專利名稱：一種用于分置式杜瓦熱負載測試的高兼容多功能測試杜瓦的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及紅外探測器杜瓦組件制造技術，具體是指一種用于分置式杜瓦熱負載測試的高兼容多功能測試杜瓦，它適用于分置式大熱負載工程杜瓦的熱負載測試和制冷機耦合效果的測試。
背景技術：
紅外探測器杜瓦組件在航天紅外領域有著廣泛的應用。隨著波長向長波擴展和探測靈敏度的提高，紅外焦探測器必須在深低溫下才能工作。由于機械制冷具有結(jié)構緊湊、體積小、重量輕、制冷量大、制冷時間短、制冷溫度可控范圍大等優(yōu)點，目前該類探測器在空間應用中大多采用機械制冷方式。這樣也使得其應用時大多采用杜瓦封裝形成紅外探測器杜瓦組件。熱負載是杜瓦組件重要的技術指標，它直接影響制冷機的制冷量和航天應用所需要的熱功耗。分置式工程杜瓦的冷平臺通過彈性冷鏈或碳紙或其它傳熱介質(zhì)與制冷機的冷端相連接來實現(xiàn)制冷機與分置式工程杜瓦的耦合。這種耦合方式的優(yōu)勢在于分置式工程杜瓦和制冷機可以單獨研制，工藝不交叉，互換性強，并且可維修性強。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于分置式杜瓦熱負載測試的高兼容多功能測試杜瓦， 來解決大熱負載杜瓦組件的熱負載測試及杜瓦與制冷機耦合效果的測試問題。本發(fā)明一種用于分置式杜瓦熱負載測試的高兼容多功能測試杜瓦如附圖1所示， 它主要包括腔體帽1、引線圓盤2、密封卡環(huán)3、法蘭座4、制冷機冷指5、法蘭座橡膠密封圈 6、法蘭座螺釘7、卡環(huán)橡膠密封圈8、引線針9、引線圓盤橡膠密封圈10、腔體帽螺釘11、彈簧下壓塊12、下壓塊螺釘13、絕緣陶瓷環(huán)14、彈簧上壓塊15、冷頭16、上冷屏17、抽氣管18、 彈性冷頭19、活動測溫傳感器20、彈片21、活動測溫傳感器正極引線22、活動測溫傳感器負極引線23、引出線M、、彈簧甲25等六根彈簧、加熱片正極引線27、加熱片29、加熱片負極引線31、測溫傳感器負極引線33、測溫傳感器35、測溫傳感器正極引線36。腔體帽1、引線圓盤2法蘭座4和抽氣管18構成杜瓦腔體外殼。抽氣管18通過真空釬焊聯(lián)接在腔體帽1 的抽氣管開口 101處；腔體帽1與引線圓盤2間使用引線圓盤橡膠密封圈10密封，引線圓盤橡膠密封圈10安裝在引線圓盤密封圈槽204內(nèi)，通過腔體帽螺釘11固定；引線圓盤2和法蘭座4通過引線圓盤內(nèi)螺紋202和法蘭座外螺紋401連接，并通過密封卡環(huán)3及卡環(huán)橡膠密封圈8密封；密封卡環(huán)3與引線圓盤2通過引線圓盤外螺紋203和卡環(huán)內(nèi)螺紋301連接；法蘭座4與制冷機冷指5間使用法蘭座橡膠密封圈6密封，并通過法蘭座螺釘7安裝固定。冷頭16安裝于彈簧上壓塊15內(nèi)，彈簧34 —端與彈簧上壓塊15的上壓塊彈簧安裝孔 1502固定，另一端與彈簧下壓塊12的下壓塊彈簧安裝孔1201固定，其余五根彈簧如此依次安裝；彈簧下壓塊12與引線圓盤2通過下壓塊螺釘13固定，在引線圓盤2上開有六個引線孔201，在引線孔201中安裝中空的絕緣陶瓷環(huán)14，絕緣陶瓷環(huán)14中安裝引線針9 ；使用引出線M分別與對應的彈簧與對應的引線針固定。加熱片四和測溫傳感器35安裝于冷頭上表面1601上，加熱片四正極與彈簧已沈通過加熱片正極引線27聯(lián)接加熱片四負極與彈簧戊32通過加熱片負極引線31聯(lián)接；測溫傳感器35正極與彈簧甲25通過測溫傳感器正極引線36聯(lián)接，測溫傳感器35負極與彈簧已34通過測溫傳感器負極引線33聯(lián)接；上冷屏17安裝在冷頭上表面1601上，安裝時通過上冷屏17上的讓線開孔1701使上冷屏17 避讓開各引線；下冷屏1501與彈簧上壓塊15 —體加工成型；在下冷屏1501上安裝有彈片 21，在彈片21頂端安裝有活動測溫傳感器20，活動測溫傳感器20正極與彈簧丙觀通過活動測溫傳感器正極引線22聯(lián)接，活動測溫傳感器20負極與彈簧丁 30通過活動測溫傳感器負極引線23聯(lián)接。