کرایواستات

فهرست مطالب

درباره ما

شركت دانش بنیان زمهرير سازان پیشتاز به پاس داشتن کادر مجرب، انجام پروژه‌های عملی برای پیشبرد تحقیقات دانشگاهی و همکاری با صنعت را در سرلوحه فعالیت‌های خود قرار داده است. در همین راستا این شرکت، همگام با راهبرد‌هاي صنعتي كشور در توسعه صنايع دانش بنيان راه اندازی گردیده است. هدف اين مجموعه استفاده از تجربیات نیروهای دانشگاهی جهت پاسخگویی به نیاز های مجامع علمی و مراکز صنعتی مرتبط با این حوزه است. فعالیت‌های اصلی این مجموعه بر ساخت تجهیزات دمای فوق سرد (Cryogenic) متمرکز شده است.

علاوه بر افرادی که بطور غیر مستقیم بصورت پروژه ای و یا حق الزحمه‌ای با این شركت همکاری می‌نمایند، متخصصانی با تحصیلات عالی دانشگاهی و تکنسین‌های زبده بعنوان کادر تمام وقت در این شركت فعالیت می‌نمایند.

محصولات شرکت زمهریر سازان پیشتاز با کیفیت قابل مقایسه با نمونه‌های خارجی و قیمتی به مراتب ارزانتر در بازار عرضه می‌شود. خدمات پس از فروش گسترده و در دسترس از مزیت‌های محصولات این شرکت است.

رضایتمندی و اعتماد مشتریان ، مجموعه‌ی شرکت را در جهت توسعه محصولات و برداشتن گام‌های بزرگ‌تر مصمم نموده است.

سرمایه اصلی شرکت کادر مجرب ، توانمند و به روز و بخش توسعه و تحقیق (R&D) فعال می‌باشد.

مقدمه

کرایواستات سیکل بسته هلیومی (QCS101) یک یخچال سیکل بسته هلیومی، در محدوده دمایی 10 کلوین تا دمای محیط می‌باشد. کرایواستات QCS با استفاده از کنترلر و مانیتور دما (TCM) قابلیت ثابت نگه داشتن دما در دمای دلخواه با دقت 0.1 کلوین را داراست. استفاده عمده از QCS در آزمایش‌های اپتیکی دقیق، تحقیقات ابررسانایی، علوم مواد و علوم پزشکی می‌باشد.

مزیت‌ها

• کاربری آسان.
• ابعاد کوچک.
• استفاده از اتصالات استاندارد.
• نصب آسان.
• زمان کوتاه برای انجام آزمایش.
• مقرون به صرفه در آزمایش‌های دراز مدت (بدون نیاز به استفاده از مایعات کرایوژنیک).
• تعمیر و نگهداری ساده و سریع.
• نیاز به سرویس دهی کم (در مقایسه با وسایل آزمایشگاهی).
• عمر مفید بلند (در بهترین شرایط کاری).
• امکان قرار دادن قسمت‌های پرسر و صدا (سیستم کمپرسور، سیکل آب خنک و…) بیرون محل آزمایش.

مشخصات فنی

* این عدد بدون وجود هر گونه اتلاف حرارتی است. با اضافه شدن هر جرمی به سر سیستم (کلدهد) سرماساز، زمان رسیدن به حداقل دما بیشتر شده، و دمای کمینه نیز بالاتر می‌رود

نکات لازم

• لطفاً محصول، لوازم جانبی و دفترچه راهنمای دریافت شده با آنچه سفارش داده‌اید انطباق دهید.
• هر گونه خسارت ناشی از حمل و نقل را بررسی نمایید. در صورت مشاهده مشکل با ما تماس بگیرید.
• قبل از کار کردن با دستگاه دفترچه راهنما (به خصوص بخش‌های: موارد ایمنی، موارد دیگر هنگام کار و…) را با دقت مطالعه فرمایید.
• عدم پیروی از دستورات دفترچه موجب ابطال گارانتی خواهد گردید.
• علامت ( ) به معنای هشدار، علامت ( ) به معنای هشدار برق گرفتگی و علامت ( ) به معنای توجه شود در این دفترچه می‌باشد. لطفاً به این علائم توجه کنید.

