CN109632150B - 一种用于gm制冷机制冷功率测量的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于GM制冷机制冷功率测量的装置，包括测量平台和待测制冷机组件，所述待测制冷机组件纵向嵌设到所述测量平台内部，且所述待测制冷机组件通过螺栓和密封圈一连接固定安装在GM制冷机制冷量测量平台中。本发明的有益效果是：本发明使用一台制冷机分别对GM制冷机制冷量测量平台的第一辐射屏和第二辐射屏进行冷却，尽可能降低了外部传导漏热机辐射漏热对待测GM制冷机制冷量测量的影响；本发明在待测GM制冷机一级冷头和二级冷头上分别安装了加热器，可以实现GM制冷机在不同温度工况下制冷量的测量；本发明构造简单，成本低廉，使用方便，便于购买方对GM制冷机冷头进行装配前测试，降低了后续生产的潜在风险。

Description

一种用于GM制冷机制冷功率测量的装置

技术领域

本发明涉及低温系统检测领域，具体涉及一种用于GM制冷机制冷功率测量的装置。

背景技术

在超低温液氦零挥发系统中，GM制冷机的冷头与液氦共同组成超低温系统的冷源，GM制冷机一级冷头用于冷却防辐射屏，二级冷头用于将挥发的氦气冷凝成液氦，使液氦系统形成闭式循环，正常工作时液氦实现零挥发。制冷量是GM制冷机冷头的主要技术指标，要实现零挥发，首先要保证一级冷头和二级冷头的制冷量。但由于故障或者维护不当会造成制冷效率降低，所以装机前进行制冷量的测量尤为重要。

现有GM制冷机的冷头一般由生产厂家进行出厂前测试，一整套测试设备繁多且价格昂贵，购买方收货后往往没有很好的方法在装配前来检测GM制冷机的制冷量。

为了解决上述问题，本发明提供了一种用于GM制冷机制冷功率测量的装置，可以实现对GM制冷机在多种工作温况下的制冷量测量，且该测量装置结构简单、操作方便、成本低廉。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决现有的GM制冷机测试设备价格昂贵，且购买方收货后没有很好的方法检测GM制冷机制冷量的问题，而提出一种用于GM制冷机制冷功率测量的装置，可以实现对GM制冷机在多种工作温况下的制冷量测量，且该测量装置结构简单、操作方便、成本低廉。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种用于GM制冷机制冷功率测量的装置，包括测量平台和待测制冷机组件，所述待测制冷机组件纵向嵌设到所述测量平台内部，且所述待测制冷机组件通过螺栓和密封圈一连接固定安装在GM制冷机制冷量测量平台中；

所述测量平台包括测量真空容器、GM制冷机、第一辐射屏上盖板、第一辐射屏、第二辐射屏、绝热拉杆一和绝热拉杆二，所述第一辐射屏上盖板下方设置第一辐射屏，所述第一辐射屏内部设置有第二辐射屏，且所述第一辐射屏上盖板安装有绝热拉杆一，所述第一辐射屏上盖板与第二辐射屏之间设置有绝热拉杆二；

其中，所述测量真空容器包括真空容器上盖板、抽空口，加热器线引出口和温度信号线引出口，所述真空容器上盖板设置在所述测量真空容器上端顶部，且所述测量真空容器底部一端贯穿设置有抽空口，所述真空容器上盖板上方设置有加热器线引出口，和温度信号线引出口；

所述待测制冷机组件包括待测GM制冷机、线束引出口、连接螺栓、密封圈二和过渡法兰，所述待测制冷机组件顶部设置有待测GM制冷机，且所述待测制冷机组件上方水平套设有过渡法兰，且所述过渡法兰两端均安装有连接螺栓，所述待测制冷机两端上方均嵌设有密封圈二；

所述待测GM制冷机包括待测制冷机一级冷头、一级加热器、一级固定板、一级温度传感器、待测制冷机二级冷头、二级加热器、二级固定板、二级温度传感器，所述待测GM制冷机一级冷头中部设置有一级加热器，且所述一级加热器上方设置有一级固定板，所述待测制冷机一级冷头上设置有一级温度传感器，且所述待测制冷机二级冷头底部设置有二级固定板，所述待机制冷机二级冷头中部设置有二级加热器，且所述制冷机二级冷头上设置有二级温度传感器。

