CN105371990A - 一种热管式多点高精度恒温阱装置及其应用 - Google Patents

一种热管式多点高精度恒温阱装置及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种热管式多点高精度恒温阱装置及其应用，包括：环形热管、气体连接腔、液体连接腔和隔热支撑脚，所述环形热管内部充工质，形成恒温环境，所述气体连接腔和液体连接腔分别在环形热管的上部和底部将多支环形热管的热管运行区域连通，实现多支环形热管间的均温，所述隔热支撑脚用于高精度恒温阱装置与恒温槽之间的隔热，降低槽的壁温波动对装置内温度的影响。本发明装置应用于测温元件、测温系统和材料物性的检验和测试。具有结构简单，温度波动小，多点之间温差极小的特征，可以在现有普通常规恒温装置的基础之上实现较高精度的恒温。

Description

一种热管式多点高精度恒温阱装置及其应用
技术领域
本发明涉及一种测试装置，更具体的说，涉及一种测温元件测试、材料性能测试、高精度恒温环境试验等所需装置及其应用。
背景技术
在测温元件、热敏元件、测温系统等生产、使用过程中需要一个较高精度的可调恒温环境用于性能检测和精确性测试。此外，在材料研制和生产过程中需要对其物性在一定温度水平下进行精准测试，同样需要一个较高精度的可调恒温环境。一般而言，较高精度的恒温装置价格昂贵维护成本高。如果能够实现在常规恒温装置的基础之上获取较高精度的恒温环境，将是解决上述问题的一个有效途径。
发明内容
针对上述现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种热管式多点高精度恒温阱装置及其应用，应用于测温元件、测温系统和材料物性的检验和测试。具有结构简单，温度波动小，多点之间温差极小的特征，可以在现有普通常规恒温装置的基础之上实现较高精度的恒温。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种热管式多点高精度恒温阱装置，包括环形热管、气体连接腔、液体连接腔和隔热支撑脚，环形热管内充工质，形成恒温环境，气体连接腔和液体连接腔分别在环形热管的上部和底部将多支环形热管的热管运行区域(环形空间)连通，实现多支热管间的均温，隔热支撑脚用于高精度恒温阱装置与恒温槽之间的隔热，降低槽的壁温波动对装置阱内温度的影响。
所述环形热管包括外管、内管、毛细芯和热管封头，在材质上除隔热支撑脚外均采用304不锈钢，隔热支撑脚采用玻璃钢，毛细芯采用泡沫镍烧结于内管外壁表面。热管内部工质采用具有较高效率的高纯NH3。
所述环形热管总体长度、充液率、环形热管内外管半径及毛细芯参数。环形热管总长度不应低于150mm；充液率应占环形空间、气体和液体连接腔空间总和的45％至50％；环形热管内管管径不大于15mm，壁厚在1.5mm～3mm，内外管之间形成的环形空间壁间距离在5mm～8mm，外管壁厚在1.5mm～3mm；毛细芯孔隙率大于80％，孔径小于0.1mm。
本发明装置应用于常规恒温槽内，实现多点高精度恒温功能。
所使用的恒温槽应满足以下要求：控温精度不低于0.2℃，单点温度波动1h内不大于0.2℃，槽内温度均匀度不大于0.5℃，有效容积应大于热管式多点恒温阱装置包罗尺寸。
本发明采用连通的环形热管形成多个温差极小的恒温区域，实现了在常规恒温装置的基础之上获取较高精度的恒温环境。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明装置结构组成示意图；
图2为图1的部分分解图；
图3为环形热管截面示意图；
图4为本发明装置应用示意图。
图中各部分名称如下：
1环形热管2气体连接腔3液体连接腔4隔热支撑脚5热管内管6毛细芯7热管外管I8热管外管II9热管封头10热管管壁11内管管壁12环形区域13阱内区域14热管式多点高精度恒温阱装置15恒温水槽。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
图1～图3所示，本发明所提供的热管式多点高精度恒温阱装置，包括：环形热管1、气体连接腔2、液体连接腔3和隔热支撑脚4。其中：环形热管1包括热管外管I7、热管外管II8、热管内管5、毛细芯6和热管封头9及其内部工质组成。在材质上，除隔热支脚4外均采用304不锈钢，隔热支撑脚4采用玻璃钢。毛细芯6采用泡沫镍烧结于内管外壁表面。环形热管内部工质采用具有较高效率的高纯NH3。
图3所示环形热管截面图，从外向内依次为环形热管管壁10，环形区域12，毛细芯6，热管内管管壁11，阱内区域13。
本发明所提供的热管式多点高精度恒温阱装置，涉及的关键参数包括：环形热管1总体长度、充液率、环形热管内外管半径及毛细芯参数。环形热管总长度不应低于150mm；充液率应占环形空间、气体和液体连接腔空间总和的45％至50％；环形热管内管管径不大于15mm，壁厚在1.5mm～3mm，内外管之间形成的环形空间壁间距离在5mm～8mm，外管壁厚在1.5mm～3mm；毛细芯孔隙率大于80％，孔径小于0.1mm。
图4所示，本发明所提供的热管式多点高精度恒温阱装置14，应用形式包括并不限于放置在常规恒温槽15内应用，实现多点高精度恒温功能。所使用的恒温槽应满足以下要求：控温精度不低于0.2℃，单点温度波动1h内不大于0.2℃，槽内温度均匀度不大于0.5℃，有效容积应大于热管式多点恒温阱装置包罗尺寸。
本发明的热管式多点高精度恒温阱装置的应用，具体实施过程如下：
工序1：元件加工
在满足本发明基本要求的基础上按照具体图纸加工各元件。毛细芯与内管外侧壁面采用烧结的方式连接。
工序2：组装
按照本发明提出的结构形式按照附图1进行组装，其中热管外管与连接器之间采用氩弧焊焊接。
工序3：充氨及封焊
在热管外管上部钻孔，孔径在3mm左右，在该孔上焊接的充液管。将充液管与专用的充装台连接进行抽真空，真空度不大于10-3Pa。抽真空完毕后充氨，所使用的氨纯度不低于99.9％，充液量根据实际腔体和充液率计算，充液率应占环形区域空间7、气体连接腔和液体连接腔空间总和的45％至50％。充液完毕后对充氨口冷焊后采用氩弧焊封口。
工序4：完工检
对充氨量采用承重的方法进行检测，对焊缝的密封性采用PH值试纸进行检测。上述检测进行完毕后，将本发明装置100整体放入烘箱将温度升至实际使用最高温度+5℃进行耐温试验。
工序5：完工检
工序6：性能检测
将热管式多点高精度恒温阱装置放入满足要求的恒温槽5内，并在阱内区域6注入测温介质(一般而言为蒸馏水、分析纯乙醇等)，待温度恒定后测量各阱内温度波动和各阱之间的最大温差。
热管是热的超导体，本发明通过内外两根金属管及烧结在内侧金属管外侧表面的毛细芯装置形成了环形截面的热管结构。液体介质通过壁面吸热形成蒸汽扩散至环形腔内，在温度较低的区域冷凝成液体，对该区域形成了加热作用并因此实现了热管腔体区域的高精度均温，冷凝形成的液体在重力作用下返回液体区域。热管内部介质时刻处于饱和状态，压力是影响其温度的唯一因素。本发明采用气体连接腔和液体连接腔连通了每根热管的环形腔体，使之在任意时刻各热管均处于相同的压力之下，即所有热管内侧管壁面时刻处于相同温度，从而实现了多点高精度恒温。热管式多点高精度恒温阱装置自身和介质热容及管壳与流体间的换热热阻抑制了恒温槽温度波动对该装置内侧管管内温度场的影响，使得装置内温度具有较高的稳定度。由于环形热管具有一定的深度且内侧管管壁温度恒定，因此形成了高精度恒温阱，阱内(内管管内)测量介质温度特别是其中间部位测量介质温度应具有较高的恒温水平。多环路热管的连通模式形成多个相同的高精度恒温阱，各恒温阱之间具有较小的温差。本发明实现了在常规恒温装置的基础之上获取较高精度的恒温环境。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (8)