موارد ایمنی

مجمومه‌ای از هشدار‌ها وجود دارد که عدم رعایت آن‌ها علاوه بر آسیب دیدگی دستگاه و سیستم کمپرسور، امکان جراحت کاربر (اپراتور) را بوجود می‌آورد.

• ولتاژ برق، بالقوه کشنده می‌باشد. پس قبل از انجام هر کاری نظیر باز و بسته کردن جعبه کمپرسور یا تعمیر آن، کمپرسور باید خاموش باشد و برق آن قطع شده باشد.
• باز و بسته کردن لوله‌های انتقال گاز هلیوم بین کمپرسور و کلدهد یا کرایواستات تنها در صورتی انجام گیرد که کمپرسور خاموش و برق آن قطع شده باشد. در غیر این صورت، خطرات شوک الکتریکی وجود دارد، و امکان آسیب دیدن کمپرسور و یا اپراتور وجود دارد.
• می‌بایست سیم Earth کمپرسور به چاه Earth و برق سه فاز آن به تابلو برق استاندار توسط تکنسین برق وصل شود.
• هنگام عدم استفاده از دستگاه، برق آن را قطع کنید.
• قرار گرفتن در معرض فشار بالا سبب جراحت و یا حتی قطع عضو می شود. از باز و بسته کردن لوله‌های انتقال گاز هلیوم هنگام روشن بودن کمپرسور خوداری کنید.
• سوپاپ اطمینان با توجه به ملاحظات فنی کمپرسور تنظیم شده است، آن را تغییر ندهید.
• اگر فشار کمپرسور از 24 bar تجاور کرد، سریعاً آن را خاموش کنید.
• کمپرسور را بیش از حد فشار کاری شارژ نکنید (به مشخصات فنی روی بدنه کمپرسور رجوع شود).
• انبساط سریع گاز هلیوم در یک محیط بسته سبب خفگی می‌شود.
• هنگام شارژ سیکل بسته بایستی همراه کپسول هلیوم از رگلاتور استاندارد استفاده شود.
• الزاماً شارژ سیکل کرایواستات با هلیوم گرید 5 یا بالاتر انجام گیرد.
• کمپرسور هنگام کار کردن گرم می‌شود، برای جلوگیری از سوختگی از تماس با بدنه آن اجتناب کنید. همچنین توجه شود بدنه کمپرسور تا مدتی بعد از خاموش کردن آن گرم می‌ماند.
• به اخطار‌های تابلو برق کمپرسور توجه کنید.
• هنگام کار نباید روی سیستم کمپرسور روکش وجود داشته باشد.
• هنگام حمل و نقل کمپرسور از کج کردن آن بیش از 15 درجه خودداری کنید.
• دمای آب ورودی چرخه خنک سازی کمپرسور نباید بیش از حد مجاز باشد (به مشخصات فنی روی بدنه کمپرسور رجوع شود).
• عدم تطابق چیلر با کمپرسور امکان آسیب دیدگی کمپرسور را به همراه دارد.
• برای شکستن خلأ داخل محفظه، باید شیر فشار شکن به آرامی باز شود.

موارد دیگر هنگام کار

برای کارایی بهتر و دوام عمر دستگاه، موارد زیر رعایت شود:

• برای کارایی بهتر هر ماه دورن محفظه را با استون شستشو دهید.
• از سالم بودن اورینگ‌ها، کلمپ‌ها و واشر‌ها مطمئن شوید.
• برای ایجاد خلأ بهتر از گریس خلأ High Vacuum استفاده کنید.
• کاهش فشار کمپرسور بدون کار کردن نشان دهنده نشتی می‌باشد.
• هنگام نصب نمونه بر روی holder همیشه از دستکش استفاده کنید.
• برای اتصال بهتر نمونه با بدنه از فویل ایندیوم استفاده کنید.