本发明的进一步技术改进在于：所述第一辐射屏上盖板通过绝热拉杆一与测量真空容器上盖板固定连接，第一辐射屏通过螺栓和第一辐射屏上盖板固定连接，且需要保证良好的热接触，第一辐射屏上盖板上设置有弹簧机构和铜换热器，所述铜换热器与第一辐射屏上盖板之间通过若干根铜编织带一形成热连接。

本发明的进一步技术改进在于：GM制冷机包括一级冷头和二级冷头，在GM制冷机的重力作用和弹簧机构的弹力作用下，GM制冷机一级冷头和铜换热器的接触面紧密接触，随着温度的降低，各组件在长度上会冷收缩，处于压迫状态的弹簧机构通过自身的形变弥补冷收缩，且所述一级冷头与铜换热器的接触面紧密接触。

本发明的进一步技术改进在于：所述二级冷头安装有加热器，所述的加热器与二级冷头的接触面涂有导热脂。

本发明的进一步技术改进在于：第二辐射屏通过绝热拉杆二与第一辐射屏上盖板固定连接，且第二辐射屏与二级冷头通过若干根铜编织带二实现热连接，在第二辐射屏上安装有温度传感器，通过控制加热器的输出功率，可以使第二辐射屏和GM制冷机二级冷头的温度相同。

本发明的进一步技术改进在于：所述一级加热器与待测制冷机一级冷头、二级加热器与待测制冷机二级冷头的接触面均涂有导热脂，所述一级加热器和二级加热器输出功率可以单独控制，从而测量待测GM制冷机一级冷头和二级冷头在不同温度工况下的制冷量。

本发明的进一步技术改进在于：所述线束引出口至少包含一个温度信号线出口和一个加热器线出口。

该装置的工作方法具体包括以下步骤：

步骤一：抽空口连接真空泵抽真空，随后关闭真空阀门保持真空度，开启GM制冷机和待测GM制冷机，通过温度控制系统调节加热器、一级加热器、二级加热器的输出功率，从而分别控制二级冷头、待测制冷机一级冷头、待测制冷机二级冷头以及第二辐射屏的温度，其中待测制冷机二级冷头以及第二辐射屏的温度保持一致；

步骤二：通过一级温度传感器、二级温度传感器读取待测制冷机一级冷头、待测制冷机二级冷头的温度，待两者读数稳定后，分别读取一级加热器、二级加热器的加热功率，此加热功率即为在该温度工况下待测制冷机一级冷头、待测制冷机二级冷头的制冷量；

步骤三：通过温度控制系统调节加热器、一级加热器、二级加热器的输出功率，测量不同温度工况下的制冷机制冷量，绘制成制冷机功谱图以反映该制冷机制冷能力，为购买方评估制冷机制冷量提供参考。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明使用一台制冷机分别对GM制冷机制冷量测量平台的第一辐射屏和第二辐射屏进行冷却，尽可能降低了外部辐射漏热对待测GM制冷机制冷量测量的影响。

