CN1916795A - 多工位高低温循环试验自动控制系统与方法 - Google Patents

Abstract

一种多工位高低温循环试验自动控制系统及方法，该系统包括自动输液管道以及液氮流量恒定控制系统，自动过程控制和温度·时间数据记录系统，并具有温度测试与加速升温的专用杜瓦瓶和真空排气机组，特点是，冷却液氮通过真空输液管通自动输入杜瓦瓶且由可控传输速率部件控制；被测器件的温度下降曲线由计算机控制；被测器件的温度和温度下降时间数据可实现实时记录；真空排气系统，对杜瓦瓶在试验工位上可以进行真空排气。该方法对杜瓦瓶内测试样品自动完成“室温－低温－室温”的循环测试步骤，本发明对红外探测器的制造过程提供了温度循环测试的高效率与状态稳定的解决方案。

Description

多工位高低温循环试验自动控制系统与方法

技术领域：

本发明涉及一种高低温循环试验的自动控制方法及装置，特别是一种用液氮作为冷媒的多工位高低温循环试验自动控制方法与试验装置。

背景技术：

由于红外技术无可比拟的独特优点，红外探测技术在军事国防和大气监测、国土资源调查、气象预报等民用领域得到广泛的应用，而且正继续大力向前发展。红外探测技术的核心部件是红外探测器。众所周知，高灵敏的红外探测器是在低温下(例如77K)工作的元部件。一般探测器封装结构都是由几种材料构成，由于各种材料热胀系数的差异，当探测器从室温(300K)降到低温(77K)的过程，就必然会导致探测器内部应力的产生，而热胀应力的大小、循环次数的应力积累等因素，是影响红外探测器可靠性和使用寿命的主要原因之一。在航空航天等高可靠、长寿命应用要求的红外探测系统，解决红外探测器的高可靠性和长寿命是首要问题。因此，在红外探测器研制和生产过程中，对各种红外探测器进行室温-低温-室温循环试验是必不可少的重要环节。因此建立一种有效的室温-低温-室温循环试验方法在红外探测器制造中是非常重要的。

以往，人们采用人工灌注液氮进行低温循环的试验方法，工作效率低，劳动强度大，而且由于长期枯燥的工作内容，容易引起精神疲劳，导致试验状态的不一致等因素，使获得的试验数据的可信度下降。另外，由于被试验件拆装比较复杂，中间数据测试的间隔较长，不利于准确发现被试验样品失效的低温循环次数。为解决以上问题，利用计算机自动控制技术、温度传感器温度数据反馈、程序控制自动输液系统等组成的多工位室温-低温-室温循环试验系统，以保证低温循环工作状态一致，并大大提高工作效率，试验数据一致性好，可信度高。而且，通过程序控制，可以任意设定温度循环曲线，满足不同的温度下降速率要求。

发明内容：

因此，本发明如何实现自动温度循环系统对红外探测器制造过程中的温度循环试验提供高效、状态稳定的解决方案，乃是本发明所要解决的技术问题，为此，本发明的目的是提供一种多工位高低温循环试验自动控制系统与方法。

本发明的技术方案如下：

根据本发明的一种多工位高低温循环试验自动控制系统，包括自动输液管道以及液氮流量恒定控制系统、自动过程控制和温度·时间数据记录系统、以及具有温度测试与加速升温的专用杜瓦瓶、真空排气机组，其特点是：

