測(cè)量直線型脈沖管制冷機(jī)制冷性能的標(biāo)準(zhǔn)杜瓦及制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種杜瓦，特別涉及一種測(cè)量直線型脈沖管制冷機(jī)制冷性能的標(biāo)準(zhǔn)杜瓦及制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]脈沖管制冷機(jī)是對(duì)回?zé)崾降蜏刂评錂C(jī)的一次重大革新，它取消了廣泛應(yīng)用于常規(guī)回?zé)崾降蜏刂评錂C(jī)(如斯特林和G-M制冷機(jī))中的冷端排出器，而以熱端調(diào)相機(jī)構(gòu)的運(yùn)作來(lái)實(shí)現(xiàn)制冷所需的相位差。冷端運(yùn)動(dòng)部件的完全取消，實(shí)現(xiàn)了冷端的低振動(dòng)、低干擾和無(wú)磨損；而經(jīng)過結(jié)構(gòu)和調(diào)相方式上的重要改進(jìn)，在一些典型溫區(qū)，其實(shí)際效率也已經(jīng)達(dá)到回?zé)崾降蜏刂评錂C(jī)中的最高值。這些顯著優(yōu)點(diǎn)使得脈沖管制冷機(jī)成為30余年來(lái)低溫機(jī)械制冷機(jī)研宄的一大熱門，在航空航天、低溫電子學(xué)、超導(dǎo)工業(yè)和低溫醫(yī)療業(yè)等方面都獲得了廣泛的應(yīng)用。
[0003]根據(jù)脈沖管、蓄冷器、冷頭的相互關(guān)系不同，脈沖管制冷機(jī)可分為如下三種典型布置方式，如圖1所示，其中(a)為同軸型結(jié)構(gòu)，(b)為U型結(jié)構(gòu)，(C)為直線型結(jié)構(gòu)。由圖1可以看出，直線型布置中脈沖管、脈沖管冷頭、蓄冷器處于一條直線上山型布置是指脈沖管和蓄冷器平行布置，各自的冷端連接到共同的脈沖管冷頭之上；同軸型布置是指脈沖管和蓄冷器同心地布置在一起，各自的冷端連接到共同的脈沖管冷頭之上。在三種布置方式中，同軸型的結(jié)構(gòu)最為緊湊，冷端換熱器與器件耦合方便，但該布置方式使得氣體在冷端換熱器折轉(zhuǎn)180°，流動(dòng)阻力增大，同時(shí)引起了較大的氣流擾動(dòng)；尤其是由于脈沖管和蓄冷器沿軸向的溫度可能不匹配，將會(huì)存在較明顯的徑向?qū)釓亩档土酥评湫?。U型布置的緊湊性不如同軸型，但蓄冷器和脈沖管不直接接觸，較之同軸型，避免了因二者軸向溫度不匹配而引起的徑向?qū)釗p失，有利于提高制冷效率；但其氣流在冷端同樣需要180°的折返，和同軸型一樣會(huì)引起氣流擾動(dòng)和不可逆損失。如圖1所示，脈沖管制冷機(jī)采用直線型布置方式時(shí)，脈沖管和蓄冷器處于一條直線上，氣流在冷端不需要折返，因而最大限度地降低了冷端換熱器的流動(dòng)阻力，給冷端氣流以最小的擾動(dòng)，因而在三種布置方式中制冷效率最高，在給定能耗時(shí)的制冷潛力最大，因而在實(shí)際應(yīng)用中也獲得較廣泛應(yīng)用。
[0004]在一臺(tái)直線型脈沖管制冷機(jī)制作完畢并投入使用之前，需要對(duì)其制冷性能做出系統(tǒng)的評(píng)價(jià)。目前普遍采用的是熱平衡測(cè)量法。熱平衡測(cè)量法即利用加熱裝置，對(duì)制冷機(jī)冷頭端面施加指定熱量，通過調(diào)整制冷機(jī)輸入功率，使制冷機(jī)冷頭端面溫度穩(wěn)定在指定溫度點(diǎn)，此時(shí)制冷機(jī)冷頭端面達(dá)到熱平衡狀態(tài)，加熱裝置所施加的熱量即等于制冷機(jī)在指定溫度點(diǎn)所提供的凈制冷量。