اجزای اصلی دستگاه

• کمپرسور هلیوم
• نیازمند پمپ روتاری
• کلدهد GM
• 2 عدد گاز لاین(به طول 10 متر)
• سیم برق کلدهد(به طول 12 متر)
• محفظه خلأ
• کنترلر و مانیتور دما
• سنسور‌ دما
• سنسور فشار
• نگهدارنده‌ی نمونه(sample holder)
• هیتر

شکل 1: اجزای اصلی دستگاه

اطلاعات کلی در مورد سیستم سرما ساز

سیستم سرما ساز متشکل از کمپرسور هلیومی و کلدهد دو مرحله‌ای GM می‌باشد.

کلدهد دارای دو قسمت از مسی می‌باشد که به نام مرحله (stage) اول و دوم شناخته می‌شود. بدون هیچگونه اتلاف حرارتی مرحله اول تا دمای 50 کلوین و مرحله دوم تا 10 کلوین پایین می‌آید. کلدهد دارای دو اتصال برای ورود و خروج گاز می‌باشد. قسمت ورودی گاز پرفشار (با رنگ قرمز مشخص است) و قسمت خروج گاز کم فشار (با رنگ سبز مشخص است) می‌باشد. این قسمت‌ها با 2 عدد گاز لاین به قسمت پر فشار و کم فشار سیستم کمپرسور وصل می‌شوند.

شکل 2: مرحله اول و دوم کلدهد

شکل 3: گاز لاین

شکل 4: ورودی و خروجی گاز عامل کلدهد

اطلاعات کلی در مورد سیستم کمپرسور

کمپرسور (ZD64-P21) کمپرسوری سه فاز با توان مصرفی 4.2 kw برای فشرده سازی گاز هلیوم از فشار 8 بار، و رساندن آن به فشار 21 بار می‌باشد. این کمپرسور دارای دو لوله (گاز لاین) برای انتقال گاز هلیوم به کلدهد و باز گرداندن آن دارد. گاز پر فشار قبل از خروج از سیستم کمپرسور توسط فیلتر‌های روغن حذف می‌شود تا ذرات روغن وارد سیکل سرما ساز نشود و آسیبی به کلدهد نزند.

سیستم کمپرسور مجهز به سنسور‌های کنترل دما برای قطع جریان برق هنگام بالا رفتن بیش از حد دما و سنسور کنترل کننده فشار برای جلوگیری از بالا رفتن فشار می‌باشد، وزن تقریبی سیستم کمپرسور حدود 80 کیلوگرم و دارای محفظه آنتی آکوستیک برای کاهش صدا می‌باشد. استفاده عمده سیستم کمپرسور برای فشردن گاز عامل در چرخه کلدهد کرایواستات، کرایوپمپ و میعان ساز نیتروژن می‌باشد.

شکل 5: ابعاد سیستم کمپرسور

شکل 6: شکل ظاهری سیستم کمپرسور

اجزای اصلی سیستم کمپرسور

قسمت سیستم کمپرسور شامل:

• کمپرسور
• ترموسوئیچ
• سوئیچ فشار
• لوله‌های رابط آب
• لوله‌های رابط گاز هلیوم

بدنه ظاهری کمپرسور با توجه به شکل 7 شامل:

• تابلو برق
• خروجی آب گرم
• ورودی آب سرد
• فشار سنج (برای پایش فشار خروجی – فشار دمش کمپرسور)
• خروجی گاز پر فشار
• ورودی گاز کم فشار
• فشارسنج (برای پایش فشار ورودی – فشار مکش کمپرسور)
• پلاک کمپرسور

شکل 7: بدنه ظاهری سیستم کمپرسور

تابلو برق

تابلو برق قسمت اصلی کنترل کمپرسور و کلدهد می‌باشد. با توجه به شکل 8:

• چراغ روشن بودن کل دستگاه
• کلید روشن کردن کلدهد
• کلید برق، وصل کردن برق کل دستگاه
• چراغ هشدار بالا رفتن بیش از حد دما
• چراغ هشدار بالا رفتن بیش از حد فشار
• چراغ هشدار افت بیش از حد فشار
• چراغ هشدار جریان کشیدن زیاد توسط کمپرسور
• ورودی برق اصلی دستگاه (کابل 5 سیمی: 3 سیم سه فاز، 1 سیم نول و سیم زمین)
• برق کلدهد(کابل 3 سیمی برای موتور کلدهد)
• ساعت شمار کمپرسور
• فیوز‌های کلدهد
• سیستم کنترل فاز (به نحوه کار کردن سیستم کنترل فاز رجوع کنید)
• چراغ روشن بودن کلدهد (سرما ساز)
• هواکش (فن)

