CN116273212A - 一种多功能低温精密测量与测试平台及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多功能低温精密测量与测试平台及方法，涉及低温精密测量与密封特性研究领域。此发明包括内部真空的低温恒温器，与所述低温恒温器安装的两种不同功能的测试腔、GM制冷机以及其他相关测试设备。该发明克服了现有技术实验时间长、不能中途更换零件、能源消耗大、测试温区小、测试功能单一等缺点。本发明所述的多功能低温精密测量平台可以模拟低温系统的真实工作环境，对密封材料的密封性能以及应用于低温系统的各种材料的物理特性进行实验研究，方便快捷，测试结果可靠。
Description
技术领域
本发明涉及低温精密测量与密封特性研究领域，尤其涉及一种多功能低温精密测量与测试平台及方法。
背景技术
随着科学技术的发展，低温环境在核聚变装置、高能粒子加速器、航空航天等领域应用广泛。在低温系统中，密封效果是其最基本、最重要的性能指标。低温装置往往伴随着低温绝热结构，尤其是深低温系统一般釆用真空绝热，此时密封对于保持真空度的作用可想而知。此外，许多低温系统涉及低温液体的输运，必须密封良好，以防泄漏。除此之外，在低温环境下各种材料的物性参数也极大影响了低温系统的运行。因此，开展接近真实工况的实验研究有助于为低温系统的设计运行提供有力的技术支撑。
目前，国内外的低温精密测量平台大多采用液氮制冷，温度下限较高，测量内容单一，并且每次实验必须停机重新制冷，造成了能量与时间的浪费。针对上述缺点，发明人发明了此多功能低温精密测量平台。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供一种多功能低温精密测量与测试平台及方法，其为一种能实现多种低温测试实验的多功能低温精密测试平台。测试平台上可进行的测试内容包括但不限于：密封材料密封特性研究、材料在低温区间电阻及导热系数的测量。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种多功能低温精密测量与测试平台，包括低温恒温器，安装于低温恒温器的密封性能测试腔和物性测试腔，冷屏，为低温物性测试腔和冷屏提供冷量的GM制冷机，且低温恒温器由旋片泵和分子泵组成的机组保持真空。
进一步地，所述密封性能测试腔由氦液池冷却，其中的液氦由液氦杜瓦提供，密封性能测试腔中安装电热装置控制测试温度。
进一步地，所述液氦杜瓦通过常温减压泵获取超流氦。
进一步地，所述超流氦注入到测试腔充气腔中。
进一步地，所述低温物性测试腔通过高热导率铜编线获取GM制冷机二级冷头的冷量。
进一步地，所述低温恒温器内部，密封性能测试腔包括其内部的测试腔充气腔，低温物性测试腔通过旋片泵和分子泵组成的机组获得并保持真空度。
进一步地，所述密封性能测试腔，低温物性测试腔均采用双层真空腔室。
进一步地，所述冷屏由GM制冷机一级冷头提供冷量。
进一步地，所述密封性能测试腔通过变径法兰对不同尺寸的待测试密封材料进行测试。
进一步地，所述密封性能测试腔通过在测试腔充气腔中充入氦气对待测试密封材料的密封性进行测试，氦气由氦气储存瓶提供，由检漏仪对漏率进行检测。
进一步地，所述密封性能测试腔和低温物性测试腔在不停机的情况下更换测试部件，且不破坏平台整体的真空环境。
进一步地，所述低温物性测试腔对材料的低温电阻率、导热系数进行测试。
进一步地，所述低温物性测试腔内部的物性测试腔的上端加工成倒锥形。
进一步地，包含信息采集与控制系统。
本发明还提供一种多功能低温精密测量与测试平台的测量与测试方法，包括将待测试密封材料安装在变径法兰上，随后将密封性能测试腔放入低温恒温器中；通过旋片泵和分子泵组成的机组维持真空环境，打开GM制冷机以对冷屏提供冷量，维持冷屏的低温，减少密封性能测试腔冷量的耗散；将液氦杜瓦中的液氦充入氦液池，通过接触冷却的方式，将待测试密封材料冷却到所需温度；将储存在氦气储存罐中的氦气充入到测试腔充气腔中，并利用检漏仪对泄漏率进行测试；启动常温减压泵对液氦杜瓦中液氦减压以获得超流氦，重复上述步骤将超流氦注入氦液池，从而将待测试密封材料冷却到超流氦温区，当将超流氦注入测试腔充气腔时，开展针对超流氦密封性能的测试。