a)用于冷却的液氮通过真空输液管道自动输入专用杜瓦瓶，液氮的传输速率是可以控制的；

b)被试器件的温度下降曲线通过计算机按要求控制；

c)被测器件的温度、温度下降时间数据实时自动记录；

d)具有真空排气系统，对专用杜瓦瓶在试验工位上可以进行真空排气。

进一步，所述的自动输液管道是指：

a)用于液氮传输的输液管道，其为真空隔热管道；

b)液氮的输出由作用在储液罐内液氮表面的压力实现；

c)液氮传输输液管道连接有压缩氮气、恒定压力阀，通过调节储液罐内压力来控制液氮流量；

d)输入杜瓦瓶的液氮由电磁控制阀控制。

所说的被测器件的温度下降曲线、被测器件的温度、温度下降时间数据的自动记录是通过计算机控制界面输入参数来实现；

所说的温度循环次数可以自动记录、显示；

所说的温度循环曲线可以实时显示；

所述的专用循环杜瓦，专用杜瓦具有：

a)加速升温的电热元件，提高温度循环效率；

b)测温元件，可以实时测温；

c)电极引线，可以实现对被试器件的原位快速性能检测；以及

d)连接真空排气系统，可以原位真空排气。

属于同一个总的发明构思，本发明的一种多工位高低温循环试验自动控制方法，包括步骤：

S1、首先，由专用杜瓦内安装的测温元件测试温度，当测到杜瓦内样品温度T＞80K时，计算机输出控制信号，电控阀门开启，由恒压控制的储液罐内的液氮通过电控阀门输入杜瓦，开始对杜瓦运控降温过程，每半分钟测温一次；S2、当测到杜瓦内样品温度T≤80K时，计算机能输出控制信号，电控阀门关闭，停止液氮输入，保持2分钟之后，再次测温，当测到杜瓦内样品温度T＜300K时，计算机输出控制信号，加热电源开始，杜瓦内的加热元件开始加热，升温过程开始；S3、当测到杜瓦内样品温度≥300K时，切断加电源，停止升温，然后保持2分钟，完成一次“室温-低温-室温”的循环，此时，计算机自动记录一次循环，并在屏幕上显示循环次数。

本发明有如下优点：

1.效率高，可以安装十个被试器件同时进行循环试验；

2.状态稳定，获得的试验数据可信度高；

3.通过程序控制，可以任意设定温度循环曲线，以满足不同的要求；

4.专用杜瓦具有加速升温功能，提高试验效率；

5.具有实时温度、时间数据记录功能，建立数据库存档；便于有效积累试验数据；

6.专用杜瓦具有电极引线，可以实现对被试器件的原位快速性能检测，以便增加循环试验中对器件的检测密度，有利于确定被试器件的失效点。

7.系统具有原位真空排气功能，可实现专用杜瓦原位排气，方便使用。

8.系统液氮输液管路具有可调压力恒定控制装置，使液氮输出稳定，从而使系统具有稳定的工作状态和降温时间。

9.整套系统模块化设计，使用、维修方便。

附图说明：

图1是本发明的自动控制工作流程图。

图2是本发明的循环系统俯视示意图；

图3是本发明的循环系统正面示意图。

图中标号说明：

1-真空液氮输液主管道        2-输液管道电磁控制阀

3-专用高低温循环杜瓦瓶(内含被试器件安装面、测温监控元件、热交换器、加速升温元件)

4-液氮储液罐      5-压缩氮气钢瓶        6-计算机控制及工作电源柜

7-循环系统本体    8-自动控制界面显示    9-主电源开关；

10-真空指示表     11-机械真空泵

12-真空系统电磁控制阀按钮与指示器      13-真空管路；

14-杜瓦瓶液氮灌注与液氮蒸发回气管路    15-储液罐内液氮

16-储液罐压力表   17-储液罐压力恒定控制器

18-专用高低温循环杜瓦瓶红外透光窗口    19-液氮表面

具体实施方式：

下面根据图1～图3给出本发明较好的实施例，并予以详细描述，以使对本技术领域的技术人员能更易于理解本发明的结构特征和功能特色，而不是用来限定本发明创造的范围。

请参照图1所示，其给出了本发明的多工位高低温循环试验自动控制工作流程框图。如图所示，本发明提供的是一种利用液氮作为冷媒、储液氮罐液面恒压控制、通过温度传感器温度数据反馈、由计算机自动控制、特制专用杜瓦构成的高低温自动循环试验系统，实现多工位自动控制的高低温循环试验系统。

其工作流程如下：

首先，由专用杜瓦瓶内安装的测温元件测试温度，当测到杜瓦瓶内样品温度T＞80K时，计算机输出控制信号，电控阀门开启，由恒压控制的储液罐内的液氮通过电控阀门输入杜瓦，开始对杜瓦瓶内的杜瓦进行运控降温过程，每半分钟测温一次；当测到杜瓦瓶内样品温度T≤80K时，计算机输出控制信号，电控阀门关闭，停止液氮输入，保持2分钟之后，再次测温，当测到杜瓦瓶内样品温度T＜300K时，计算机输出控制信号，加热电源开启，杜瓦内的加热元件开始加热，升温过程开始；当测到杜瓦瓶内样品温度T≥300K时，切断加热电源，停止升温，然后保持2分钟，完成一次从“室温-低温-室温”的循环，此时，计算机自动记录一次循环，并在屏幕上显示循环次数。然后继续下一循环。

请参阅图2和图3本发明的多工位高低温循环试验自动控制系统，包括计算机控制的自动输液系统、液氮流量恒定控制系统、自动过程控制和温度·时间数据记录系统、以及含有温度测试与加速升温的专用杜瓦瓶、真空排气机组，特点是：

