122，该穿孔122贯穿调节盘本体121的上下两端的端面，在穿孔122的内侧壁设有一圈限位凸台123。其中，调节杆10的下端为中空的圆柱筒体，调节杆10的下端伸入至穿孔122的内部，且调节杆10的下端与限位凸台123的上表面固定连接，以使调节杆10与限位凸台123之间围合形成限位腔室124。在升降杆3的上端设有限位圆柱体31，该限位圆柱体31设置于限位腔室124的内部，且限位圆柱体31的直径大于限位凸台123的内径，限位凸台123的大于升降杆3的外径。也即，升降杆3的限位圆柱体31与调节盘12的穿孔122之间转动配合。当调节盘12随调节杆10进行旋转并上下移动时，升降杆3能够在限位圆柱体31的作用下随调节盘12同步上下移动，但是升降杆3在限位机构的限位作用下，不会随调节盘12同步转动，使得升降杆3不会对夹持机构17施加转动作用力，进而确保了夹持机构17的工作稳定性和可靠性。
48.在本发明的一些实施例中，固定盘11通过固定座15安装于真空罩上法兰9的上方。
其中，固定座15包括固定座本体151，固定座本体151固定安装于真空罩上法兰9的上表面，固定座本体151设有与第二通孔对应连接的第四通孔，便于调节杆10进行旋转及上下移动。在固定座本体151的上表面与固定盘11的下表面之间连接有多个支撑杆152，多个支撑杆152环绕设置于调节杆10的外围。通过设置固定座本体151和多个支撑杆152，能够实现固定盘11在真空罩上法兰9上方的稳定、可靠的安装固定。
49.在本发明的一些实施例中，该热开关装置还包括两个金属编织带16，两个金属编织带16的上端分别与上顶板2连接，两个金属编织带16的下端分别与两个夹持部7对应连接。通过设置两个金属编织带16，能够使上顶板2的冷量通过两个金属编织带16直接传递至两个夹持部7，再通过两个夹持部7传递至悬挂样品1，进一步提高了冷量传递速率。
50.具体来说，为了确保金属编织带16的冷量传递性能，可以将金属编织带16采用铜制成。
51.具体来说，还可以在各夹持部7的外表面分别设置镀金层。通过在夹持部7的外表面设置镀金层，能够改善热接触性能，金属间的接触热阻随温度的降低而增加缓慢，适用于低温环境，从而进一步提高了冷量传递速率。
52.在本发明的一些实施例中，真空罩上法兰9上还设有真空泵接口91和真空计接口92，真空泵接口91和真空计接口92分别与真空罩的内部腔室相连通。其中，真空泵接口91用于与真空泵相连，真空计接口92用于与真空计相连。通过真空泵能够对真空罩的内部进行抽真空，从而为低温测试提供真空环境，通过真空计能够就检测获取真空罩内部的真空度数据。
53.本发明实施例还提供一种低温测试设备，包括上述实施例的热开关装置。由于该低温测试设备设置有上述实施例的热开关装置，使得该低温测试设备具有上述热开关装置的全部优点，通过该低温测试设备进行低温测试时，能够有效缩短测试周期，进而提高了该低温测试设备的使用性能。
54.以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围中。