一種溫控組件熱性能測(cè)試系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種溫控組件熱性能測(cè)試系統(tǒng)，可以模擬溫控組件在近似真空絕熱環(huán)境下對(duì)其進(jìn)行熱性能的測(cè)試與研究，包括供電單元、真空室和溫度采集與分析單元，所述真空室包括密封連接的真空室鐘形罩和真空室底板，所述真空室的內(nèi)腔中設(shè)置蓄熱槽和電熱元件，所述電熱元件加熱片和蓄熱槽的底面緊密貼合，所述蓄熱槽內(nèi)放置溫控組件,在所述溫控組件中設(shè)置熱電偶,所述電熱元件通過(guò)設(shè)置在所述真空室底板上的航空插頭與供電單元電連接，所述熱電偶也通過(guò)所述航空插頭與所述溫度采集與分析單元連接。
【專利說(shuō)明】一種溫控組件熱性能測(cè)試系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種熱性能測(cè)試系統(tǒng)，具體涉及一種溫控組件熱性能測(cè)試系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]高超聲速飛行器在大氣層內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間高速飛行，采取高效防隔熱措施后，艙內(nèi)近似真空絕熱環(huán)境，伺服系統(tǒng)放熱和冷熱連接部位傳入的熱量會(huì)導(dǎo)致艙內(nèi)溫度升高，影響儀器設(shè)備的正常工作，因此必須采取有效的溫控措施。為了滿足飛行器艙內(nèi)溫度控制要求，利用熱轉(zhuǎn)移材料的高導(dǎo)熱性能將熱源部位產(chǎn)生的熱量傳遞給蓄熱材料或冷源，在蓄熱空間內(nèi)布置高導(dǎo)熱材料或高強(qiáng)度傳熱器件來(lái)實(shí)現(xiàn)熱能的快速傳導(dǎo)均布，將熱量從發(fā)熱源傳導(dǎo)出來(lái)并均勻散布在蓄熱材料中，即將熱源處的高熱流密度能量轉(zhuǎn)成低熱流密度能量并傳給蓄熱材料，從而適應(yīng)蓄熱材料雖然儲(chǔ)熱能力強(qiáng)但自身吸熱速度較慢及熱傳導(dǎo)能力差的特點(diǎn)。然而在這種近似真空絕熱環(huán)境、有限重量體積條件下，開(kāi)展基于熱耗散、熱疏導(dǎo)原理的多部位、多溫區(qū)的溫控技術(shù)研究與工程應(yīng)用，目前尚沒(méi)有完整的設(shè)計(jì)理論及方法可以借鑒，尤其是在溫控材料(結(jié)構(gòu))熱匹配機(jī)理、結(jié)構(gòu)與效率控制方法方面缺乏清晰的認(rèn)識(shí)，已經(jīng)成為制約工程溫控技術(shù)實(shí)現(xiàn)的瓶頸問(wèn)題。因此急需從基礎(chǔ)研究入手，明晰熱耗散、熱轉(zhuǎn)移材料自身的熱物性、傳熱傳質(zhì)特性與溫控效率之間的聯(lián)系，掌握多種熱轉(zhuǎn)移、熱耗散材料的熱匹配及作用機(jī)理，充分利用溫控組件熱性能測(cè)試方法，為溫控材料(組件)性能與效率的優(yōu)化提供理論基礎(chǔ)，促進(jìn)溫控材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制備技術(shù)的發(fā)展，保證專項(xiàng)工程的研制過(guò)程。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，本實(shí)用新型目的在于提供一種溫控組件熱性能測(cè)試系統(tǒng)，利用該測(cè)試系統(tǒng)可以模擬溫控組件在近似真空絕熱環(huán)境下對(duì)其進(jìn)行熱性能的測(cè)試與研究。
[0004]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型是通過(guò)以下技術(shù)方案進(jìn)行實(shí)現(xiàn)的:
[0005]一種溫控組件熱性能測(cè)試系統(tǒng)，包括供電單元、真空室和溫度采集與分析單元，其特征在于，所述真空室包括密封連接的真空室鐘形罩和真空室底板，所述真空室的內(nèi)腔中設(shè)置蓄熱槽和電熱元件，所述電熱元件的加熱片和蓄熱槽的底面緊密貼合，所述蓄熱槽內(nèi)放置溫控組件，在所述溫控組件中設(shè)置熱電偶，所述電熱元件通過(guò)設(shè)置在所述真空室底板上的航空插頭與供電單元電連接，所述熱電偶也通過(guò)所述航空插頭與所述溫度采集與分析單元連接。