1.一种热管式多点高精度恒温阱装置，其特征在于，包括：环形热管、气体连接腔、液体连接腔和隔热支撑脚，所述环形热管内部充工质，形成恒温环境，所述气体连接腔和液体连接腔分别在环形热管的上部和底部将多支环形热管的热管运行区域连通，实现多支环形热管间的均温，所述隔热支撑脚用于高精度恒温阱装置与恒温槽之间的隔热，降低槽的壁温波动对装置内温度的影响。
2.根据权利要求1所述的热管式多点高精度恒温阱装置，其特征在于，所述环形热管包括外管、内管、毛细芯和热管封头，所述毛细芯采用泡沫镍烧结于内管外壁表面。
3.根据权利要求1所述的热管式多点高精度恒温阱装置，其特征在于，所述工质为高纯NH3。
4.根据权利要求2所述的热管式多点高精度恒温阱装置，其特征在于，所述环形热管总长度不低于150mm；充液率占环形空间、气体连接腔和液体连接腔空间总和的45％至50％；环形热管内管管径不大于15mm，壁厚在1.5mm～3mm，内外管之间形成的环形空间壁间距离在5mm～8mm，外管壁厚在1.5mm～3mm；毛细芯孔隙率大于80％，孔径小于0.1mm。
5.根据权利要求1所述的热管式多点高精度恒温阱装置，其特征在于，所述隔热支撑脚采用玻璃钢，所述环形热管采用304不锈钢。
6.一种如权利要求1所述热管式多点高精度恒温阱装置的应用，其特征在于，将所述装置放置在常规恒温槽内应用，实现多点高精度恒温功能，包括如下：
1)充氨及封焊
在环形热管的外管上部钻孔，孔径在3mm左右，在该孔上焊接的充液管，将充液管与充装台连接进行抽真空，真空度不大于10-3Pa，抽真空完毕后充氨，所使用的氨纯度不低于99.9％，充液量根据实际腔体和充液率计算，充液率占环形空间、气体和液体连接腔空间总和的45％至50％。充液完毕后对充氨口冷焊后采用氩弧焊封口；
2)完工检
对充氨量采用承重的方法进行检测，对焊缝的密封性采用PH值试纸进行检测，上述检测进行完毕后，将装置整体放入烘箱，将温度升至高于实际使用的最高温度+5℃，进行耐温试验；
3)性能检测
将装置放入满足要求的恒温槽内，并在阱内注入测温介质，待温度恒定后测量各阱内温度波动和各阱之间的最大温差。
7.根据权利要求6所述的热管式多点高精度恒温阱装置的应用，其特征在于，所述常规恒温槽满足以下要求：控温精度不低于0.2℃，单点温度波动1h内不大于0.2℃，槽内温度均匀度不大于0.5℃，有效容积应大于所述装置的包罗尺寸。
8.根据权利要求6所述的热管式多点高精度恒温阱装置的应用，其特征在于，所述介质为蒸馏水或分析纯乙醇。
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