CN103982115B - 带温控补偿的真空玻璃高低温观察窗装置 - Google Patents

带温控补偿的真空玻璃高低温观察窗装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种带温控补偿的真空玻璃高低温观察窗装置，包括观察窗，该观察窗是由硼硅玻璃或石英玻璃一体形成的圆台结构，包括第一端面、第二端面和侧周面，其内部为真空空腔；观察窗的侧周面的外表面沿圆台结构径向依次设置有反射层、薄膜电加热带和绝热材料。观察窗由固定夹板支撑固定，且与温控装置连接。本发明的观察窗装置结构简单、绝热性能好、视角大、透射功能佳，第一端面可承受0.5kg的压力荷载，可在-150℃～+170℃极端高低温以及大温差应用场合下稳定工作。在低温工况工作时自动对观察窗进行温度补偿，使其第二端面工作在室温附近。

Description

带温控补偿的真空玻璃高低温观察窗装置
技术领域
本发明涉及一种观察窗装置，尤其涉及一种带温控补偿的真空玻璃高低温观察窗装置。
背景技术
在诸如高低温箱等热环境模拟装置或系统的试验过程中，需要实时观察内部的试验情况，以洞悉试验产品的运作状况，特别是在出现突发状况时。由于箱体内部的恶劣温度条件和暗黑环境，若要实时观察内部情况可以在内部安装摄像头，但成本较高，因此通常采用观察窗。由于箱体内外存在较大的温差和压差，这就需要观察窗内侧能够耐受极端恶劣的工况，同时在与环境存在大温差情况下起到很好的隔热作用，至少要求观察窗外表面不结霜、不结露。
现有的观察窗多为普通观察窗装置，如公开号为CN203050404U的密闭观察窗和公开号为CN102213067的防火密闭观察窗，都由高强耐火玻璃和观察窗框架构成，无具体适用温度范围，只能用于对密闭性能和透视性能有一定要求的人防工程。又如公开号为CN202370366U的玻璃观察窗为单层玻璃结构，用于耐高温、抗振场合，但不能起到隔热耐压作用，无法用于极端高低温的场合。因此，常规的观察窗结构尽管具有一定的密闭及透视性能，但无法胜任极端高低温和大温差恶劣环境的需求。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种耐高低温、透射性能好、适用于极端高低温和大温差环境的真空玻璃观察窗装置。
为实现上述目的，本发明提供了一种带温控补偿的真空玻璃高低温观察窗装置，包括观察窗，所述观察窗是由第一端面、第二端面和侧周面一体形成的圆台结构；所述观察窗内部为真空空腔；所述侧周面的外表面沿所述圆台结构径向依次设置有反射层、薄膜电加热带和绝热材料；所述观察窗与温控装置连接；
进一步地，所述观察窗由固定夹板支撑固定。
进一步地，所述固定夹板由内夹板和外夹板构成，所述内夹板和所述外夹板之间夹持所述观察窗。
进一步地，所述内夹板的内表面设置有与所述第一端面相匹配的第一凹部；所述外夹板的内表面设置有与所述第二端面相匹配的第二凹部；所述第一凹部、所述第二凹部和所述观察窗同轴心，所述内夹板与所述外夹板之间的距离与所述观察窗的高度相等。
进一步地，所述观察窗由硼硅玻璃或石英玻璃通过玻璃熔接技术进行无缝拼接一体形成，熔接后所述观察窗经过去应力处理及自然冷却过程。
进一步地，所述侧周面具有封结口，用于对所述观察窗内部进行清理、抽真空以及封结真空。
进一步地，所述观察窗内部的压强低于10-3Pa。
进一步地，所述温控装置包括温控器和温度探头，所述温度探头贴附于所述第二端面，所述温控器与所述温度探头和所述薄膜电加热带电连接。所述温控器固定在所述外夹板上。