[0006]優(yōu)選地，所述溫控組件為相變材料溫控組件。進(jìn)一步地，本實(shí)用新型溫控組件由熱傳導(dǎo)和熱耗散兩部分組成，熱傳導(dǎo)部分可以為蜂窩結(jié)構(gòu)材料、編織結(jié)構(gòu)材料或高強(qiáng)度傳熱器件，熱耗散部分可以為相變微膠囊材料或蓄熱基體材料中添加顆粒。
[0007]優(yōu)選地，所述電熱元件為氮化硅電熱元件。采用氮化硅電熱元件作為加熱源來(lái)模擬實(shí)際發(fā)熱體的發(fā)熱面積和熱流密度，該發(fā)熱元件體積小、熱慣性小、表面負(fù)荷高、升溫速度快，干點(diǎn)升溫可達(dá)1200°C，干點(diǎn)加熱負(fù)荷可達(dá)25W/cm2，能實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)所需高溫環(huán)境要求，由電源對(duì)其進(jìn)行加熱。通過(guò)可控硅調(diào)功器控制其發(fā)熱功率，從而實(shí)現(xiàn)功率可視化精確控制，性能安全可靠。
[0008]優(yōu)選地，所述真空室鐘形罩的側(cè)壁上設(shè)有觀察窗。設(shè)計(jì)加工了石英玻璃觀察窗，與鐘形密閉罩通過(guò)法蘭連接，以觀察實(shí)驗(yàn)工況。由于真空室內(nèi)需布置溫控組件及其它各種接線，導(dǎo)致鐘形密閉罩體積及重量加大，由此帶來(lái)安裝及拆卸不便，為了使實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)捷，設(shè)計(jì)的石英玻璃視窗除了有觀察實(shí)驗(yàn)進(jìn)程功能之外，還要方便真空室安裝拆卸及蓄熱槽、電加熱元件和熱電偶布置，由于蓄熱槽為長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，真空室腔為圓柱體，于是設(shè)計(jì)時(shí)需充分考慮長(zhǎng)方體和圓柱體的合理匹配，設(shè)計(jì)時(shí)需預(yù)留一定的偏心矩，以使真空室空間得到最大程度的利用并利于蓄熱槽的安裝拆卸及熱電偶的合理布置，從而使實(shí)驗(yàn)操作變得更加簡(jiǎn)單可靠，實(shí)驗(yàn)可重復(fù)性顯著增強(qiáng)。
[0009]優(yōu)選地，溫控組件熱性能測(cè)試系統(tǒng)還包括與真空室底板對(duì)接的用以抽取真空室內(nèi)部空氣的分子泵。
[0010]優(yōu)選地，所述溫度采集與分析單元包括通信連接的溫度采集器與數(shù)據(jù)分析單元，所述熱電偶與所述溫度采集器連接。
[0011]優(yōu)選地，所述供電單元、真空室固定于一移動(dòng)工作臺(tái)上。
[0012]優(yōu)選地，所述供電單元包括依次電連接的可控硅調(diào)功器、空氣開(kāi)關(guān)和接線端子，所述電熱元件通過(guò)導(dǎo)線與所述接線端子連接。
[0013]優(yōu)選地，所述熱電偶為K型熱電偶。
[0014]本實(shí)用新型的鐘形密閉真空室，用以模擬艙內(nèi)近似真空絕熱環(huán)境。為了方便電熱元件的加熱片的固定及最大程度的減小蓄熱槽和加熱片之間的接觸熱阻，設(shè)計(jì)加工時(shí)采用在蓄熱槽底面開(kāi)槽并進(jìn)行拋光打磨，以使加熱片和蓄熱槽底面之間能緊密配合，從而最大程度減小導(dǎo)熱損失。真空室與外部設(shè)備接口采用航空插頭進(jìn)行轉(zhuǎn)接以提高氣密性，由于市場(chǎng)上航空插頭氣密性不太好，為了進(jìn)一步提高真空室內(nèi)的真空度和實(shí)現(xiàn)更好的氣密性，采用在航空插頭里加注螺紋膠的方法以改善其密封性能，該螺紋膠固化前是稀薄液體，流動(dòng)性好，在空氣中能快速固化，固化后能實(shí)現(xiàn)有效密封并可進(jìn)行拆卸，實(shí)驗(yàn)可操作性強(qiáng)，可重復(fù)性好，經(jīng)濟(jì)實(shí)用。
