CN111367330B - 一种基于热管散热的机载精密测量仪器温控装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于热管散热的机载精密测量仪器温控装置，涉及精密仪器技术领域，包括热管、壳体结构、绝热保温层、半导体制冷元件，所述热管置于所述壳体结构内部，所述半导体制冷元件布置于所述壳体结构外表面，所述壳体结构外表面未布置所述半导体制冷元件的部分覆盖有所述绝热保温层，内部发热功率元件通过所述热管与所述壳体结构内表面连接，所述热管内部具有传热工质，所述热管连接所述内部发热功率元件的一端为蒸发段，所述热管连接所述壳体结构内表面的一端为冷凝段。本发明解决了内部存在功率发热器件的精密测量仪器的内部热量散发问题，实现了对此类仪器温度的精准控制。

Description

一种基于热管散热的机载精密测量仪器温控装置
技术领域
本发明涉及精密仪器技术领域，尤其涉及一种基于热管散热的机载精密测量仪器温控装置。
背景技术
飞行器内部的精密测量仪器对温度的变化比较敏感，为了保证飞行过程中仪器的输出精度，必须减小温度变化对精密测量仪器的影响。
为了减小温度变化对于精密测量仪器输出精度的影响，目前常用的手段是对测量仪器的输出进行温度补偿，在精度要求不高的应用场合，温度补偿可以达到要求，而要进一步提升输出精度，温度补偿方式则无法实现，需采用精确温控的方式。
而且目前精密测量仪器常用的温控方式通常只针对内部不存在功率发热元件的仪器，而对于内部存在功率发热器件的精密测量仪器，目前常用的方法并不能将内部热量散发出来，继而无法对此类精密测量仪器进行温度控制。
因此，本领域的技术人员致力于发明一种基于热管散热的机载精密测量仪器温控装置，可以解决内部存在功率发热器件的精密测量仪器的内部热量散发问题，且能实现对此类仪器温度的精准控制。
发明内容
有鉴于上述问题，本发明所要解决的技术问题是如何提供一种可以实现对内部存在功率发热器件的精密测量仪器的温度进行精准控制的装置。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于热管散热的机载精密测量仪器温控装置，包括热管、壳体结构、绝热保温层、半导体制冷元件，所述热管置于所述壳体结构内部，所述半导体制冷元件布置于所述壳体结构外表面，所述壳体结构外表面未布置所述半导体制冷元件的部分覆盖有所述绝热保温层，所述内部发热功率元件通过所述热管与所述壳体结构内表面连接，所述热管内部具有传热工质，所述热管连接所述内部发热功率元件的一端为蒸发段，所述热管连接所述壳体结构内表面的一端为冷凝段。
进一步地，还包括导热硅胶、辐射涂层，所述热管的蒸发段通过所述导热硅胶与所述内部发热功率元件连接，所述热管的冷凝段通过所述导热硅胶与所述壳体结构内表面连接，所述辐射涂层覆盖于所述壳体结构的壁面上。
进一步地，所述半导体制冷元件包括风扇、肋片、半导体制冷片、凸台、温控电路，所述凸台固定在所述壳体结构的外表面，所述半导体制冷片与所述凸台连接，所述肋片与所述半导体制冷片连接，所述肋片和所述凸台连接，所述风扇固定在所述肋片上。
进一步地，所述风扇为12V风扇，所述肋片为铝合金翅片，所述铝合金翅片厚度为0.5mm-2mm，所述铝合金翅片数为8-15片，所述半导体制冷片为TEC1-12715功率制冷片。
进一步地，还包括电加热温控元件，所述电加热温控元件布置于所述壳体结构内壁上。
进一步地，所述电加热温控元件为带有温度传感器的电加热片，所述温度传感器设置在敏感元件表面。
进一步地，所述半导体制冷元件和所述电加热温控元件的运行均由数字-模拟量电路控制。
进一步地，还包括固定支架和减震垫，所述壳体结构通过所述固定支架固定于所述减震垫上。
进一步地，所述热管材质为铜。
进一步地，所述绝热保温层的材料为橡塑，厚度为10-20mm。
技术效果：
本发明的一种基于热管散热的机载精密测量仪器温控装置，解决了内部存在功率发热器件的精密测量仪器的内部热量散发问题，实现了对此类仪器温度的精准控制。
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结构示意图。
其中，1-风扇，2-肋片，3-半导体制冷片，4-凸台，5-绝热保温层，6-壳体结构，7-辐射涂层，8-导热硅胶，9-热管，10-电加热温控元件，11-内部发热功率元件，12-固定支架，13-减震垫。
具体实施方式
以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。
如图1所示，本发明提供了一种基于热管散热的机载精密测量仪器温控装置，包括风扇1、肋片2、半导体制冷片3、凸台4、绝热保温层5、壳体结构6、辐射涂层7、导热硅胶8、热管9、电加热温控元件10、内部发热功率元件11、固定支架12、减震垫13，其中风扇1、肋片2、半导体制冷片3、凸台4组成了半导体制冷元件；
由风扇1、肋片2、半导体制冷片3、凸台4组成的半导体制冷元件布置在壳体结构6的外表面，风扇1为12V小风扇，肋片2材料为铝合金翅片，翅片厚度0.5mm-2mm，翅片数8-15片，半导体制冷片3为TEC1-12715大功率制冷片；凸台4通过金属胶固定在壳体结构6的外表面，半导体制冷片3和凸台4通过金属胶连接固定，半导体制冷片3和肋片2也通过金属胶固定连接，肋片2和凸台4通过螺栓连接，风扇1通过卡扣固定在肋片2上；半导体制冷元件数量为3～5个；
绝热保温层5为橡塑材料，厚度10-20mm，使用塑料胶覆盖在壳体结构6的未布置半导体制冷元件的外表面；绝热保温层5的材料也可以选择其他导热性能差的材质替代；
壳体结构6是形状为长方体的铝合金结构，导热性能良好，具有两级以上的结构，各级之间的间距5-20mm；壳体结构6还可以为球体或其他形状的结构，且材料也可以选择为铝合金以外的具有良好导热性能的材料；
辐射涂层7为ZS-411辐射散热涂料，均匀地喷涂在壳体结构6的各级壁面上，用以提高发射率；
导热硅胶8分别将热管9与内部发热功率元件11和壳体结构6的内表面连接固定；
热管9为铜质管，热管9连接内部发热功率元件11的一端为蒸发段，热管9连接壳体结构6内表面的一端为冷凝段，热管9内部有传热工质，传热工质可根据实际工作环境温度选择，如氨水、超纯水以及丙酮等；热管9的数量以及布置方式根据内部发热功率元件11的位置选择，保证向各个方向上传热均匀；热管9的材质也可以选择为其他高导热性材质；
半导体制冷元件的输入信号为壁面温度，通过表面均匀布置的铂电阻温度传感器阵列采集温度信号；电加热温控元件10为带有铂电阻温度传感器的电加热片，布置于壳体结构6内壁上，根据敏感元件的位置合理布局，以实现对敏感元件的精确温度控制；电加热温控元件10的输入信号为敏感元件表面温度，通过敏感元件表面布置的铂电阻温度传感器采集温度信号。
固定支架12为铝合金材质，减震垫13为橡胶材质，壳体结构6通过固定支架12以及螺钉固定于减震垫13上。
由风扇1、肋片2、半导体制冷片3、凸台4组成的半导体制冷元件和电加热温控元件10的运行均由数字-模拟量电路控制，此温度控制方式属于软件控制方式，首先获取目标温度采样电压后经过采样及A/D转换成为数字量，通过算法计算输出，输出值再通过D/A转换转为模拟量，通过放大、功率驱动等方式控制控温元件运行。数字-模拟量温控技术相比纯模拟量温控技术，其控制精度更高；相比全数字量温控技术，电磁兼容性更好，不会产生较大的电磁干扰进而影响仪器测量精度。
在应用时，内部发热功率元件11发热，其表面温度升高，热管9与内部发热功率元件11接触的蒸发段内液体工质吸热蒸发，带走内部发热功率元件11产生的热量，并在与壳体结构6内壁面接触的冷凝段内冷凝放热，将热量传递至壳体结构6最内层，工质冷凝成液体流回蒸发段，以此形成循环。壳体结构6内部通过辐射散热和对流换热的形式(空气稀薄情况下，以辐射换热为主)逐级将热量由内层传递至外层，并通过外部的半导体制冷元件将热量传递至外界环境；同时，通过半导体制冷元件和绝热保温层5控温，营造内部恒温环境，并通过敏感元件周围布置的电加热温控元件10，实现温度精准控制的目标。
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 (8)