进一步地，所述反射层是通过在所述侧周面外表面镀银或黏贴镀铝薄膜形成。
进一步地，所述薄膜电加热带为宽度10～30mm的柔性硅橡胶电加热带，在低温工况时为所述观察窗提供温度补偿。
进一步地，所述绝热材料的材质根据应用温度范围选取，可以是玻璃棉、气凝胶、聚氨酯泡沫等。
与现有的观察窗装置相比，本发明的带温控补偿的真空玻璃高低温观察窗装置具有以下有益效果：
(1)观察窗为一体结构，其内部为空腔并封结高真空，可有效地阻隔两个端面的热量传递，具有极佳的隔热保温功能，无论高低温工况下都能有效地阻止腔体内的漏热。
(2)整个观察窗采用硼硅玻璃或石英玻璃制成，第一端面和第二端面为相互平行的平板玻璃，侧周面玻璃构成观察窗圆台结构的侧面，这种结构视角大、透射性能佳。
(3)观察窗可在-150℃～+170℃的恶劣环境下工作，并能承受0.5kg载荷的等效气压而不发生破裂。
(4)观察窗的侧周面覆盖有反射层，且周围填充有绝热材料，可有效地阻止观察窗与周围介质间的辐射和对流换热。
(5)玻璃窗靠近第二端面的侧周面上设置有薄膜电加热带，通过温度探头反馈的温度信号控制薄膜电加热带，使其在低温时自动开启电加热进行温度补偿，从而即使在潮湿天气也不会出现表面结露、结霜现象。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本发明的一个较佳实施例的带温控补偿的真空玻璃高低温观察窗装置的示意图；
图2是图1中观察窗的示意图；
图3是本发明的一个较佳实施例的固定夹板的示意图。
具体实施方式
如图1、图2和图3所示，本发明的一个较佳实施例提供了一种带温控补偿的真空玻璃高低温观察窗装置，包括观察窗1，观察窗1是由硼硅酸玻璃或石英玻璃通过玻璃熔接技术进行无缝拼接一体形成的圆台结构，能够保证其气密性和强度要求，其结构包括第一端面101、第二端面102和侧周面103，内部8为压强低于10-3Pa的真空空腔。观察窗1经熔接后经过了去应力处理及自然冷却过程。侧周面103外表面覆盖有反射层4，该反射层4可以通过在侧周面103外表面镀银或黏贴镀铝薄膜形成。侧周面103周围还填充有绝热材料5，该绝热材料5的材质根据应用温度范围选取，温度超过+80℃时优先选择玻璃棉或气凝胶，温度低于+80℃的应用场合宜选用聚氨酯泡沫。
本实施例中，第一端面101为直径100～300mm、厚度5～15mm的平面圆盘玻璃，较佳地，为直径200mm、厚度10mm，构成观察窗1圆台结构的上底面；第二端面102为直径50～200mm、厚度4～12mm的平面圆盘玻璃，较佳地，为直径100mm、厚度8mm，构成观察窗1圆台结构的下底面；侧周面103玻璃厚40～60mm，较佳地，其厚度为50mm，构成观察窗1圆台结构的侧面。
制作观察窗1时，需在其侧周面103留一个封结口104，待观察窗1的各端面熔接完成后，首先从封结口104注入酒精清理观察窗1内部，以排除内部污物，从而保证观察窗1良好的可视性。完成清洗工艺并待残余酒精挥发后，从该封结口104将内部抽真空使内部8压强低于10-3Pa，然后使封结口104熔化从而封结真空。
本发明较佳实施例的观察窗1在真空封结后进行了承压试验和极端高低温测试，结果表明，本发明的观察窗1第一端面101能够承受0.5kg重物荷载而不破裂。另外，在第一端面101分别施加30分钟的+170℃电加热和20分钟以上的喷射液氮(-196℃)后，即使在高低温状态下观察窗1也不发生破裂。
