CN204044094U - 一种温控组件热性能测试系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种温控组件热性能测试系统，可以模拟温控组件在近似真空绝热环境下对其进行热性能的测试与研究，包括供电单元、真空室和温度采集与分析单元，所述真空室包括密封连接的真空室钟形罩和真空室底板，所述真空室的内腔中设置蓄热槽和电热元件，所述电热元件加热片和蓄热槽的底面紧密贴合，所述蓄热槽内放置温控组件,在所述温控组件中设置热电偶,所述电热元件通过设置在所述真空室底板上的航空插头与供电单元电连接，所述热电偶也通过所述航空插头与所述温度采集与分析单元连接。

Description

一种温控组件热性能测试系统

技术领域

本实用新型涉及一种热性能测试系统，具体涉及一种温控组件热性能测试系统。

背景技术

高超声速飞行器在大气层内长时间高速飞行，采取高效防隔热措施后，舱内近似真空绝热环境，伺服系统放热和冷热连接部位传入的热量会导致舱内温度升高，影响仪器设备的正常工作，因此必须采取有效的温控措施。为了满足飞行器舱内温度控制要求，利用热转移材料的高导热性能将热源部位产生的热量传递给蓄热材料或冷源，在蓄热空间内布置高导热材料或高强度传热器件来实现热能的快速传导均布，将热量从发热源传导出来并均匀散布在蓄热材料中，即将热源处的高热流密度能量转成低热流密度能量并传给蓄热材料，从而适应蓄热材料虽然储热能力强但自身吸热速度较慢及热传导能力差的特点。然而在这种近似真空绝热环境、有限重量体积条件下，开展基于热耗散、热疏导原理的多部位、多温区的温控技术研究与工程应用，目前尚没有完整的设计理论及方法可以借鉴，尤其是在温控材料(结构)热匹配机理、结构与效率控制方法方面缺乏清晰的认识，已经成为制约工程温控技术实现的瓶颈问题。因此急需从基础研究入手，明晰热耗散、热转移材料自身的热物性、传热传质特性与温控效率之间的联系，掌握多种热转移、热耗散材料的热匹配及作用机理，充分利用温控组件热性能测试方法，为温控材料(组件)性能与效率的优化提供理论基础，促进温控材料的结构设计与制备技术的发展，保证专项工程的研制过程。

实用新型内容

为克服现有技术的缺点和不足，本实用新型目的在于提供一种温控组件热性能测试系统，利用该测试系统可以模拟温控组件在近似真空绝热环境下对其进行热性能的测试与研究。

为解决上述技术问题，本实用新型是通过以下技术方案进行实现的：

一种温控组件热性能测试系统，包括供电单元、真空室和温度采集与分析单元，其特征在于，所述真空室包括密封连接的真空室钟形罩和真空室底板，所述真空室的内腔中设置蓄热槽和电热元件，所述电热元件的加热片和蓄热槽的底面紧密贴合，所述蓄热槽内放置温控组件,在所述温控组件中设置热电偶,所述电热元件通过设置在所述真空室底板上的航空插头与供电单元电连接，所述热电偶也通过所述航空插头与所述温度采集与分析单元连接。

优选地，所述温控组件为相变材料温控组件。进一步地，本实用新型温控组件由热传导和热耗散两部分组成，热传导部分可以为蜂窝结构材料、编织结构材料或高强度传热器件，热耗散部分可以为相变微胶囊材料或蓄热基体材料中添加颗粒。

优选地，所述电热元件为氮化硅电热元件。采用氮化硅电热元件作为加热源来模拟实际发热体的发热面积和热流密度，该发热元件体积小、热惯性小、表面负荷高、升温速度快，干点升温可达1200℃，干点加热负荷可达25W/cm²，能实现实验所需高温环境要求，由电源对其进行加热。通过可控硅调功器控制其发热功率，从而实现功率可视化精确控制，性能安全可靠。

优选地，所述真空室钟形罩的侧壁上设有观察窗。设计加工了石英玻璃观察窗，与钟形密闭罩通过法兰连接，以观察实验工况。由于真空室内需布置温控组件及其它各种接线，导致钟形密闭罩体积及重量加大，由此带来安装及拆卸不便，为了使实验简捷，设计的石英玻璃视窗除了有观察实验进程功能之外，还要方便真空室安装拆卸及蓄热槽、电加热元件和热电偶布置，由于蓄热槽为长方体结构，真空室腔为圆柱体，于是设计时需充分考虑长方体和圆柱体的合理匹配，设计时需预留一定的偏心矩，以使真空室空间得到最大程度的利用并利于蓄热槽的安装拆卸及热电偶的合理布置，从而使实验操作变得更加简单可靠，实验可重复性显著增强。