2、本发明在待测GM制冷机一级冷头和二级冷头上分别安装了加热器，可以实现GM制冷机在不同温度工况下制冷量的测量。

3、本发明结构简单，待测GM制冷机拆装方便。

4、本发明构造简单，成本低廉，使用方便，便于购买方对GM制冷机冷头进行装配前测试，降低了后续生产的潜在风险。

附图说明

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明一种用于GM制冷机制冷功率测量的装置整体结构示意图；

图2为本发明中测量平台结构示意图；

图3为本发明中待测制冷机组件结构示意图。

图中：1、测量平台；2、待测制冷机组件；11、真空容器；12、GM制冷机；13、第一辐射屏上盖板；14、第一辐射屏；15、第二辐射屏；16、绝热拉杆一；17、绝热拉杆二；101、真空容器上盖板；102、抽空口；103、加热器线引出口；104、温度信号线引出口；105、弹簧机构；106、铜换热器；107、铜编织带一；108、一级冷头、109、二级冷头；110、加热器；111、铜编织带二；112、温度传感器；113、螺栓；114、密封圈一；21、待测GM制冷机；22、线束引出口；23、连接螺栓；24、密封圈二；25、过渡法兰；201、待测制冷机一级冷头；202、一级加热器；203、一级固定板；204、一级温度传感器；205、待测制冷机二级冷头；206、二级加热器；207、二级固定板；208、二级温度传感器。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-3所示，一种用于GM制冷机制冷功率测量的装置，包括测量平台1和待测制冷机组件2，待测制冷机组件2纵向嵌设到测量平台1内部，且待测制冷机组件2通过螺栓113和密封圈一114连接固定安装在GM制冷机制冷量测量平台1中；

测量平台1包括测量真空容器11、GM制冷机12、第一辐射屏上盖板13、第一辐射屏14、第二辐射屏15、绝热拉杆一16和绝热拉杆二17，第一辐射屏上盖板13下方设置第一辐射屏14，第一辐射屏14内侧设置有第二辐射屏15，且第一辐射屏上盖板13安装有绝热拉杆一16，第一辐射屏上盖板13与第二辐射屏15之间设置有绝热拉杆二17；

其中，测量真空容器11包括真空容器上盖板101、抽空口102，加热器线引出口103和温度信号线引出口104，真空容器上盖板101设置在测量真空容器11上端顶部，且测量真空容器11底部一端贯穿设置有抽空口102，真空容器上盖板101上方设置有加热器线引出口103，和温度信号线引出口104；

待测制冷机组件2包括待测GM制冷机21、线束引出口22、连接螺栓23、密封圈二24和过渡法兰25，待测制冷机组件2顶部设置有待测GM制冷机21，且待测制冷机组件2上方水平套设有过渡法兰25，且过渡法兰25两端均安装有连接螺栓23，待测制冷机21两端上方均嵌设有密封圈二24；

待测GM制冷机21包括待测制冷机一级冷头201、一级加热器202、一级固定板203、一级温度传感器204、待测制冷机二级冷头205、二级加热器206、二级固定板207、二级温度传感器208，待测GM制冷机一级冷头201中部设置有一级加热器202，且一级加热器202上方设置有一级固定板203，待测制冷机一级冷头20上设置有一级温度传感器204，且待测制冷机二级冷头205底部设置有二级固定板207，待机制冷机二级冷头205中部设置有二级加热器206，且制冷机二级冷头205上方一端设置有二级温度传感器208。

作为本发明的一种技术优化方案，第一辐射屏上盖板13通过绝热拉杆一16与测量真空容器上盖板101固定连接，第一辐射屏14通过螺栓113和第一辐射屏上盖板13固定连接，且需要保证良好的热接触，第一辐射屏上盖板13上设置有弹簧机构105和铜换热器106，铜换热器106与第一辐射屏上盖板13之间通过若干根铜编织带一107形成热连接。

作为本发明的一种技术优化方案，GM制冷机12包括一级冷头108和二级冷头109，在GM制冷机12的重力作用和弹簧机构105的弹力作用下，GM制冷机一级冷头108和铜换热器106的接触面紧密接触，随着温度的降低，各组件在长度上会冷收缩，处于压迫状态的弹簧机构105通过自身的形变弥补冷收缩，且一级冷头108与铜换热器106的接触面紧密接触。

作为本发明的一种技术优化方案，二级冷头109安装有加热器110，的加热器110与二级冷头109的接触面涂有导热脂。

作为本发明的一种技术优化方案，第二辐射屏15通过绝热拉杆二17与第一辐射屏上盖板13固定连接，且第二辐射屏15与二级冷头109通过若干根铜编织带二111实现热连接，在第二辐射屏15上安装有温度传感器112，通过控制加热器110的输出功率，可以使第二辐射屏15和GM制冷机二级冷头109的温度相同。

