通过压力控制维持低温
制冷剂是在标准压力 (760 Torr) 下 120 K 或以下液化的物质。它们通常用于将液化物质保持在极冷的温度下，包括低温保存、火箭推进和医学成像。
两种最著名的冷冻剂是液氮和氦。液氮通常用于实验室环境中的冷藏和快速冷冻，并且接近冷冻剂温度范围的上限。氦气因其接近绝对零 (0 K) 而特别引人注目。它通常为 3-4 K，其变化取决于特定同位素和环境压力。
挑战：减少低温气体的损失
制冷剂的平衡温度高度依赖于压力，如图 1 所示。因此，严格控制绝对压力可以严格控制绝对温度。
图 1：常见制冷剂温度和压力的相互依赖性。
在低温保存应用中，研究人员必须防止制冷剂因蒸发和压力波动而损失。这是一项具有挑战性的工作，因为大气压力的波动幅度通常高达 ±25 Torr。
想象一下研究人员使用 100 L 杜瓦瓶液氦。压力降低 25 托将导致 0.874 升液体汽化，产生 25 标准立方英尺（或约 700 标准升）氦气。这大约是价值 25 美元的液氦。几年后，氦气蒸发可能很快造成数千美元的不必要损失。
解决方案：严格调节顶空压力
因此，压力计/控制器在低温控制中发挥着关键作用，包括：
- 监测封闭容积中的制冷剂损失
- 最大限度地提高制冷剂回收系统的效率
- 控制低温储存容器中的背压
- 通过绝对压力控制来控制低温实验的温度
方法 1：通过背压控制维持顶空压力
绝对压力控制器可用于维持杜瓦瓶顶部空间的恒定绝对压力，确保制冷剂损失最小。当使用氦气回收系统时，背压控制器的排气口应直接连接到回收歧管，而不是如图2所示排放到大气中。这是一种简单且低成本的精确控制氦气背压的方法。低温系统。
图 2：背压控制器用于控制冷冻剂杜瓦瓶中的顶部空间压力并最大限度地减少氦气损失。
采用这种技术，系统中正压的唯一来源是加热制冷剂产生的汽化。因此，任何利用压力变化来控制系统绝对温度的尝试都取决于沸腾一定量的制冷剂所需的时间（通常是一个缓慢的过程）。有些人使用增压线圈来加速压力增加和随后的升温。
方法 2：主动顶空压力控制
为了更快、更灵活地控制制冷剂压力和温度，最好使用主动顶空压力控制方案。将热气体正压源和真空系统连接到双阀压力控制器将为您提供更快的速度并更好地控制制冷剂压力和温度。
图 3 中所示的配置允许您快速引入热气体以增加系统压力。当制冷剂改变其平衡条件时，通过增加蒸发速率来改善这种效果。相反，可以通过通向大气或真空来降低系统的压力。随着压力降低，制冷剂温度也会降低。
图 3：用于主动控制冷冻剂杜瓦瓶顶部空间压力的双阀压力控制器
通过这种方式，制冷剂温度快速升高或降低，同时保持精确控制。因为任何液体的蒸气压都是温度的函数，所以与其饱和蒸气热平衡的液体的温度是其绝对压力的函数。