شکل 8: تابلو برق

نصب و راه اندازی سیستم کمپرسور

• محل قرار گیری سیستم کمپرسور کاملاً صاف باشد(بیش از 5 درجه زاویه به افق مجاز نیست).
• قبل از اتصال کابل برق از خاموش بودن کلید سیستم کمپرسور مطمئن شوید.
• از آب آشامیدنی شهری می‌توان برای خنک سازی سیستم کمپرسور استفاده کرد. اما بهتر است آن را با چیلر محوطه آزمایشگاه سری کرد.
• در اتصال شیر ورودی و خروجی آب گردشی دقت شود و بر عکس وصل نشود.
• توصیه می‌شود قبل از ورود آب به سیستم کمپرسور، یک فیلتر قرار داده شود تا مانع ورود آلودگی به کمپرسور شود، چرا که گرفتگی مبدل‌های حرارتی با ورود آلودگی وجود دارد.
• حداقل جریان و حداکثر دمای آب ورودی با توجه به مشخصات کمپرسور باشد (به مشخصات فنی روی بدنه کمپرسور رجوع شود).
• گاز لاین پر فشار با نشان دایره قرمز رنگ و گاز لاین کم فشار با نشان دایره سبز رنگ در روی بدنه کمپرسور و بدنه کلدهد می‌باشد.
• گاز لاین پر فشار و کم فشار را به کمپرسور و کلدهد وصل کنید و از محکم بسته شدن آن مطمئن شوید.
• فشار شارژ کمپرسور را بررسی کنید (به مشخصات فنی روی بدنه کمپرسور رجوع شود).

نحوه اتصال گاز لاین

برای باز و بسته کردن گاز لاین مراحل زیر را دنبال شود:

• با استفاده از آچار 26 گاز لاین را نگه داشته شود و با استفاده از آچار 30 گاز لاین باز یا بسته می‌شود (شکل 9).
• از سالم بودن اورینگ کوپلینگ‌ها مطمئن شوید و در صورت خرابی، آن‌ها را تعویض کنید.
• کوپلینگ‌ها را با یک پارچه تمیز بدون پرز یا مسواک نرم تمیز کنید.
• هنگام بستن ایرکویپ تمام کوپلینگ‌ها را تا جایی که ممکن است سفت کنید.

شکل 9: باز و بسته کردن گاز لاین

نحوه کارکردن تابلو برق

بعد از اطمینان از اتصال برق اصلی و سیم Earth و برق کلدهد و سیکل آب خنک و پمپ روتاری. با زدن کلید power (3)، چراغ ON (1) روشن خواهد شد و فن شروع به کار خواهد کرد. و دستگاه آماده کار است.

• برای روشن کردن کلید START (13) را فشار دهید. چراغ RUN (2) روشن خواهد شد و دستگاه شروع به کار می‌کند.
• کلید START در صورتی عمل می‌کند که فاز ورودی (12) مشکل نداشته باشد و هیچ چراغ هشداری (4) (5) (6) (7) روشن نباشد.
• اگر به هر علتی یکی از چراغ‌های هشدار روشن شود دستگاه و چراغ RUN خاموش می‌شوند.
• اگر چراغ‌های هشدار خاموش شوند دستگاه خود‌به‌خود روشن نخواهد شد، برای راه‌اندازی مجدد دستگاه باید کلید RUN فشار داده شود.
• خاموش کردن کلدهد و خاموش کردن کلی دستگاه توسط کلید POWER انجام می‌شود.