作为本发明的一种技术优化方案，一级加热器202与待测制冷机一级冷头201、二级加热器206与待测制冷机二级冷头205的接触面均涂有导热脂，一级加热器202和二级加热器206输出功率可以单独控制，从而测量待测GM制冷机一级冷头201和二级冷头205在不同温度工况下的制冷量。

作为本发明的一种技术优化方案，线束引出口22至少包含一个温度信号线出口和一个加热器线出口。

该装置的工作方法具体包括以下步骤：

步骤一：抽空口102连接真空泵抽真空，随后关闭真空阀门保持真空度，开启GM制冷机12和待测GM制冷机21，通过温度控制系统调节加热器110、一级加热器202、二级加热器206的输出功率，从而分别控制二级冷头109、待测制冷机一级冷头201、待测制冷机二级冷头205以及第二辐射屏15的温度，其中待测制冷机二级冷头205以及第二辐射屏15的温度保持一致；

步骤二：通过一级温度传感器204、二级温度传感器208读取待测制冷机一级冷头201、待测制冷机二级冷头205的温度，待两者读数稳定后，分别读取一级加热器202、二级加热器206的加热功率，此加热功率即为在该温度工况下待测制冷机一级冷头201、待测制冷机二级冷头205的制冷量；

步骤三：通过温度控制系统调节加热器110、一级加热器202、二级加热器206的输出功率，测量不同温度工况下的制冷机制冷量，绘制成制冷机功谱图以反映该制冷机制冷能力，为购买方评估制冷机制冷量提供参考。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明使用一台制冷机分别对GM制冷机制冷量测量平台的第一辐射屏和第二辐射屏进行冷却，尽可能降低了外部传导漏热机辐射漏热对待测GM制冷机制冷量测量的影响。

2、本发明在待测GM制冷机一级冷头和二级冷头上分别安装了加热器，可以实现GM制冷机在不同温度工况下制冷量的测量。

3、本发明结构简单，对待测GM制冷机拆装方便。

4、本发明构造简单，成本低廉，使用方便，便于购买方对GM制冷机冷头进行装配前测试，降低了后续生产的潜在风险。

工作原理：本发明在使用时，首先，检查本发明使用时的安全性，然后，请参阅图1所示，抽空口102连接真空泵抽真空，抽至要求的真空度后关闭真空阀门保持真空度，开启GM制冷机12和待测GM制冷机21，通过温度控制系统调节加热器110、一级加热器202、二级加热器206的输出功率，从而分别控制二级冷头109、待测制冷机一级冷头201、待测制冷机二级冷头205以及第二辐射屏15的温度，其中待测制冷机二级冷头205以及第二辐射屏15的温度保持一致。通过一级温度传感器204、二级温度传感器208读取待测制冷机一级冷头201、待测制冷机二级冷头205的温度，待两者读数稳定后，分别读取一级加热器202、二级加热器206的加热功率，此加热功率即为在该温度工况下待测制冷机一级冷头201、待测制冷机二级冷头205的制冷量。通过温度控制系统调节加热器110、一级加热器202、二级加热器206的输出功率，可以测量不同温度工况下的制冷机制冷量，绘制成制冷机功谱图以反映该制冷机制冷能力，为购买方评估制冷机制冷量提供参考。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (2)

1.一种用于GM制冷机制冷功率测量的装置，其特征在于：包括测量平台（1）和待测制冷机组件（2），所述待测制冷机组件（2）纵向嵌设到所述测量平台（1）内部，且所述待测制冷机组件（2）通过螺栓（113）和密封圈一（114）连接固定安装在GM制冷机制冷量测量平台（1）中；

所述测量平台（1）包括测量真空容器（11）、GM制冷机（12）、第一辐射屏上盖板（13）、第一辐射屏（14）、第二辐射屏（15）、绝热拉杆一（16）和绝热拉杆二（17），所述第一辐射屏上盖板（13）下方设置第一辐射屏（14），所述第一辐射屏（14）内部设置有第二辐射屏（15），且所述第一辐射屏上盖板（13）安装有绝热拉杆一（16），所述第一辐射屏上盖板（13）与第二辐射屏（15）之间设置有绝热拉杆二（17）；