[0015]本實(shí)用新型的溫控組件熱性能測(cè)試系統(tǒng)在測(cè)試溫控組件熱性能時(shí)，首先連接好控制電熱元件功率的電路，將溫控組件放入蓄熱槽內(nèi)，按實(shí)驗(yàn)需求布置熱電偶監(jiān)測(cè)其溫度隨加熱時(shí)間變化，然后將真空室與外部設(shè)備接口及分子泵連接好，開(kāi)啟分子泵對(duì)真空室進(jìn)行抽真空，通過(guò)真空表控制其真空度，當(dāng)真空度滿足要求后，開(kāi)啟調(diào)功器并設(shè)置好功率使電熱元件對(duì)溫控組件進(jìn)行加熱，當(dāng)溫控組件溫度超過(guò)其相變點(diǎn)時(shí)停止加熱，并關(guān)閉真空泵。
[0016]本實(shí)用新型的有益效果是:
[0017]本實(shí)用新型通過(guò)調(diào)功器來(lái)控制電熱元件的功率，實(shí)現(xiàn)了功率可視化精確控制，并使電熱元件迅速升溫，可實(shí)現(xiàn)從室溫到1200°C溫度范圍的多溫區(qū)連續(xù)控溫。設(shè)計(jì)加工了一套鐘形密閉真空室，模擬艙內(nèi)近似真空絕熱環(huán)境，同時(shí)配備真空系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)在不同溫區(qū)下的真空環(huán)境。設(shè)計(jì)加工了觀察窗，與鐘形密閉罩通過(guò)法蘭連接，以觀察實(shí)驗(yàn)工況。由于真空室內(nèi)需布置溫控組件及其它各種接線，導(dǎo)致鐘形密閉罩體積及重量加大，由此帶來(lái)安裝及拆卸不便，為了使實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)捷，設(shè)計(jì)的觀察窗除了有觀察實(shí)驗(yàn)進(jìn)程功能之外，還要方便真空室安裝拆卸及蓄熱槽、電熱元件和熱電偶布置，由于蓄熱槽為長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，真空室腔為圓柱體，于是設(shè)計(jì)時(shí)需充分考慮長(zhǎng)方體和圓柱體的合理匹配，設(shè)計(jì)時(shí)需預(yù)留一定的偏心矩，以使真空室空間得到最大程度的利用并利于蓄熱槽的安裝拆卸及熱電偶的合理布置，從而使實(shí)驗(yàn)操作變得更加簡(jiǎn)單可靠，實(shí)驗(yàn)可重復(fù)性顯著增強(qiáng)。設(shè)計(jì)加工時(shí)采用在蓄熱槽底面開(kāi)槽并進(jìn)行拋光打磨，以使加熱片和蓄熱槽底面之間能緊密配合，這一方面是為了方便加熱片的固定，另一方面能最大程度的減小蓄熱槽和加熱片之間的接觸熱阻，以最大程度減小導(dǎo)熱損失。真空室與外部設(shè)備接口采用航空插頭進(jìn)行轉(zhuǎn)接以提高氣密性，為了進(jìn)一步提高真空室內(nèi)的真空度和實(shí)現(xiàn)更好的氣密性，通過(guò)在航空插頭里加注螺紋膠的方法以改善其密封性能，該螺紋膠固化前是稀薄液體，流動(dòng)性好，在空氣中能快速固化，固化后能實(shí)現(xiàn)有效密封并且拆卸方便，實(shí)驗(yàn)可操作性強(qiáng)，可重復(fù)性好，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，從而大大提高了真空室與外部設(shè)備接口的氣密性及真空室內(nèi)的真空度，并能最大程度的消除由自然對(duì)流產(chǎn)生的熱損。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1所示為本實(shí)用新型的測(cè)試系統(tǒng)裝置圖；
[0019]圖2所示為本實(shí)用新型的供電單元裝置圖；
[0020]圖3所示為本實(shí)用新型的溫度采集與分析單元裝置圖。

【具體實(shí)施方式】
[0021]為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下參照附圖并舉實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0022]如圖1至3所示，本實(shí)用新型的溫控組件熱性能測(cè)試系統(tǒng)，包括供電單元10、真空室20和溫度采集與分析單元30，真空室20包括密封連接的真空室鐘形罩21和真空室底板22，真空室20的內(nèi)腔中設(shè)置蓄熱槽5和電熱元件6，電熱元件6的加熱片和蓄熱槽5的底面緊密貼合，蓄熱槽5內(nèi)放置溫控組件，在溫控組件中設(shè)置熱電偶7，電熱元件6通過(guò)設(shè)置在真空室底板22上的航空插頭8與供電單元10電連接，熱電偶7也通過(guò)航空插頭8與溫度采集與分析單元30連接。優(yōu)選地，溫控組件為相變材料溫控組件。優(yōu)選地，電熱元件6為氮化硅電熱元件。優(yōu)選地，真空室鐘形罩21的側(cè)壁上設(shè)有觀察窗23。