نحوه کار کردن سیستم کنترل فاز

با استفاده از سیستم کنترل فاز می‌توان اختلالات ناشی از قطعی فاز، جابجایی فاز‌ها، عدم تساوی فاز‌ها و افزایش یا کاهش ولتاژ را کنترل کرد. کنترل فاز شامل چهار عدد نشانگر برای اعلام:

• AC: برق شبکه
• REL: وصل رله
• F: افزایش یا کاهش ولتاژ، عدم تقارن فاز‌ها
• P: عدم توالی(جابجایی) فاز‌ها

اگر فاز‌ها تقارن نداشته باشند و یا جابجا شده‌اند، با زدن کلیدRUN  جریان وصل نخواهد شد، در غیر این‌صورت دستگاه کار می‌کند.

اطلاعات کلی در مورد محفظه خلأ

محفظه خلأ دارای دو قسمت است: قسمت ثابت که به کلدهد وصل می‌شود و و دارای شش ورودی است. ورودی سیم‌های سنسور، گیج خلأ، شیر فشار شکن و لوله پمپ روتاری در این محفظه قرار دارد. قسمت قابل انفصال محفظه که با سه کلمپ به قسمت ثابت وصل شده و به سادگی قابل جدا شدن است. جهت انجام آزمایش، این قسمت را برداشته و نمونه را روی نگهدارنده‌ نمونه قرار دهید و دوباره قسمت قابل انفصال را در جای خود قرار داده و کلمپ‌ها را محکم ببندید.

شکل 10: محفظه خلأ و کلدهد

ابعاد محفظه خلأ و کلدهد در شکل 11 آمده است.

شکل 11: ابعاد محفظه خلأ و کلدهد

برای بستن کلمپ‌های Bulkhead با کلدهد ابتدا باید پیچ‌های یکی از کلمپ‌ها را بست، سپس لوله روتاری یا هر مورد دیگری قرار داد و کلمپ دومی را بست. محکم کردن پیچ‌ها به صورت ضربدری مانند شکل 12 انجام شود (اول A بعد B و بعد C).

شکل 12: نحوه بستن کلمپ‌های محفظه خلأ

ابعاد فلنج کلمپ Bulkhead مطابق با استاندارد خلأ ساخته شده است و برای گیج‌های خلأ استاندارد یا هر کانکتوری با استاندارد CF.63 طراحی گردیده است.

نحوه باز کردن محفظه

نحوه باز کردن محفظه با توجه به شکل 13 صورت گیرد:

• برداشتن قسمت متحرک محفظه
• برداشتن حفاظ تابشی
• قرار دادن نمونه در محل قرار گیری نمونه

شکل 13: نحوه باز کردن محفظه

پمپ خلأ

برای حذف همرفت، محیط دورن محفظه خلأ می‌شود. فشار   به وسیله پمپ روتاری ایجاد می‌شود. و به علت سرد شدن محیط فشار از این مقدار نیز کمتر می‌شود. پمپ خلأ بایستی سه دقیقه قبل از روشن کردن دستگاه روشن شود تا خلأ  ایجاد شود.

• پمپ خلأ در حین کار دستگاه نباید خاموش شود.
• اگر دستگاه بدون روشن کردن پمپ خلأ بکار بیافتد، هوای داخل محفظه یخ می‌زند و به نمونه آسیب خواهد رساند.
• برای اطلاعات بیشتر در مورد پمپ خلأ، نحوه سرویس دهی و رفع اشکالات آن، به دفترچه راهنمای آن رجوع کنید.

شکل 14: پمپ خلأ از نوع روتاری

کنترلر دما

نمایشگر و کنترلر دما (TCM) دما سنجی است با دقت 0.01 کلوین در دماهای فوق سرد دما سنجی می‌کند. TCM با استفاده از 2 سنسور مقاومتی (RTD) که به آن متصل می‌شوند، مقاومت سنسور را خوانده و آن را به دما تبدیل می‌کند، و در صفحه نمایش خود نشان ‌می‌دهد، و با استفاده از یک هیتر که به TCM وصل می‌شود، می توان دما را با دقت 0.1 کلوین ثابت نگه داشت. محدوده دمای قابل نمایش بستگی به نوع سنسور و کالیبره بودن آن دارد. استفاده عمده TCM برای اندازه گیری دمای کلدهد است.

