CN115290690B - 一种高低温实验测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高低温实验测试装置，包括真空腔单元、样品腔单元、导热气体送抽单元、低温单元和加热单元；真空腔单元包括外壳、冷屏和第一绝热材料，样品腔单元包括样品腔壳体、辐射屏、样品管和第二绝热材料，导热气体送抽单元包括导热气体输送设备和导热气体抽出设备，低温单元的制冷端依次贯穿外壳和冷屏并固定在样品腔壳体底部；加热单元的加热端伸入样品腔壳体并箍住样品管外壁。本发明的优点在于，该装置在高温实验检测时能够减少热量散发至低温单元的制冷端，防止高温对低温单元的制冷端造成损坏，使得在高温实验时不需要拆除低温单元，进而保证该装置低温实验和高温实验之间能够连续实验，提高了实验效率。

Description

一种高低温实验测试装置

技术领域

本发明涉及材料测试设备技术领域，具体为一种高低温实验测试装置。

背景技术

吸附材料在低温下对工艺气体具有吸附作用，高温条件下，工艺气体可以从吸附材料中解析出来。为了方便对吸附材料进行性能表征和处理，目前对吸附材料进行测试大都是采用高低温实验测试装置进行测试。

高低温实验测试装置实现宽温区的实验环境需要热源和冷源，热源通常选择电阻丝，通过电加热方式实现高温温区(室温以上温区)工作环境，冷源主要有两类，制冷剂(液氮、液氦等)和制冷机(GM制冷机、脉管制冷机、斯特林制冷机等)。例如公开号为CN112108200A的中国发明专利公开了一种高低温试验装置，其冷源就是采用制冷剂，但是选择制冷剂做为冷源的主要缺点是使用不方便，特别是放在实验室里长时间运行的测试装置，实验过程中需要不断补充制冷剂以维持低温温区。

使用制冷机的最大优点是使用方便，通电即可长时间稳定运行，但是一般制冷机冷头的最高工作温度约80℃，当测试装置进行高温测试时，高温会对制冷机冷头造成损坏，目前测试装置大部分都是在高温测试时将制冷机从装置中拆除来防止高温对制冷机冷头造成损坏，在低温测试时重新将制冷机安装上去，拆装过程复杂，不能连续实验，影响实验效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于如何保证连续测试实验，提高实验效率。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种高低温实验测试装置，包括真空腔单元、样品腔单元、导热气体送抽单元、低温单元和加热单元。

所述真空腔单元包括外壳、冷屏和第一绝热材料，所述外壳内设置有冷屏，所述冷屏外壁包裹有第一绝热材料。

所述样品腔单元包括样品腔壳体、辐射屏、样品管和第二绝热材料，所述样品腔壳体一端依次贯穿外壳和冷屏并设置在冷屏内部，所述样品腔壳体内腔底部设置有辐射屏，所述辐射屏内放置样品管，所述样品腔壳体外壁包裹有第二绝缘材料。

所述导热气体送抽单元包括导热气体输送设备和导热气体抽出设备，所述导热气体输送设备的输出端与样品腔壳体连通，所述导热气体抽出设备输入端分别与所述外壳和样品腔壳体连通。

所述低温单元的制冷端依次贯穿外壳和冷屏并固定在样品腔壳体底部。

所述加热单元的加热端伸入样品腔壳体并箍住样品管外壁。

通过真空泵将外壳内抽成高真空，减小热量散发；样品腔壳体内氦气抽出一部分，留下少部分导热气体，使得样品腔壳体内部处于半真空状态，保证控温效果，减少样品管与低温单元的制冷端之间的气体传导和对流传热；通过第一绝热材料和第二绝热材料与外界绝热，减少了热量的散发；通过辐射屏减少样品管与低温单元的制冷端之间的辐射传热，进而减少了热量散发至低温单元的制冷端，防止高温对低温单元的制冷端造成损坏，使得在高温实验时不需要拆除低温单元，进而保证该装置低温实验和高温实验都能够连续实验，提高了实验效率。

优选地，所述导热气体输送设备包括气罐、输送管、第一阀门、减压阀和压力表，所述气罐通过输送管与样品腔壳体连通，所述输送管上设有第一阀门、减压阀和压力表。

优选地，所述导热气体抽出设备包括第一输出管、第二输出管、真空角阀、第二阀门和真空泵，所述第一输出管一端与外壳连通，另一端连接所述真空泵，所述第二输出管一端与输送管连通，另一端连接所述真空泵，所述第一输出管上设有真空角阀，所述第二输出管上设有第二阀门。