[0005]在測(cè)量與評(píng)價(jià)過程中，通常需要為不同的冷指單獨(dú)制作杜瓦系統(tǒng)。首先，由于每臺(tái)制冷機(jī)冷指的情況一般都不相同，從而導(dǎo)致其相應(yīng)的杜瓦系統(tǒng)也不相同，因而，在大多數(shù)情況下，測(cè)量不同制冷機(jī)制冷性能時(shí)所使用的測(cè)量系統(tǒng)便不盡相同；其次，在測(cè)量每臺(tái)制冷機(jī)的制冷性能時(shí)，在冷指上放置包括加熱片和溫度計(jì)在內(nèi)的測(cè)量元件時(shí)，本過程中不可避免地受到較大的人為影響，如所放置的相關(guān)測(cè)量元件的位置、與冷頭端面的貼緊程度等因素都會(huì)對(duì)制冷性能的測(cè)量產(chǎn)生干擾。在這樣情況下，便使得所測(cè)得的不同制冷機(jī)在進(jìn)行制冷性能比對(duì)時(shí)，便沒有比較科學(xué)的可比性。以上所述的這些因素使得在對(duì)同軸型脈沖管制冷機(jī)制冷性能評(píng)價(jià)測(cè)量時(shí)需要耗費(fèi)更多資源與時(shí)間，并且對(duì)不同同軸型脈沖管制冷機(jī)制冷性能評(píng)價(jià)的對(duì)比上，也會(huì)產(chǎn)生使對(duì)比測(cè)量不一致的外界干擾因素。
[0006]由于直線型脈沖管制冷機(jī)相比較另外兩種常用的布置方式(同軸型和U型)結(jié)構(gòu)更為松散，利用熱平衡測(cè)量法測(cè)量直線型脈沖管制冷機(jī)制冷性能對(duì)杜瓦結(jié)構(gòu)提出更高的要求，其困難主要體現(xiàn)在:
[0007]I)由于直線型脈沖管制冷機(jī)結(jié)構(gòu)松散，冷頭冷量提取困難，使得冷頭與加熱片和柱狀溫度計(jì)等測(cè)量元件的耦合困難，如果耦合方式不恰當(dāng)，將嚴(yán)重影響測(cè)量準(zhǔn)確度；
[0008]2)測(cè)量元件與冷頭的耦合過程中不可避免的會(huì)受到較大的人為影響，所耦合測(cè)量元件的位置、與冷頭端面的貼緊程度等因素都會(huì)對(duì)制冷性能的測(cè)量產(chǎn)生干擾，且通常情況下并非使用同一測(cè)量元件，使得不同直線型冷指之間制冷性能的對(duì)比存在不確定度；
[0009]3)為保證冷指工作所需真空環(huán)境，需要為直線型脈沖管制冷機(jī)冷指制作真空罩結(jié)構(gòu)，而由于直線型結(jié)構(gòu)松散，冷指長(zhǎng)寬比過大，相應(yīng)的真空罩結(jié)構(gòu)安裝不便，密封存在難度；
[0010]4)由于每臺(tái)直線型脈沖管制冷機(jī)冷指的情況有所不同，如冷指長(zhǎng)度存在差別，通常需要為每臺(tái)直線型冷指單獨(dú)適配真空罩結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致所制作的冷指真空罩結(jié)構(gòu)與不同冷指之間出現(xiàn)不能互配的情況。
[0011]以上所述的因素使得在對(duì)直線型脈沖管制冷機(jī)制冷性能評(píng)價(jià)測(cè)量時(shí)需要耗費(fèi)更多資源與時(shí)間，并且對(duì)不同直線型脈沖管制冷機(jī)制冷性能的評(píng)價(jià)對(duì)比不可避免地產(chǎn)生較多干擾因素。目前針對(duì)直線型脈沖管制冷機(jī)進(jìn)行制冷性能測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)杜瓦還很少見。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]鑒于現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種測(cè)量直線型脈沖管制冷機(jī)制冷性能的標(biāo)準(zhǔn)杜瓦及制造方法。