进一步地，将低温物性测试腔的端盖向上提升取出低温物性测试腔，在低温物性测试腔中的物性测试腔上贴附固定矩形绝缘垫片，将待测试密封材料安装在绝缘垫片上；在待测试密封材料上施加电压，测量电流从而获得电导率；GM制冷机二级冷头通过高热导率铜编线对低温物性测试腔提供冷量，其真空度仍由旋片泵和分子泵组成的机组维持，从而测试低温区间材料的电阻率。
本发明能够对不同尺寸的密封材料的密封性能、各种材料在低温条件下的物性特征进行测试。因为测试腔皆为双层真空腔体，故当实验完成后可取出内腔更换零件，该操作并不会对其他腔体和整个低温恒温器的真空环境及温度造成较大影响，通过此功能可节省时间、能量等实验成本。并且通过在液氦杜瓦中增设氦减压泵，可将测试温度区间降低到超流氦区间。
附图说明
附图用于来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
图1是本发明的多功能低温精密测量与测试平台结构示意图；
图中，1-液氦杜瓦；2-常温减压泵；3-密封性能测试腔；4-测试腔充气腔；5-GM制冷机；6-低温物性测试腔；7-检漏仪；8-氦气储存罐；9-旋片泵；10-分子泵；11-物性测试腔；12-高热导率铜编线；13-GM制冷机二级冷头；14-GM制冷机一级冷头；15-待测试密封材料；16-变径法兰；17-冷屏；18-氦液池；19-低温恒温器。
具体实施方式
为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，结合附图和具体实施例对本发明进行说明。因本测试平台的多功能性体现在不同的测试腔中，因此将结合两个实施例进行说明。
如图1所示，本发明的一种多功能低温精密测量与测试平台，包括低温恒温器19，安装于低温恒温器19的密封性能测试腔3和物性测试腔11，冷屏17，为低温物性测试腔6和冷屏17提供冷量的GM制冷机5，且工作台由旋片泵9和分子泵10组成的机组保持真空。
所述密封性能测试腔3由氦液池18冷却，其中的液氦由液氦杜瓦1提供，密封性能测试腔3中安装电热装置控制测试温度。所述液氦杜瓦1通过常温减压泵2获取超流氦。所述超流氦可注入到测试腔充气腔4中。所述低温物性测试腔6通过高热导率铜编线12获取GM制冷机二级冷头13的冷量。
所述低温恒温器19内部，密封性能测试腔3包括其内部的测试腔充气腔4，低温物性测试腔6通过旋片泵9和分子泵10机组获得并保持真空度。
优选的，所述密封性能测试腔3，低温物性测试腔6采用双层真空腔室。
所述冷屏17由GM制冷机一级冷头14提供冷量。
所述密封性能测试3通过变径法兰16对不同尺寸的待测试密封材料15进行测试。所述待测试密封材料15可以为密封圈。
所述密封性能测试腔3通过在测试腔充气腔4中充入氦气对待测试密封材料15的密封性进行测试，氦气由氦气储存罐8提供，由检漏仪7对漏率进行检测。
所述密封性能测试腔3和低温物性测试腔6可在不停机的情况下更换测试部件，且不破坏平台整体的真空环境。
所述低温物性测试腔6可以对材料的低温电阻率、导热系数进行测试。所述低温物性测试腔6内部的物性测试腔11的上端加工成倒锥形。
本发明的多功能低温精密测量与测试平台包含信息采集与控制系统。
本发明的密封性能测试腔3的主要用途为对不同的密封材料在超流氦到常温温度区间的密封性能进行实验测试。将待测试密封材料15安装在变径法兰16上，随后将密封性能测试腔3放入低温恒温器19中；通过旋片泵9和分子泵10组成的机组维持真空环境，GM制冷机5打开以对冷屏17提供冷量，维持冷屏17的低温，减少密封性能测试腔3冷量的耗散。将液氦杜瓦1中的液氦充入氦液池18，通过接触冷却的方式，将待测试密封材料15冷却到所需温度。将储存在氦气储存罐8中的氦气充入到测试腔充气腔4中，并利用检漏仪7对泄漏率进行测试。若想进行超流氦温区的密封性能检测，需要启动氦减压泵2对液氦杜瓦1中液氦减压以获得超流氦，重复上述步骤将超流氦注入氦液池18，从而将待测试密封材料15冷却到超流氦温区。当将超流氦注入测试腔充气腔4时，可开展针对超流氦密封性能的测试。
下面以测试低温区间材料的电阻率对低温物性测试腔6进行说明。将低温物性测试腔6的端盖向上提升取出低温物性测试腔6，在低温物性测试腔6中的物性测试腔11上贴附固定矩形绝缘垫片，将待测试密封材料15安装在绝缘垫片上。在待测试密封材料15上施加电压，测量电流从而获得电导率。GM制冷机二级冷头13通过高热导率铜编线12对低温物性测试腔6提供冷量，其真空度仍由旋片泵9和分子泵10组成的机组维持。