优选地，所述低温单元包括制冷机冷头、第一管道和气体压缩机，所述制冷机冷头一端贯穿真空腔单元并贴合在样品腔壳体底部，另一端通过第一管道与气体压缩机连接。

优选地，所述制冷机冷头上还设置有第一温度传感器。

优选地，所述加热单元包括加热器和控温设备，所述加热器设置在辐射屏内并箍住样品管外壁，所述加热器电连接外壳外部的控温设备。

优选地，所述样品管上还设置第二温度传感器。

优选地，所述样品腔壳体包括不锈钢管段和紫铜段，所述不锈钢管段一端设置在外壳外部，另一端依次贯穿外壳和冷屏并设置在冷屏内部连接所述紫铜段，所述辐射屏设置在紫铜段。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

该装置在高温实验检测时能够减少热量散发至低温单元的制冷端，防止高温对低温单元的制冷端造成损坏，使得在高温实验时不需要拆除低温单元，进而保证该装置低温实验和高温实验之间能够连续实验，提高了实验效率。

附图说明

图1为本发明实施例的一种高低温实验测试装置的结构示意图。

具体实施方式

为便于本领域技术人员理解本发明技术方案，现结合说明书附图对本发明技术方案做进一步的说明。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

参阅图1，本实施例公开了一种高低温实验测试装置，包括真空腔单元1、样品腔单元2、导热气体送抽单元3、低温单元4和加热单元5；

所述真空腔单元1包括外壳11、冷屏12和第一绝热材料13，所述外壳11内设置有冷屏12，所述冷屏12外壁包裹有第一绝热材料13。

所述样品腔单元2包括样品腔壳体21、辐射屏22、样品管23、第二绝热材料24和第二温度传感器25，所述样品腔壳体21一端依次贯穿外壳11和冷屏12并设置在冷屏12内部，所述样品腔壳体21内腔底部设置有多层辐射屏22，所述辐射屏22内放置样品管23，所述样品腔壳体21外壁包裹有第二绝热材料24，所述样品管23上还设置第二温度传感器25，用于监测样品管23的温度。

所述导热气体送抽单元3包括导热气体输送设备31和导热气体抽出设备32。

所述导热气体输送设备31包括气罐311、输送管312、第一阀门313、减压阀314和压力表315，所述气罐311通过输送管312与样品腔壳体21连通，所述输送管312上设有第一阀门313、减压阀314和压力表315。在本实施例中，所述气罐311的导热气体为氦气，打开第一阀门313将气罐311内的氦气输送至样品腔壳体21内。

所述导热气体抽出设备32包括第一输出管321、第二输出管322、真空角阀323、第二阀门324和真空泵325，所述第一输出管321一端与外壳11连通，另一端连接所述真空泵325，所述第二输出管322一端与输送管312连通，另一端连接所述真空泵325，所述第一输出管321上设有真空角阀323，所述第二输出管322上设有第二阀门324。

所述低温单元4包括制冷机冷头41、第一管道42、气体压缩机43和第一温度传感器44，所述制冷机冷头41一端次贯穿外壳11和冷屏12并贴合在样品腔壳体21底部，另一端通过第一管道42与气体压缩机43连接，所述制冷机冷头41上还设置有第一温度传感器44，用于监测制冷机冷头41的温度。通过启动气体压缩机43，将制冷机冷头41开启制冷，并通过样品腔壳体21传递至样品腔壳体21内腔。

所述加热单元5包括加热器51和控温设备52，所述加热器51设置在辐射屏22内并箍住样品管23外壁，用于对样品管23加热，所述加热器51电连接外壳11外部的控温设备52。

具体的，在低温实验测试时，启动低温单元4，并通过导热气体输送设备31向样品腔壳体21内充入氦气，样品管23与样品腔壳体21之间通过氦气对流及传导，使得样品管23获得制冷机冷头41产生的冷量；同时通过控温设备52控制加热单元5输出功率实现低温区自动控制。

在高温实验测试时，启动所述加热单元5，通过加热器51对样品管23加热，同时关闭第一阀门313，打开真空角阀323和第二阀门324，通过真空泵325将外壳11和样品腔壳体21内的氦气抽出一部分，留下少部分氦气，使得将外壳11内部和样品腔壳体21内部处于半真空状态，保证控温效果，减少样品管23与制冷机冷头41之间的气体传导和对流传热；通过第一绝热材料13和第二绝热材料24与外界绝热，减少了热量的散发；通过辐射屏22减少样品管23与制冷机冷头41之间的辐射传热，进而减少了热量散发至制冷机冷头41，防止高温对制冷机冷头41造成损坏，使得在高温实验时不需要拆除制冷机冷头41，进而保证该装置低温实验和高温实验都能够连续实验，提高了实验效率；并且在高实验测试时，所述低温单元4处于工作状态，制冷机冷头41持续产生冷量，不仅降低了制冷机冷头41的温度，还有利于精确控制样品腔壳体21内的温度。