1)用于液氮传输的自动输液管道是真空隔热管道；

2)储液罐是一个160L容量的且有过压安全保护装置的液氮容器，具有液位指示器；

3)液氮的传输速率是由可调节压力的恒压装置控制储液罐内部压力控制的；

4)恒定压力阀压力可调且可以自控保持恒压；

5)按设定的温度下降曲线，通过计算机控制，可以控制被试器件的温度下降曲线；

6)通过专用杜瓦瓶内测温元件反馈数据、计算机采集，被测器件的各项数据可以实时自动记录；

7)专用杜瓦瓶具有加速升温的电热元件，提高循环效率；

8)温度循环次数可以自动记录；

9)专用杜瓦瓶具有电极引线，可以实现对被试器件的原位快速性能检测；

10)具有真空排气系统，可以实现对专用杜瓦瓶在试验工位上进行真空排气。

如图2、图3所示，系统的布局是，中间是循环系统本体7，上面安装有真空液氮输液主管道1，本体7内部是真空排气系统，正面安装主电源开关9、真空指示表10和真空系统电磁控制阀按钮与指示器12。液氮储液罐4、压缩氮气钢瓶5以及计算机控制及工作电源柜6安排在二侧。十个专用高低温循环杜瓦瓶3安置在循环系统本体7上面，分别与真空液氮输液主管道1和真空管路13连接。

所述的自动液氮输液系统，压缩氮气钢瓶5的阀门打开对液氮储液罐4加压，气压对液氮储液罐4内的液氮液面19加压，液氮15通过真空液氮输液主管道1、电磁控制阀2进入专用高低温循环杜瓦瓶3，对被试样品进行降温。储液罐压力表16指示液氮储液罐4内部压力，与管道系统连接有储液罐压力恒定控制器17，使储液罐4的内部压力恒定在设定值，以控制液氮15的进入循环杜瓦瓶3的流速，从而按设定的降温速率冷却被试样品。计算机控制及工作电源柜6内部的温度采集模块与控制模块通过对电磁控制阀2的通断控制阀门的打开与关闭，从而控制液氮流量。计算机控制界面显示8设定控制参数，同时显示温度、循环次数、升温时间等参数。专用高低温循环杜瓦瓶3内有测温元件与加热元件，温度参数与加热电源与控制及工作电源柜6连接，计算机采集测温数据和输出加热电源。真空排气系统由真空泵11与真空管路13组成，真空管路13与专用高低温循环杜瓦瓶3真空接口连接，必要时对杜瓦瓶3进行排气。

Claims (5)

1、一种多工位高低温循环试验自动控制系统，包括自动输液管道以及液氮流量恒定控制系统、自动过程控制和温度·时间数据记录系统、以及具有温度测试与加速升温的专用杜瓦瓶、真空排气机组，其特征在于：

a)用于冷却的液氮经一真空输液管道自动输入专用杜瓦瓶，并设有一液氮传输速率控制部件；

b)被试器件的温度下降曲线通过设在计算机的内存上的模块，并由与该内存电联结的处理器按要求进行处理控制；

c)被测器件的温度、温度下降时间数据计算机上的处理器进行实时自动记录；

d)真空排气机组具有对专用杜瓦瓶在试验工位上进行真空排气的结构。

2、如权利要求1所述的多工位高低温循环试验自动控制系统，其特征在于：所述的自动输液管道：

a)是用于液氮传输的真空隔热管道；

b)由作用在储液罐内液氮表面的压力检测部件来控制液氮的自动输出；

c)液氮传输输液管道连接有压缩氮气、恒定压力阀，通过调节储液罐内压力来控制液氮流量；

d)输入杜瓦瓶的液氮由电磁控制阀控制。

3、如权利要求1或2所述的多工位高低温循环试验自动控制系统，其特征在于：

a)被测器件的温度下降曲线、被测器件的温度、温度下降时间数据的自动记录是通过计算机界面输入参数来实现控制；

b)温度循环次数由计算机上的处理器自动记录，由电连接该处理器的显示屏显示；

c)温度循环曲线由与处理器电联结的显示屏实时显示。

4、如权利要求1所述的多工位高低温循环试验自动控制系统，其特征在于：所述的专用杜瓦瓶具有：

a)提高温度循环效率，加速升温的电热元件；

b)可以实时测温的测温元件；

c)可以实现对被试器件的原位快速性能检测的电极引线；以及

d)可以原位真空排气的连接真空排气系统。

5、一种多工位高低温循环试验自动控制方法，包括步骤：

S1、首先，由专用杜瓦内安装的测温元件测试温度，当测到杜瓦内样品温度T＞80K时，计算机输出控制信号，电控阀门开启，由恒压控制的储液罐内的液氮通过电控阀门输入杜瓦，开始对杜瓦运控降温过程，每半分钟测温一次；

S2、当测到杜瓦内样品温度T≤80K时，计算机能输出控制信号，电控阀门关闭，停止液氮输入，保持2分钟之后，再次测温，当测到杜瓦内样品温度T＜300K时，计算机输出控制信号，加热电源开始，杜瓦内的加热元件开始加热，升温过程开始；

S3、当测到杜瓦内样品温度≥300K时，切断加热电源，停止升温，然后保持2分钟，完成一次“室温-低温-室温”的循环，此时，计算机自动记录一次循环，并在屏幕上显示循环次数。

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