شکل 15: کنترلر دما مدل TCM4161

• برای اطلاعات بیشتر در مورد کنترلر دما به دفترچه راهنمای TCM4161 رجوع کنید.

هیتر

هیتر مقاومتی است که به سر مرحله دوم کلدهد وصل شده است. هیتر با ولتاژی که به آن داده می‌شود گرم شده و سبب تغییر دمای سر کلدهد می‌شود. با خاموش و روشن کردن ولتاژ با یک منبع تغذیه سوئیچینگ می‌توان دمای سر کلدهد‌ را ثابت نگه داشت.

• برای اطلاعات بیشتر در مورد هیتر به دفترچه راهنمای آن رجوع کنید.

نگهدارنده‌ی نمونه (Sample Holder)

محفظه قابل انفصال و نگهدارنده‌ی نمونه بسته به نوع آزمایش و سفارش خریدار ساخته می‌شود. در شکل زیر دو نوع نگهدارنده‌ی نمونه نشان داده شده است.

• برای اطلاعات بیشتر در مورد نگهدارنده‌ی نمونه به دفترچه راهنمای آن رجوع کنید.

شکل 16: سمت راست: برای آزمایشهای اندازه گیری شدت جریان و میدان مغناطیسی. سمت چپ: برای آزمایش‌های اپتیکی

شکل 17: ابعاد sample holder

نصب نمونه و حفاظ تابشی(Radiation Shielding)

برای نصب نمونه نکات زیر رعایت شود:

• از دست کش استفاده شود
• نگهدارنده‌ی نمونه را با استون شستشو دهید
• برای اتصال بهتر نمونه با sample holder از فویل ایندیوم استفاده کنید
• برای کاهش اتلاف حرارتی، سیم سنسور و سیم‌های دیگر به دور کلدهد پیچانده شود (مطابق شکل 18)
• سنسور‌های دما را در جای مورد نظر خود وصل کنید و برای اتصال بهتر آن‌ها از فویل ایندیوم استفاده کنید
• سنسور (input A) در TCM را به محلی وصل کنید که می‌خواهید دما در آن ثابت نگهداشته شود (عملگر هیتر برای کنترل دما به این سنسور وابسته است)
• از عدم اتصال الکتریکی سنسور‌ها با بدنه کلدهد با مولتی‌متر اطمینان حاصل فرمایید
• حفاظ تابشی را بر روی کلدهد قرار داده و پیچ‌های آن را محکم کنید (شکل 19). توجه کنید که سیم‌ها توسط لبه‌های آن بریده نشوند

شکل 18: نحوه پیچیدن سیم سنسور به دور کلدهد

شکل 19: نحوه قرار گرفتن حفاظ تابشی و قسمت متحرک محفظه

نحوه کار کردن با دستگاه

برای کار کردن با دستگاه به ترتیب نکات زیر را بکار گیرید:

• نمونه را قرار داده و محفظه را ببندید
• سیکل آب را باز کنید.
• دستگاه را به برق وصل کنید.
• پمپ روتاری را روشن کنید
• با استفاده از گیج خلأ از عدم نشتی اطمینان حاصل کنید.
• به مدت 5 الی 10 دقیقه صبر کنید تا فشار محفظه به برسد.
• کمپرسور را روشن کنید(به نحوه کارکردن تابلو برق مراجعه کنید).
• همزمان کنترلر و ما نیتور دما روشن گردد تا تغییرات دما مشاهده گردد.
• با استفاده از کنترلر و ما نیتور دما، دمای دلخواه را انتخاب کنید.
• آزمایش خود را انجام دهید.
• پس از اتمام آزمایش کمپرسور و سپس پمپ روتاری را خاموش کنید
• شیر آب را ببندید
• دستگاه کلدهد برای رسیدن به دمای محیط حدوداً به دو ساعت زمان نیاز دارد، لذا بیش از این زمان شیر خلأ شکن باز نکنید. در غیر این‌صورت کلدهد برفک زده و احتمال صدمه دیدن آن وجود دارد.

اشکالات متداول

در این قسمت اشکالات احتمالی، علت اشکال که کاربر با آن‌ها بر خورد می‌کند آمده است.