[发明专利]一种精确控制液氮补充的自动化冷却装置及其控制方法

说明书

本发明提供了一种精确控制液氮补充的自动化冷却装置及其控制方法。该技术方案采用负温度系数温敏电阻作为液位测定传感器，位于高、低位的双温敏电阻分别接入控制芯片，控制芯片以二者的实时电阻值为依据，控制电磁阀通断，达到自动补充液氮的目的。本发明通过使用两个在液氮温度敏感的负温度系数温敏电阻作为液位测定传感器，最大程度提高液氮补充时间和数量的精度。通过温敏电阻‑控制芯片‑电磁阀进行管路自动化调制，大大减少人工操作可能出现的问题，提高了设备稳定性和安全性。而且，本发明结构简单，制造成本低廉，实用效率更高。本发明同时满足自动化和液氮温度精确控制两个要求，具有突出的技术优势。

技术领域

本发明涉及冷却系统技术领域，具体涉及一种精确控制液氮补充的自动化冷却装置及其控制方法。

背景技术

在表面科学研究和半导体制造等领域，冷却系统作为科研和工业设备的辅助部分，在极超高真空获取、极低温获取、精密测量等过程中发挥着极为重要的作用。这些装置对于表面科学研究的实验精度，以及半导体加工制造的成品率均有着巨大影响。现有的冷却系统主要是通过观察真空设备内预置热偶的温度变化，确定是否需要补充液氮；通过观察冷却夹层中液氮的溢出情况，确定是否停止添加。全过程基本依赖操作人员手动调节，以保持所需温度。

然而，对于低温条件下的连续实验，观察热偶变化添加液氮会有一定延迟，造成精密测量系统的温度发生波动，不利于实验的精确控制和系统稳定；通过观察液氮溢出情况判断冷却夹层是否加满会造成一定浪费；人工手动控制加液系统存在潜在安全风险，比如忘记加/停液氮会造成真空设备损坏等。

而其他领域的冷却系统，也均不能满足本领域的现实需求。如部分技术方案使用水作为冷却液，难以通过常温温敏电阻在液氮温度实现精确控制，且无法对液氮补充量进行自主调制；另有部分技术方案使用质量流量计对液氮补充量进行调控，未实现自动化精确控制，大量依赖人工操作。综上所述，如何实现液氮的自动化精确补充，一直以来都是本领域中有待解决的技术问题。

发明内容

本发明旨在针对现有技术的技术缺陷，提供一种精确控制液氮补充的自动化冷却装置及其控制方法，以解决常规液氮补充方式需要人工操作，自动化程度较低的技术问题。

本发明要解决的另一技术问题是，常规液氮补充方式的成本、安全性、控制精度均有待改善。

为实现以上技术目的，本发明采用以下技术方案：

一种精确控制液氮补充的自动化冷却装置，包括液氮罐，减压阀，液氮管路，电磁阀，控制芯片，电线，第一温敏电阻，第二温敏电阻，其中，液氮罐通过液氮管路与容器相连通，在液氮管路上分别设置有减压阀和电磁阀，第一温敏电阻和第二温敏电阻分别位于所述容器内的高位和低位，第一温敏电阻和第二温敏电阻通过电线连接至控制芯片，控制芯片通过电线连接至电磁阀。

作为优选，所述容器为冷却夹层，液氮管路的末端通过进液口与冷却夹层相连通。

作为优选，在所述容器上设置有蒸发口。

作为优选，在液氮管路的外部包覆有保温棉。

作为优选，控制芯片包括触发器和继电器，所述触发器和继电器电性连接，触发器分别与第一温敏电阻和第二温敏电阻电性连接，继电器与电磁阀电性连接。

作为优选，第一温敏电阻和第二温敏电阻为负温度系数温敏电阻。

作为优选，第一温敏电阻和第二温敏电阻的最优温度响应范围为-197℃～-175℃；在-197℃～-175℃范围内，第一温敏电阻和第二温敏电阻的阻值变化率约为70％。

作为优选，在-197℃～-196℃范围内，第一温敏电阻和第二温敏电阻的阻值变化率为20％～50％。