优选地，温控组件热性能测试系统还包括与真空室底板对接的用以抽取真空室内部空气的分子泵。

优选地，所述温度采集与分析单元包括通信连接的温度采集器与数据分析单元，所述热电偶与所述温度采集器连接。

优选地，所述供电单元、真空室固定于一移动工作台上。

优选地，所述供电单元包括依次电连接的可控硅调功器、空气开关和接线端子，所述电热元件通过导线与所述接线端子连接。

优选地，所述热电偶为K型热电偶。

本实用新型的钟形密闭真空室，用以模拟舱内近似真空绝热环境。为了方便电热元件的加热片的固定及最大程度的减小蓄热槽和加热片之间的接触热阻，设计加工时采用在蓄热槽底面开槽并进行抛光打磨，以使加热片和蓄热槽底面之间能紧密配合，从而最大程度减小导热损失。真空室与外部设备接口采用航空插头进行转接以提高气密性，由于市场上航空插头气密性不太好，为了进一步提高真空室内的真空度和实现更好的气密性，采用在航空插头里加注螺纹胶的方法以改善其密封性能，该螺纹胶固化前是稀薄液体，流动性好，在空气中能快速固化，固化后能实现有效密封并可进行拆卸，实验可操作性强，可重复性好，经济实用。

本实用新型的温控组件热性能测试系统在测试温控组件热性能时，首先连接好控制电热元件功率的电路，将温控组件放入蓄热槽内，按实验需求布置热电偶监测其温度随加热时间变化，然后将真空室与外部设备接口及分子泵连接好，开启分子泵对真空室进行抽真空，通过真空表控制其真空度，当真空度满足要求后，开启调功器并设置好功率使电热元件对温控组件进行加热，当温控组件温度超过其相变点时停止加热，并关闭真空泵。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型通过调功器来控制电热元件的功率，实现了功率可视化精确控制，并使电热元件迅速升温，可实现从室温到1200℃温度范围的多温区连续控温。设计加工了一套钟形密闭真空室，模拟舱内近似真空绝热环境，同时配备真空系统，从而实现在不同温区下的真空环境。设计加工了观察窗，与钟形密闭罩通过法兰连接，以观察实验工况。由于真空室内需布置温控组件及其它各种接线，导致钟形密闭罩体积及重量加大，由此带来安装及拆卸不便，为了使实验简捷，设计的观察窗除了有观察实验进程功能之外，还要方便真空室安装拆卸及蓄热槽、电热元件和热电偶布置，由于蓄热槽为长方体结构，真空室腔为圆柱体，于是设计时需充分考虑长方体和圆柱体的合理匹配，设计时需预留一定的偏心矩，以使真空室空间得到最大程度的利用并利于蓄热槽的安装拆卸及热电偶的合理布置，从而使实验操作变得更加简单可靠，实验可重复性显著增强。设计加工时采用在蓄热槽底面开槽并进行抛光打磨，以使加热片和蓄热槽底面之间能紧密配合，这一方面是为了方便加热片的固定，另一方面能最大程度的减小蓄热槽和加热片之间的接触热阻，以最大程度减小导热损失。真空室与外部设备接口采用航空插头进行转接以提高气密性，为了进一步提高真空室内的真空度和实现更好的气密性，通过在航空插头里加注螺纹胶的方法以改善其密封性能，该螺纹胶固化前是稀薄液体，流动性好，在空气中能快速固化，固化后能实现有效密封并且拆卸方便，实验可操作性强，可重复性好，经济实用，从而大大提高了真空室与外部设备接口的气密性及真空室内的真空度，并能最大程度的消除由自然对流产生的热损。

附图说明

图1所示为本实用新型的测试系统装置图；

图2所示为本实用新型的供电单元装置图；

图3所示为本实用新型的温度采集与分析单元装置图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本实用新型进一步详细说明。

如图1至3所示，本实用新型的温控组件热性能测试系统，包括供电单元10、真空室20和温度采集与分析单元30，真空室20包括密封连接的真空室钟形罩21和真空室底板22，真空室20的内腔中设置蓄热槽5和电热元件6，电热元件6的加热片和蓄热槽5的底面紧密贴合，蓄热槽5内放置温控组件,在温控组件中设置热电偶7,电热元件6通过设置在真空室底板22上的航空插头8与供电单元10电连接，热电偶7也通过航空插头8与温度采集与分析单元30连接。优选地，温控组件为相变材料温控组件。优选地，电热元件6为氮化硅电热元件。优选地，真空室钟形罩21的侧壁上设有观察窗23。

