低温检测阀门的研讨和检测

    众所周知，超流氦的粘度为零。要在30个大气压的情况下，将超流氦密封在很小的腔体里，其难度是可想而知的。为了实现实验所需要的温度和压力控制，最初的设计采用了JPL特殊设计的阀门。将实验腔和阀门远离，两者用直径为0.25mm的毛细管相连结。一般情况下，阀门的工作温度为4.2K.并且，在低温下，要求阀门应在从30个大气压到饱和压力的范围内的任意压力下均能打开。
　　
　　阀门在实验过程中是关闭的。打开阀门所需要的压力事先可以通过弹簧调节。阀门共有3个毛细管与之相连，如所示。分别为进气口、出气口和加压管道。阀门的关键部位为密封件，其包括底座和针头，阀门的设计是完全按照为了便于更换底座和针头而定的。这样，可以通过大量的测试来选择合适底座和针头。由于阀门的密封完全是靠底座和针头的接触和变形来完成的。一般来说，密封面的尺寸非常小。要密封住超流氦，就要求密封面的光洁度非常好。通过对底座和针头的密封面进行特殊抛光处理，使密封面达到了镜面的效果。在100倍电子显微镜下观察，密封面上应无任何杂质和加工的痕迹，如所示。从中仅可以看到金属的表面结构。
　　
　　由于实验需要阀门在从30个大气压到饱和压力的任意压力下均能打开，并能完全密封住超流氦，所以阀门的开关特性是最关键的一环。因此在77K和300K的温度下，对阀门的流量特性进行了测试。
　　
　　阀门的工作原理如下：一般情况下，在加压口3加上一定的压力，压力迫使波纹管收缩，将阀门密封件之一的底座与针头分离，实验用的高纯度氦气就由进气口1由气源进入，并通过出气口2进入实验腔中，如所示。
　　
　　电子显微镜下的部分密封件表面，材料为高纯无氧铜（OFHC）在空间实验中，由于可靠性的缘故，对两套不同形式的密封件进行了测试。它们的结构分别示于和。密封件结构示意图在流量特性的测试中，采用4He作为工质。为了测量出阀门在大范围流量下的流动特性，采用氦质谱检漏仪作为流量测量设备。为了充分了解阀门的流量特性。在77K和300K的温度下，进行了以下两种情况的测量：1.实验腔连接在出气口，氦气从进气口进入，从出气口进入实验腔；2.实验腔连接在进气口，氦气从出气口进入，从进气口进入实验腔。