本发明的较佳实施例中，侧周面103外表面、与第二端面102交接的位置还缠绕有薄膜电加热带6，薄膜电加热带6位于反射层4和绝缘材料5之间。该薄膜电加热带6为宽度约10～30mm的柔性硅橡胶电加热带，较佳地，其宽度为20mm。在低温工况时为观察窗1提供温度补偿。微型温度探头702为T型或J型热电偶，贴附于第二端面外侧(即与大气环境接触的一侧)，并与温控器701连接。微型温度探头702与温控器701构成温控装置，通过设定的温度及温度信号反馈控制薄膜电加热带6，从而实现控温。例如，温度较低时，通过微型温度探头702反馈该温度信息，然后自动开启电加热进行温度补偿，这样即使在潮湿天气也不会出现表面结露、结霜现象。
另外，本实施例的观察窗1由固定夹板支撑固定。该固定夹板由内夹板2和外夹板3构成，内夹板2和外夹板3之间夹持所述观察窗1。内夹板2和外夹板3为采用环氧材料切割而成的两块平行板材，内夹板2的内表面设置有与第一端面101相匹配的第一凹部21，用于嵌置第一端部101；外夹板3的内表面设置有与第二端面102相匹配的第二凹部31，用于嵌置第二端部102。第一凹部21、第二凹部31和观察窗1同轴心，内夹板2与外夹板3之间的距离与观察窗1的高度相等。外夹板3上固定连接有控温器701。如图3所示，固定夹板可制成箱状结构，或者根据应用需求相应做出改变。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种带温控补偿的真空玻璃高低温观察窗装置，包括观察窗，其特征在于，所述观察窗是由第一端面、第二端面和侧周面一体形成的圆台结构；所述观察窗内部为真空空腔；所述侧周面外表面沿所述圆台结构径向依次设置有反射层、薄膜电加热带和绝热材料；所述观察窗与温控装置连接；所述温控装置包括温控器和温度探头，所述温度探头贴附于所述第二端面，所述温控器与所述温度探头和所述薄膜电加热带电连接。
2.如权利要求1所述的带温控补偿的真空玻璃高低温观察窗装置，其特征在于，所述观察窗由固定夹板支撑固定。
3.如权利要求2所述的带温控补偿的真空玻璃高低温观察窗装置，其特征在于，所述固定夹板由内夹板和外夹板构成，所述内夹板和所述外夹板之间夹持所述观察窗。
4.如权利要求3所述的带温控补偿的真空玻璃高低温观察窗装置，其特征在于，所述内夹板的内表面设置有与所述第一端面相匹配的第一凹部；所述外夹板的内表面设置有与所述第二端面相匹配的第二凹部；所述第一凹部、所述第二凹部和所述观察窗同轴心，所述内夹板与所述外夹板之间的距离与所述观察窗的高度相等。
5.如权利要求1所述的带温控补偿的真空玻璃高低温观察窗装置，其特征在于，所述观察窗由硼硅玻璃或石英玻璃通过玻璃熔接技术进行无缝拼接一体形成，熔接后所述观察窗经过去应力处理及自然冷却过程。
6.如权利要求1所述的带温控补偿的真空玻璃高低温观察窗装置，其特征在于，所述侧周面具有封结口，用于对所述观察窗内部进行清理、抽真空以及封结真空。
7.如权利要求1所述的带温控补偿的真空玻璃高低温观察窗装置，其特征在于，所述观察窗内部的压强低于10-3Pa。
8.如权利要求1所述的带温控补偿的真空玻璃高低温观察窗装置，其特征在于，所述反射层是通过在所述侧周面外表面镀银或黏贴镀铝薄膜形成。
9.如权利要求1所述的带温控补偿的真空玻璃高低温观察窗装置，其特征在于，所述薄膜电加热带为宽度10～30mm的柔性硅橡胶电加热带，在低温工况时为所述观察窗提供温度补偿。
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