优选地，温控组件热性能测试系统还包括与真空室底板11对接的用以抽取真空室内部空气的分子泵12。优选地，温度采集与分析单元30包括通信连接的温度采集器31与数据分析单元32，热电偶7与温度采集器31连接。优选地，供电单元10、真空室20固定于一移动工作台上。优选地，供电单元10包括依次电连接的可控硅调功器11、空气开关12和接线端子13，电热元件6通过导线与接线端子13连接。

本实用新型的温控组件热性能测试系统，能够测试温控组件在多相(固，固-液，液)共存、转变时的多种参数，包括热性能(总吸热量、辐射热损)、温度分布等。测试中采用电加热方式，可实现从室温到1200℃温度范围的多温区连续控温，同时配备真空系统，实现在不同温度下的真空环境。

实用新型的温控组件温控性能测试系统在使用时，可具体采用如下步骤：

1.将空气开关12、接线端子13、可控硅调功器11安装于配电单元10中，将氮化硅电热元件6与空气开关12、接线端子13、可控硅调功器11相关电路连接好，调试运行完好后关闭空气开关12。

2.将真空室底板22和配电单元10固定于移动工作台上，将温控组件放入蓄热槽5内，将氮化硅电热元件6布于蓄热槽5底面，按实验需求在温控组件及真空室底板22布置若干个K型热电偶7，将K型热电偶、航空插头8、温度采集器31与计算机32连接好。

3.将真空室钟形罩21与石英玻璃观察窗5进行安装连接固定。

4.利用高压惰性气体对航空插头6进行吹洗，将螺纹胶注入航空插头6，待其固化后，将真空室钟形罩21与真空室底板22进行安装连接固定。

5.将分子泵40和真空室底板22对接好。

6.开启分子泵40抽真空，将真空室内部空气抽净排空，当真空度达到要求时开启空气开关12，设置可控硅调功器11功率为实验所需值，启动氮化硅电热元件6对温控组件进行加热，同时运行数据采集器31，开始采集数据，并通对石英玻璃观察窗5对温控组件的实验工况进行观察，当温度超过温控组件相变材料相变点时停止加热，记录可控硅调功器11显示的功率、温度采集器31显示的运行时间及相关温度数据。

7.关闭空气开关12、分子泵40和温度采集器31，处理相关数据并分析结果。

本实用新型的主要性能指标如下：

(1)环境温度范围:室温～1200℃，100℃以下的控温精度为±0.5℃，100～1200℃的控温精度为±0.5％；

(2)环境压力范围：可实现常压及负压测量，真空度范围1Pa～1bar，真空度测量不确定度≤4％；

(3)可测量参数：温控组件的总吸热量、吸热速率、相变温度、辐射热损、温度分布等；

(4)总吸热量、吸热速率、辐射热损测试精度：±3％。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的范围之内。

Claims (9)

1.一种温控组件热性能测试系统，包括供电单元、真空室和温度采集与分析单元，其特征在于，所述真空室包括密封连接的真空室钟形罩和真空室底板，所述真空室的内腔中设置蓄热槽和电热元件，所述电热元件加热片和蓄热槽的底面紧密贴合，所述蓄热槽内放置温控组件,在所述温控组件中设置热电偶,所述电热元件通过设置在所述真空室底板上的航空插头与供电单元电连接，所述热电偶也通过所述航空插头与所述温度采集与分析单元连接。

2.根据权利要求1所述的温控组件热性能测试系统，其特征在于，所述温控组件为相变材料温控组件。

3.根据权利要求1所述的温控组件热性能测试系统，其特征在于，所述电热元件为氮化硅电热元件。

4.根据权利要求1所述的温控组件热性能测试系统，其特征在于，所述真空室钟形罩的侧壁上设有观察窗。

5.根据权利要求1至4任一项所述的温控组件热性能测试系统，其特征在于，温控组件热性能测试系统还包括与真空室底板对接的用以抽取真空室内部空气的分子泵。

6.根据权利要求1至4任一项所述的温控组件热性能测试系统，其特征在于，所述温度采集与分析单元包括通信连接的温度采集器和数据分析单元，所述热电偶与所述温度采集器连接。

7.根据权利要求1至4任一项所述的温控组件热性能测试系统，其特征在于，所述供电单元、真空室固定于一移动工作台上。

8.根据权利要求1至4任一项所述的温控组件热性能测试系统，其特征在于，所述供电单元包括依次电连接的可控硅调功器、空气开关和接线端子，所述电热元件通过导线与所述接线端子连接。

9.根据权利要求1至4任一项所述的温控组件热性能测试系统，其特征在于，所述热电偶为K型热电偶。