[0013]本發(fā)明的目的在于，根據(jù)直線型脈沖管制冷機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，提供一種將真空罩、加熱片、溫度計(jì)功能集中于一體的標(biāo)準(zhǔn)杜瓦，可以直接使用該標(biāo)準(zhǔn)杜瓦，方便快捷地對(duì)一定尺寸范圍內(nèi)的直線型脈沖管制冷機(jī)制冷性能進(jìn)行測(cè)量評(píng)價(jià)，最大限度地減少不同直線型脈沖管制冷機(jī)間制冷性能對(duì)比時(shí)的干擾因素，使不同制冷機(jī)之間的制冷性能具有更為科學(xué)可比性，同時(shí)節(jié)約測(cè)量制冷機(jī)制冷性能的時(shí)間和資源，并大幅度提高測(cè)量的效率。
[0014]如圖2所示，直線型脈沖管制冷機(jī)冷指結(jié)構(gòu)包括蓄冷器端換熱器10、蓄冷器12、冷頭3、脈沖管11、脈沖管端換熱器9，其中脈沖管端換熱器9外徑小于蓄冷器端換熱器10外徑。
[0015]所發(fā)明的測(cè)量直線型脈沖管制冷機(jī)制冷性能的標(biāo)準(zhǔn)杜瓦如圖2所示，由真空罩1、測(cè)量座2、上法蘭蓋4、下法蘭蓋7、卡盤8組成，其特征如下:
[0016]真空罩I包括杜瓦中段結(jié)構(gòu)15、上法蘭13、下法蘭14、左側(cè)波紋管16、右側(cè)波紋管17、左法蘭18和右法蘭19，外形為四個(gè)垂直交叉的圓柱筒體，以杜瓦中間結(jié)構(gòu)15為中心，上下左右分別焊接連接有上法蘭13、下法蘭14、左側(cè)波紋管16、右側(cè)波紋管17，并分別在左側(cè)波紋管16左側(cè)及右側(cè)波紋管17右側(cè)焊接連接有左法蘭18和右法蘭19 ;將真空罩I從外徑較小的脈沖管熱端換熱器9 一端套入直線型脈沖管制冷機(jī)冷指，左法蘭18緊貼于蓄冷器端換熱器10右端面，利用螺釘緊固連接，并利用O型圈進(jìn)行密封，可通過調(diào)節(jié)左側(cè)波紋管16和右側(cè)波紋管17來(lái)適應(yīng)不同直線型脈沖管制冷機(jī)冷頭3的位置及蓄冷器12和脈沖管11的長(zhǎng)度；右法蘭19右端內(nèi)徑等于脈沖管端換熱器9左端外徑，卡盤8套入脈沖管端換熱器9，利用螺釘與右法蘭19固定連接，并利用O型圈密封，實(shí)現(xiàn)真空罩I與冷指的徑向密封；測(cè)量座2包括測(cè)量元件集成裝置20、測(cè)量座波紋管21和安裝法蘭22，其中測(cè)量元件集成裝置20上端有圓柱凸臺(tái)23，圓柱凸臺(tái)23上端面攻有螺紋孔以便安裝加熱片元件，圓柱凸臺(tái)23側(cè)面有圓柱通孔24，其直徑略大于柱狀溫度計(jì)，測(cè)量時(shí)柱狀溫度計(jì)可放入其中，實(shí)現(xiàn)測(cè)量元件的集成化；測(cè)量座波紋管21呈倒U形，可實(shí)現(xiàn)測(cè)量座2與冷指交叉安裝，并利用測(cè)量座波紋管21的彈性力使測(cè)量元件集成裝置20下端面緊貼于冷頭3上端面，測(cè)量座2通過下端的安裝法蘭22安裝于下法蘭14內(nèi)部下端的環(huán)形平臺(tái)25上，利用螺釘進(jìn)行緊固連接；將焊接有抽氣接口 6的下法蘭蓋7安裝于下法蘭14，將焊接有接線座5的上法蘭蓋4安裝于上法蘭13，均利用螺釘緊固連接并利用O型圈進(jìn)行密封，其中抽氣接口 6用于連接抽真空設(shè)備，在測(cè)量時(shí)抽取真空罩內(nèi)真空，接線座5用于向加熱片輸入加熱功率以及將柱狀溫度計(jì)溫度信號(hào)輸出；從而形成一種測(cè)量直線型脈沖管制冷機(jī)制冷性能的標(biāo)準(zhǔn)杜瓦。
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