[0023]優(yōu)選地，溫控組件熱性能測(cè)試系統(tǒng)還包括與真空室底板11對(duì)接的用以抽取真空室內(nèi)部空氣的分子泵12。優(yōu)選地，溫度采集與分析單元30包括通信連接的溫度采集器31與數(shù)據(jù)分析單元32，熱電偶7與溫度采集器31連接。優(yōu)選地，供電單元10、真空室20固定于一移動(dòng)工作臺(tái)上。優(yōu)選地，供電單元10包括依次電連接的可控硅調(diào)功器11、空氣開(kāi)關(guān)12和接線端子13，電熱元件6通過(guò)導(dǎo)線與接線端子13連接。
[0024]本實(shí)用新型的溫控組件熱性能測(cè)試系統(tǒng)，能夠測(cè)試溫控組件在多相(固，固-液，液)共存、轉(zhuǎn)變時(shí)的多種參數(shù)，包括熱性能(總吸熱量、輻射熱損)、溫度分布等。測(cè)試中采用電加熱方式，可實(shí)現(xiàn)從室溫到1200°C溫度范圍的多溫區(qū)連續(xù)控溫，同時(shí)配備真空系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)在不同溫度下的真空環(huán)境。
[0025]實(shí)用新型的溫控組件溫控性能測(cè)試系統(tǒng)在使用時(shí)，可具體采用如下步驟:
[0026]1.將空氣開(kāi)關(guān)12、接線端子13、可控硅調(diào)功器11安裝于配電單元10中，將氮化硅電熱元件6與空氣開(kāi)關(guān)12、接線端子13、可控硅調(diào)功器11相關(guān)電路連接好，調(diào)試運(yùn)行完好后關(guān)閉空氣開(kāi)關(guān)12。
[0027]2.將真空室底板22和配電單元10固定于移動(dòng)工作臺(tái)上，將溫控組件放入蓄熱槽5內(nèi)，將氮化娃電熱兀件6布于蓄熱槽5底面,按實(shí)驗(yàn)需求在溫控組件及真空室底板22布置若干個(gè)K型熱電偶7，將K型熱電偶、航空插頭8、溫度采集器31與計(jì)算機(jī)32連接好。
[0028]3.將真空室鐘形罩21與石英玻璃觀察窗5進(jìn)行安裝連接固定。
[0029]4.利用高壓惰性氣體對(duì)航空插頭6進(jìn)行吹洗，將螺紋膠注入航空插頭6，待其固化后，將真空室鐘形罩21與真空室底板22進(jìn)行安裝連接固定。
[0030]5.將分子泵40和真空室底板22對(duì)接好。
[0031]6.開(kāi)啟分子泵40抽真空，將真空室內(nèi)部空氣抽凈排空，當(dāng)真空度達(dá)到要求時(shí)開(kāi)啟空氣開(kāi)關(guān)12，設(shè)置可控硅調(diào)功器11功率為實(shí)驗(yàn)所需值，啟動(dòng)氮化硅電熱元件6對(duì)溫控組件進(jìn)行加熱，同時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)采集器31，開(kāi)始采集數(shù)據(jù)，并通對(duì)石英玻璃觀察窗5對(duì)溫控組件的實(shí)驗(yàn)工況進(jìn)行觀察，當(dāng)溫度超過(guò)溫控組件相變材料相變點(diǎn)時(shí)停止加熱，記錄可控硅調(diào)功器11顯示的功率、溫度采集器31顯示的運(yùn)行時(shí)間及相關(guān)溫度數(shù)據(jù)。
[0032]7.關(guān)閉空氣開(kāi)關(guān)12、分子泵40和溫度采集器31，處理相關(guān)數(shù)據(jù)并分析結(jié)果。
[0033]本實(shí)用新型的主要性能指標(biāo)如下:
[0034](I)環(huán)境溫度范圍:室溫?1200°C，100°C以下的控溫精度為±0.5°C，100?1200°C的控溫精度為±0.5% ；
