一、設備準備清單

1. 核心設備

   • 自動液氮泵（推薦品牌：Cryomech、Brooks）

   • 液氮儲罐（需帶壓力釋放閥，容量根據需求選擇）

   • 目標設備（如冷凍干燥機、低溫冷阱等）

2. 輔助材料

   • 液氮專用軟管（材質：不銹鋼波紋管或特氟龍，耐-196℃）

   • 真空絕熱層（包裹管道，減少液氮蒸發）

   • 液位傳感器（用于觸發自動補液）

   • 電磁閥（控制液氮通斷）

   • 溫度/壓力監測儀表

二、搭建步驟詳解

步驟1：系統布局設計

• 基本原則：

  • 液氮儲罐與目標設備盡量靠近，減少管道長度（建議＜5米）。

  • 管道避免直角彎折，彎曲半徑≥3倍管徑，防止液氮汽化堵塞。

• 示意圖：

  液氮儲罐 → 過濾器 → 自動液氮泵 → 電磁閥 → 目標設備 
               ↑                          ↓ 
          液位傳感器 ← 控制器 ← 溫度/壓力傳感器 

步驟2：管路連接與密封

1. 儲罐與泵的連接：

   • 使用法蘭或卡箍接頭固定，接口處加裝銅墊片（禁用橡膠墊片）。

   • 連接后涂抹肥皂水檢測泄漏（無氣泡為合格）。

2. 泵與目標設備的連接：

   • 在泵出口安裝單向閥，防止液氮倒流。

   • 管道包裹雙層絕熱材料（鋁箔+玻纖棉），用扎帶固定。

步驟3：傳感器與控制系統安裝

1. 液位傳感器安裝：

   • 目標設備內壁安裝非接觸式超聲波液位計（距液面10-15cm）。

   • 校準傳感器：空罐時設為0%，滿罐時設為100%。

2. 控制器設置：

   • 設定補液閾值（如液位≤20%啟動，≥90%停止）。

   • 設置泵的流量參數（參考公式：補液速度=目標設備容積×安全系數/時間）。

步驟4：電氣連接與調試

1. 接線規范：

   • 自動液氮泵電機接24V電源（需獨立斷路器）。

   • 傳感器信號線用屏蔽電纜，避免電磁干擾。

2. 試運行測試：

   • 先手動模式運行，觀察液氮流動是否順暢。

   • 切換自動模式，模擬液位下降觸發補液（用干冰模擬低溫環境）。

三、安全操作要點

1. 防泄漏措施

• 每周用氮氣檢測儀檢查管道接口（液氮泄漏會快速汽化，導致局部缺氧）。

• 儲罐周圍安裝氧氣濃度報警器（閾值設定為19.5%）。

2. 防凍傷保護

• 操作時穿戴防凍手套（如Polaris 500系列）和護目鏡。

• 設置安全圍欄，禁止非操作人員靠近。

3. 應急處理

• 液氮大量泄漏：立即關閉總閥，啟動強制通風系統。

• 泵體異常振動：停機檢查是否吸入氣體或管道堵塞。

四、參數優化與維護

1. 流量調節技巧

• 公式參考：
  補液時間（分鐘）=（目標液位差×設備容積） / 泵流量
  例如：目標設備需補液50L，泵流量10L/min → 補液時間≈5分鐘。

• 避免液擊：
  在泵出口加裝緩沖罐（容積≥泵流量×2秒），吸收壓力波動。

2. 定期維護計劃

五、常見問題解決指南

1. 問題：補液時管道結霜嚴重

   • 原因：絕熱層破損或未包裹完全。

   • 處理：用鋁箔膠帶修補，重新包裹絕熱材料。

2. 問題：液位傳感器誤報警

   • 原因：冷凝水附著或電磁干擾。

   • 處理：清潔傳感器探頭，信號線加裝磁環。

總結：自動液氮補液系統搭建需兼顧低溫密封性、控制精度與安全性。遵循以上步驟并嚴格定期維護，可實現高效穩定的液氮供應。對于高價值樣本或設備，建議加裝雙泵冗余系統（一用一備），大限度降低停機風險。