进一步的，所述样品腔壳体21包括不锈钢管段211和紫铜段212，所述不锈钢管段211一端设置在外壳11外部，另一端依次贯穿外壳11和冷屏12并设置在冷屏12内部连接所述紫铜段212，所述辐射屏22设置在紫铜段212。制冷机冷头41与紫铜段212通过固体传导导热，由于紫铜导热系数高，紫铜段212温度均匀性好，保证放置在紫铜段212内的样品管23受热均匀；另外，不锈钢管段211导热系数低，通过该段向外部环境传出的冷量低，系统漏热小。

本实施例的工作原理为：

低温实验测试：启动低温单元4，并通过打开第一阀门313向样品腔壳体21内充入氦气，样品管23与样品腔壳体21之间通过氦气对流及传导，使得样品管23获得制冷机冷头41产生的冷量，实现低温实验测试；同时通过控温设备52控制加热单元5输出功率实现低温去自动控制。

高温实验测试：启动所述加热单元5，通过加热器51对样品管23加热，同时关闭第一阀门313，打开真空角阀323和第二阀门324，通过真空泵325将外壳11内抽成高真空，减小热量散发；样品腔壳体21内氦气抽出一部分，留下少部分氦气，使得样品腔壳体21内部处于半真空状态，保证控温效果，减少样品管23与制冷机冷头41之间的气体传导和对流传热；通过第一绝热材料13和第二绝热材料24与外界绝热，减少了热量的散发；通过辐射屏22减少样品管23与制冷机冷头41之间的辐射传热，进而减少了热量散发至制冷机冷头41，防止高温对制冷机冷头41造成损坏；并且在高实验测试时，所述低温单元4处于工作状态，制冷机冷头41持续产生冷量，不仅降低了制冷机冷头41的温度，还有利于精确控制样品腔壳体21内的温度。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

以上所述实施例仅表示发明的实施方式，本发明的保护范围不仅局限于上述实施例，对于本领域的技术人员来说，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，这些都属于本发明保护范围。

Claims (8)

1.一种高低温实验测试装置，其特征在于：包括真空腔单元、样品腔单元、导热气体送抽单元、低温单元和加热单元；

所述真空腔单元包括外壳、冷屏和第一绝热材料，所述外壳内设置有冷屏，所述冷屏外壁包裹有第一绝热材料；

所述样品腔单元包括样品腔壳体、辐射屏、样品管和第二绝热材料，所述样品腔壳体一端依次贯穿外壳和冷屏并设置在冷屏内部，所述样品腔壳体内腔底部设置有辐射屏，所述辐射屏内放置样品管，所述样品腔壳体外壁包裹有第二绝热材料；

所述导热气体送抽单元包括导热气体输送设备和导热气体抽出设备，所述导热气体输送设备的输出端与样品腔壳体连通，所述导热气体抽出设备输入端分别与所述外壳和样品腔壳体连通；

所述低温单元的制冷端依次贯穿外壳和冷屏并固定在样品腔壳体底部；

所述加热单元的加热端伸入样品腔壳体并箍住样品管外壁。

2.根据权利要求1所述的一种高低温实验测试装置，其特征在于：所述导热气体输送设备包括气罐、输送管、第一阀门、减压阀和压力表，所述气罐通过输送管与样品腔壳体连通，所述输送管上设有第一阀门、减压阀和压力表。

3.根据权利要求2所述的一种高低温实验测试装置，其特征在于：所述导热气体抽出设备包括第一输出管、第二输出管、真空角阀、第二阀门和真空泵，所述第一输出管一端与外壳连通，另一端连接所述真空泵，所述第二输出管一端与输送管连通，另一端连接所述真空泵，所述第一输出管上设有真空角阀，所述第二输出管上设有第二阀门。

4.根据权利要求1所述的一种高低温实验测试装置，其特征在于：所述低温单元包括制冷机冷头、第一管道和气体压缩机，所述制冷机冷头一端贯穿真空腔单元并贴合在样品腔壳体底部，另一端通过第一管道与气体压缩机连接。

5.根据权利要求4所述的一种高低温实验测试装置，其特征在于：所述制冷机冷头上还设置有第一温度传感器。

6.根据权利要求1所述的一种高低温实验测试装置，其特征在于：所述加热单元包括加热器和控温设备，所述加热器设置在辐射屏内并箍住样品管外壁，所述加热器电连接外壳外部的控温设备。

7.根据权利要求1所述的一种高低温实验测试装置，其特征在于：所述样品管上还设置第二温度传感器。

8.根据权利要求1所述的一种高低温实验测试装置，其特征在于：所述样品腔壳体包括不锈钢管段和紫铜段，所述不锈钢管段一端设置在外壳外部，另一端依次贯穿外壳和冷屏并设置在冷屏内部连接所述紫铜段，所述辐射屏设置在紫铜段。

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