[0035](2)環(huán)境壓力范圍:可實(shí)現(xiàn)常壓及負(fù)壓測(cè)量，真空度范圍IPa?lbar，真空度測(cè)量不確定度< 4% ；
[0036](3)可測(cè)量參數(shù):溫控組件的總吸熱量、吸熱速率、相變溫度、輻射熱損、溫度分布等;
[0037](4)總吸熱量、吸熱速率、輻射熱損測(cè)試精度:±3%。
[0038]以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種溫控組件熱性能測(cè)試系統(tǒng)，包括供電單元、真空室和溫度采集與分析單元，其特征在于，所述真空室包括密封連接的真空室鐘形罩和真空室底板，所述真空室的內(nèi)腔中設(shè)置蓄熱槽和電熱元件，所述電熱元件加熱片和蓄熱槽的底面緊密貼合，所述蓄熱槽內(nèi)放置溫控組件，在所述溫控組件中設(shè)置熱電偶，所述電熱元件通過(guò)設(shè)置在所述真空室底板上的航空插頭與供電單元電連接，所述熱電偶也通過(guò)所述航空插頭與所述溫度采集與分析單元連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫控組件熱性能測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，所述溫控組件為相變材料溫控組件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫控組件熱性能測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，所述電熱元件為氮化硅電熱元件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫控組件熱性能測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，所述真空室鐘形罩的側(cè)壁上設(shè)有觀察窗。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的溫控組件熱性能測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，溫控組件熱性能測(cè)試系統(tǒng)還包括與真空室底板對(duì)接的用以抽取真空室內(nèi)部空氣的分子泵。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的溫控組件熱性能測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，所述溫度采集與分析單元包括通信連接的溫度采集器和數(shù)據(jù)分析單元，所述熱電偶與所述溫度采集器連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的溫控組件熱性能測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，所述供電單元、真空室固定于一移動(dòng)工作臺(tái)上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的溫控組件熱性能測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，所述供電單元包括依次電連接的可控硅調(diào)功器、空氣開(kāi)關(guān)和接線端子，所述電熱元件通過(guò)導(dǎo)線與所述接線端子連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的溫控組件熱性能測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，所述熱電偶為K型熱電偶。
【文檔編號(hào)】G01N25/20GK204044094SQ201420484932
【公開(kāi)日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年8月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月26日
【發(fā)明者】桂小紅, 宋香娥, 李鐵, 鄭興華, 唐大偉 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所