1.一种基于热管散热的机载精密测量仪器温控装置，其特征在于，包括热管、壳体结构、绝热保温层、半导体制冷元件、电加热温控元件，所述热管置于所述壳体结构内部，所述半导体制冷元件布置于所述壳体结构外表面，所述壳体结构外表面未布置所述半导体制冷元件的部分覆盖有所述绝热保温层，内部发热功率元件通过所述热管与所述壳体结构内表面连接，所述热管内部具有传热工质，所述热管连接所述内部发热功率元件的一端为蒸发段，所述热管连接所述壳体结构内表面的一端为冷凝段；所述壳体结构具有两级以上的结构，各级之间的间距为5-20mm；所述电加热温控元件为带有温度传感器的电加热片；所述壳体结构内壁上布置有所述电加热温控元件，待测温/控温敏感元件表面设置有所述电加热片和所述温度传感器。
2.如权利要求1所述的一种基于热管散热的机载精密测量仪器温控装置，其特征在于，还包括导热硅胶、辐射涂层，所述热管的蒸发段通过所述导热硅胶与所述内部发热功率元件连接，所述热管的冷凝段通过所述导热硅胶与所述壳体结构内表面连接，所述辐射涂层覆盖于所述壳体结构的壁面上。
3.如权利要求1所述的一种基于热管散热的机载精密测量仪器温控装置，其特征在于，所述半导体制冷元件包括风扇、肋片、半导体制冷片、凸台、温控电路，所述凸台固定在所述壳体结构的外表面，所述半导体制冷片与所述凸台连接，所述肋片与所述半导体制冷片连接，所述肋片和所述凸台连接，所述风扇固定在所述肋片上。
4.如权利要求3所述的一种基于热管散热的机载精密测量仪器温控装置，其特征在于，所述风扇为12V风扇，所述肋片为铝合金翅片，所述铝合金翅片厚度为0.5mm-2mm，所述铝合金翅片数为8-15片，所述半导体制冷片为TEC1-12715功率制冷片。
5.如权利要求1所述的一种基于热管散热的机载精密测量仪器温控装置，其特征在于，所述半导体制冷元件和所述电加热温控元件的运行均由数字-模拟量电路控制。
6.如权利要求1所述的一种基于热管散热的机载精密测量仪器温控装置，其特征在于，还包括固定支架和减震垫，所述壳体结构通过所述固定支架固定于所述减震垫上。
7.如权利要求1所述的一种基于热管散热的机载精密测量仪器温控装置，其特征在于，所述热管材质为铜。
8.如权利要求1所述的一种基于热管散热的机载精密测量仪器温控装置，其特征在于，所述绝热保温层的材料为橡塑，厚度为10-20mm。
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