当需要更换测试材料时，无需停机二次抽真空、制冷。仅需将低温物性测试腔6抽出后更换物性测试腔11，因密封性能测试腔3和低温物性测试腔6皆为双层真空腔体，故不会对整个低温恒温器产生较大的影响，便于节省时间、冷量。
最后应说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (16)
1.一种多功能低温精密测量与测试平台，其特征在于：包括低温恒温器(19)、安装于低温恒温器的密封性能测试腔(3)和物性测试腔(11)、冷屏(17)、为低温物性测试腔(6)和冷屏(17)提供冷量的GM制冷机(5)，且低温恒温器(19)由旋片泵(9)和分子泵(10)组成的机组保持真空。
2.根据权利要求1所述的多功能低温精密测量与测试平台，其特征在于：所述密封性能测试腔(3)由氦液池(18)冷却，其中的液氦由液氦杜瓦(1)提供，密封性能测试腔(3)中安装电热装置控制测试温度。
3.根据权利要求2所述的多功能低温精密测量与测试平台，其特征在于：所述液氦杜瓦(1)通过常温减压泵(2)获取超流氦。
4.根据权利要求3所述的多功能低温精密测量与测试平台，其特征在于：所述超流氦注入到测试腔充气腔(4)中。
5.根据权利要求1所述的多功能低温精密测量与测试平台，其特征在于：所述低温物性测试腔(6)通过高热导率铜编线(12)获取GM制冷机二级冷头(13)的冷量。
6.根据权利要求1所述的多功能低温精密测量与测试平台，其特征在于：所述低温恒温器(19)内部，密封性能测试腔(3)包括其内部的测试腔充气腔(4)，低温物性测试腔(6)通过旋片泵(9)和分子泵(10)组成的机组获得并保持真空度。
7.根据权利要求1所述的多功能低温精密测量与测试平台，其特征在于：所述密封性能测试腔(3)，低温物性测试腔(6)均采用双层真空腔室。
8.根据权利要求1所述的多功能低温精密测量与测试平台，其特征在于：所述冷屏(17)由GM制冷机一级冷头(14)提供冷量。
9.根据权利要求1所述的多功能低温精密测量与测试平台，其特征在于：所述密封性能测试腔(3)通过变径法兰(16)对不同尺寸的待测试密封材料(15)进行测试。
10.根据权利要求1或8所述的多功能低温精密测量与测试平台，其特征在于：所述密封性能测试腔(3)通过在测试腔充气腔(4)中充入氦气对待测试密封材料(15)的密封性进行测试，氦气由氦气储存瓶(8)提供，由检漏仪(7)对漏率进行检测。
11.根据权利要求1或4所述的多功能低温精密测量与测试平台，其特征在于：所述密封性能测试腔(3)和低温物性测试腔(6)在不停机的情况下更换测试部件，且不破坏平台整体的真空环境。
12.根据权利要求1所述的多功能低温精密测量与测试平台，其特征在于：所述低温物性测试腔(6)对材料的低温电阻率、导热系数进行测试。
13.根据权利要求1所述的多功能低温精密测量与测试平台，其特征在于：所述低温物性测试腔(6)内部的物性测试腔(11)的上端加工成倒锥形。
14.根据权利要求1所述的多功能低温精密测量与测试平台，其特征在于：包含信息采集与控制系统。
15.根据权利要求1-14之一所述的一种多功能低温精密测量与测试平台的测量与测试方法，其特征在于，将待测试密封材料安装在变径法兰上，随后将密封性能测试腔放入低温恒温器中；通过旋片泵和分子泵组成的机组维持真空环境，打开GM制冷机以对冷屏提供冷量，维持冷屏的低温，减少密封性能测试腔冷量的耗散；将液氦杜瓦中的液氦充入氦液池，通过接触冷却的方式，将待测试密封材料冷却到所需温度；将储存在氦气储存罐中的氦气充入到测试腔充气腔中，并利用检漏仪对泄漏率进行测试；启动常温减压泵对液氦杜瓦中液氦减压以获得超流氦，重复上述步骤将超流氦注入氦液池，从而将待测试密封材料冷却到超流氦温区，当将超流氦注入测试腔充气腔时，开展针对超流氦密封性能的测试。
16.根据权利要求15所述的测量与测试方法，其特征在于，将低温物性测试腔的端盖向上提升取出低温物性测试腔，在低温物性测试腔中的物性测试腔上贴附固定矩形绝缘垫片，将待测试密封材料安装在绝缘垫片上；在待测试密封材料上施加电压，测量电流从而获得电导率；GM制冷机二级冷头通过高热导率铜编线对低温物性测试腔提供冷量，其真空度仍由旋片泵和分子泵组成的机组维持，从而测试低温区间材料的电阻率。
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