基于液氮冷源控制超低温校准恒温槽安全防护研究

基于液氮冷源控制超低温校准恒温槽安全防护研究

田莉丽

贵州航天计量测试技术研究所 贵州 贵阳 550009

摘要：本文提出了基于液氮冷源控制的超低温校准恒温槽的安全防护研究。由于国内的低温槽已经取得了很大的发展和进步，运用液氮作为冷却介质消除了级联压缩系统极高的成本和这类恒温槽的笨重性，基于业内液氮控制的超低温校准恒温槽没有可行的安全防护措施，本文将从两个方面提出基于液氮控制的超低温校准恒温槽的安全防护研究，对于液氮控制的超低温校准恒温槽的使用具有重大的研究意义。

关键词：液氮冷源 安全防护 恒温槽

0. 引言

基于液氮冷源+加热装置恒温槽校准装置设计校准恒温槽由三部分组成：液氮罐、恒温槽、温控系统；液氮罐作为冷源实现恒温槽到达所需的低温点，由电磁阀控制恒温槽内液氮的输入量；恒温槽作为校准的工作区域，为铂热电阻的校准提供稳定的温场；温控系统通过控制液氮管路上的电磁阀的通断时间，以及恒温槽上的加热电阻丝的加热时间，使恒温槽内温场的均匀度和波动度满足铂热电阻的校准技术要求。其校准装置原理如图1所示。

图1 基于液氮冷源控制的超低温校准恒温槽设计原理图

0. 液氮罐的安全使用

1.1 液氮性质

在常温常压下，氮为无色无臭无味的惰性气体。氮在空气中约占78.1%。液态氮也是无色无臭，比水轻。在空气中不燃烧。常温下呈现惰性，但在高温下与氧化合。氮本身无毒，无刺激性，吸入的氮气仍以原形通过呼吸道排出。然而，空气中含氮量增加会造成氧的稀释，影响人的正常呼吸。高浓度的氮气可引起窒息。液氮接触皮肤能引起冷烧伤。

1.2 液氮罐的安全使用

正常情况下，液氮贮存在密封式罐体时，要注意将液氮罐口保留一定缝隙，否则液氮气化时气体无法及时排出，极易造成爆炸事故。一般液氮罐的盖塞都留有一定的缝隙，在使用时千万不要人为将其堵塞，液氮使用注意事项：

（1）液氮是低温制品，在使用过程中要防止冻伤。

（2）在使用和贮存液氮的房间内，要保持通风良好，以避免空间缺氧，造成人员窒息。

（3）由于液氮不具有杀菌性，故接触液氮的用具要注意消毒。

1.3 液氮罐使用维护

（1）在使用过程中，每天都应随时检查罐体的使用情况，发现罐体瓶盖上或上部有水珠和结霜情况，说明罐体质量有问题，应立即停止使用；在罐体无水珠或结霜现象时，可以用手触摸外壳 ，若感觉上部冷，下部热，这也说明罐体质量有一定的问题，即液氮日增损较大，应注意观察，防止液氮耗损，最好停止使用；同时在日常使用过程中，还要参照相关压力容器安全技术监察规程要求，定期对液氮罐及安全设施仪表附件进行检测校验，确保其安全完好。

（2）使用前要认真检查容器相关安全仪表和附件，当仪表、附件处于完好的正常状态下，才能正确掌握和调整其所需压力和容量； 若发现示值与实际不符，应立即停止使用。

（3）液氮罐要存放在通风良好的阴凉处，不要在太阳光下暴晒。由于其制造精密及固有的特性，无论在使用或存放时，严禁液氮罐倾斜、横放、倒置、堆压、相互撞击或与其他物件碰撞，要始终保持罐体直立。

（4）严禁在容器盖上放置物体和密封颈口。

0. 恒温槽的安全使用

2.1恒温槽结构介绍

恒温槽由保温罐、保温层和外壳三部分组成，将槽体设计为圆柱体，便于仪器的安装，其传热基本均匀，能够满足使用时的对温场的技术指标要求。保温层附着在保温罐的外表面，加热电阻丝位于保温层与保温罐之间，双线绕制紧密贴合在保温罐上并喷上绝缘胶，保证加热电阻丝和保温罐之间绝缘；液氮通过电磁阀流入保温罐，由液氮冷源和加热电阻维持保温罐内的温度恒定。

2.2恒温槽的安全使用

该恒温槽使用液氮作为冷源介质计量工业铂、铜热电阻。在计量完毕后，将工业铂、铜热电阻从恒温槽内取出因温差过大（最高温差可达到200℃），会对工作人员以及设备造成不可逆转的危害，所以在使用该恒温槽时候应该注意：

1. 在恒温槽温度未达到环境温度时，不要去移动恒温槽的密封盖。

2. 在填充液氮前，确保恒温槽的内部是清洁干净的。确保恒温槽内部完全洁净，清洗时，可以使用丙酮擦拭，并使用酒精清洗，然后在使用离子水清洗，最后使用无毛毛巾擦拭干净；

3. 操作设备仪器时，必须始终穿戴保护装备（如手套，护目镜等）。

0. 结束语

本文通过研究以液氮作为冷源的校准装置恒温槽液氮罐的安全使用和恒温槽的安全使用，来研究校准装置的安全防护，提出了从两个方面种基于液氮冷源控制的超低温校准恒温槽设计的技术方案计量具有重大的研究意义。虽然如今基于液氮冷源控制的超低温校准恒温槽技术不是很成熟，但是这将是经后的一个较大趋势，所以对于低温校准恒温槽的安全防护研究刻不容缓。

参考文献：

[1] 田莉丽,王春羽.基于液氮冷源控制的超低温校准恒温槽的设计[J].科学导报，2020（45）；

[2] 国家质量技术监督局.JJG229-2010工业铂、铜热电阻检定规程[M].中国计量出版社，2010；

[3] 王新,郑振耀,陈忠. 一种简易液氮传输装置的研制与应用[J].实验室科学，2015（6)；

[4] 杨存志.低温传输管线的设计与研究[J].深冷技术，2005（4)。