其中，所述测量真空容器（11）包括真空容器上盖板（101）、抽空口（102），加热器线引出口（103）和温度信号线引出口（104），所述真空容器上盖板（101）设置在所述测量真空容器（11）上端顶部，且所述测量真空容器（11）底部一端贯穿设置有抽空口（102），所述真空容器上盖板（101）上方设置有加热器线引出口（103）和温度信号线引出口（104）；

所述待测制冷机组件（2）包括待测GM制冷机（21）、线束引出口（22）、连接螺栓（23）、密封圈二（24）和过渡法兰（25），所述待测制冷机组件（2）顶部设置有待测GM制冷机（21），且所述待测制冷机组件（2）上方水平套设有过渡法兰（25），且所述过渡法兰（25）两端均安装有连接螺栓（23），所述待测GM制冷机（21）两端上方均嵌设有密封圈二（24）；

所述待测GM制冷机（21）包括待测制冷机一级冷头（201）、一级加热器（202）、一级固定板（203）、一级温度传感器（204）、待测制冷机二级冷头（205）、二级加热器（206）、二级固定板（207）、二级温度传感器（208），所述待测制冷机一级冷头（201）中部设置有一级加热器（202），且所述一级加热器（202）上方设置有一级固定板（203），所述待测制冷机一级冷头（201）上设置有一级温度传感器（204），且所述待测制冷机二级冷头（205）底部设置有二级固定板（207），所述待测制冷机二级冷头（205）中部设置有二级加热器（206），且所述制冷机二级冷头（205）上设置有二级温度传感器（208）；

所述第一辐射屏上盖板（13）通过绝热拉杆一（16）与测量真空容器上盖板（101）固定连接，第一辐射屏（14）通过螺栓（113）和第一辐射屏上盖板（13）固定连接，第一辐射屏上盖板（13）上设置有弹簧机构（105）和铜换热器（106），所述铜换热器（106）与第一辐射屏上盖板（13）之间通过若干根铜编织带一（107）形成热连接；

GM制冷机（12）包括一级冷头（108）和二级冷头（109），且所述一级冷头（108）与铜换热器（106）的接触面紧密接触；

所述二级冷头（109）安装有加热器（110），所述的加热器（110）与二级冷头（109）的接触面涂有导热脂；

第二辐射屏（15）通过绝热拉杆二（17）与第一辐射屏上盖板（13）固定连接，且第二辐射屏（15）与二级冷头（109）通过若干根铜编织带二（111）实现热连接，在第二辐射屏（15）上安装有温度传感器（112）；

所述一级加热器（202）与待测制冷机一级冷头（201）、二级加热器（206）与待测制冷机二级冷头（205）的接触面均涂有导热脂；

所述线束引出口（22）至少包含一个温度信号线出口和一个加热器线出口。

2.根据权利要求1所述的一种用于GM制冷机制冷功率测量的装置，其特征在于，该装置的工作方法具体包括以下步骤：

步骤一：抽空口（102）连接真空泵抽真空，随后关闭真空阀门保持真空度，开启GM制冷机（12）和待测GM制冷机（21），通过温度控制系统调节加热器（110）、一级加热器（202）、二级加热器（206）的输出功率，从而分别控制二级冷头（109）、待测制冷机一级冷头（201）、待测制冷机二级冷头（205）以及第二辐射屏（15）的温度，其中待测制冷机二级冷头（205）以及第二辐射屏（15）的温度保持一致；

步骤二：通过一级温度传感器（204）、二级温度传感器（208）读取待测制冷机一级冷头（201）、待测制冷机二级冷头（205）的温度，待两者读数稳定后，分别读取一级加热器（202）、二级加热器（206）的加热功率，此加热功率即为在该温度工况下待测制冷机一级冷头（201）、待测制冷机二级冷头（205）的制冷量；

步骤三：通过温度控制系统调节加热器（110）、一级加热器（202）、二级加热器（206）的输出功率，测量不同温度工况下的制冷机制冷量。

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