將法蘭座橡膠密封圈6放置在法蘭座密封槽402中，將制冷機冷指5安裝至未安裝腔體帽1的高兼容多功能測試杜瓦內(nèi)，旋松密封卡環(huán)3，固定引線圓盤2，旋轉(zhuǎn)安裝法蘭4調(diào)節(jié)冷頭16至法蘭座4距離，使冷頭16貼合制冷機冷指5的彈性冷頭19，繼續(xù)旋動法蘭座4，調(diào)節(jié)冷頭16對彈性冷頭19的壓緊力，調(diào)節(jié)完畢后旋緊密封卡環(huán)3，使用法蘭座螺釘7固定法蘭座4和制冷機冷指5，調(diào)節(jié)活動測溫傳感器20位置使其貼合制冷機冷指 5的冷頭501上，最后將引線圓盤橡膠密封圈10安放在引線圓盤密封槽204中使用腔體帽螺釘11密封固定腔體帽1，使用真空排氣裝置通過抽氣管18將本高兼容多功能測試杜瓦抽真空，并保持真空狀態(tài)。完成上述步驟后便可以進行相關的測試。本裝置的實現(xiàn)方法如下1)按照一種用于分置式杜瓦熱負載測試的高兼容多功能測試杜瓦各零部件的裝配順序完成腔體帽1、引線圓盤2、密封卡環(huán)3、法蘭座4以及內(nèi)部零部件的裝配和固定；2)使用液氮稱重法測得高兼容多功能測試杜瓦固有熱負載％ ；3)選擇一臺合適的工程杜瓦適配制冷機與待測分置式工程杜瓦耦合，使用工程杜瓦適配制冷機對待測分置式工程杜瓦制冷，通過調(diào)節(jié)制冷機控制箱，將待測分置式工程杜瓦制冷到其工作溫度(如80K)并達到熱平衡，記錄此時制冷機的功率值；4)將工程杜瓦適配制冷機與待測分置式工程杜瓦拆分，并將工程杜瓦適配制冷機與高兼容多功能測試杜瓦耦合，使用工程杜瓦適配制冷機對高兼容多功能測試杜瓦進行制冷，調(diào)節(jié)制冷機控制箱，使工程杜瓦適配制冷機的功率與之前記錄的制冷機的功率值相同；5)對加熱片四通電，調(diào)節(jié)其電流值大小使測溫傳感器35測得的溫度在待測分置式工程杜瓦1的工作溫度(80K)處達到平衡，記錄此時加熱片四的電流值和電壓值，計算出其發(fā)熱功率％，并記錄活動測溫傳感器20測得的溫度值，可以得到此制冷量下彈性冷鏈的溫度梯度。6)計算待測分置式工程杜瓦的熱負載I，即等于高兼容多功能測試杜瓦的固有熱負載％與加熱片四的發(fā)熱功率％之和，即A = Qo+Qjo本發(fā)明的優(yōu)點是1)本發(fā)明的結(jié)構和實現(xiàn)方法簡單，測試精度高，通用性強，成本低廉；2)本發(fā)明可以測量大熱負載工程杜瓦組件的熱負載值；3)本發(fā)明同樣也適用于工程用制冷機冷指上彈性冷鏈或碳紙或其它耦合介質(zhì)在不同制冷溫度和不同傳輸冷量下溫度梯度的測試；4)本發(fā)明可以高兼容多功能測試杜瓦與制冷機的耦合效果。


圖1為一種用于分置式杜瓦熱負載測試的高兼容多功能測試杜瓦示意圖。圖中1-腔體帽；101-抽氣開口；2-引線圓盤；201-引線孔；202-引線圓盤內(nèi)螺紋；203-引線圓盤外螺紋；204-引線圓盤密封槽；3-密封卡環(huán)；301-卡環(huán)內(nèi)螺紋；4-法蘭座；401-法蘭座外螺紋；402-法蘭座密封槽；5-制冷機冷指；501-7令頭；6-法蘭座橡膠密封圈；7-法蘭座螺釘；8-卡環(huán)橡膠密封圈；9-引線針；10-引線圓盤橡膠密封圈；11-腔體帽螺釘；12-彈簧下壓塊；1201-下壓塊彈簧安裝孔；13-下壓塊螺釘；14-絕緣陶瓷環(huán)；15-彈簧上壓塊；1501-下冷屏；1502-上壓塊彈簧安裝孔；16- 7令頭；1601-冷頭上表面；17-上冷屏；1701-讓線開孔；18-抽氣管；19-彈性冷頭；20-活動測溫傳感器；21-彈片；22-活動測溫傳感器正極引線；
23-活動測溫傳感器負極引線
24-引出線；
25-彈簧甲；
26-彈簧已；
27-加熱片正極引線；
28-彈簧丙；
29-加熱片；
30-彈簧?。?br> 31-加熱片負極引線；
32-彈簧戊；
33-測溫傳感器負極引線；
34-彈簧已；
35-測溫傳感器；
36-測溫傳感器正極引線。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步的詳細說明實施例是某大熱負載(據(jù)估算熱負載值大于1. 5瓦)紅外探測器焦平面杜瓦組件的熱負載測試，如附圖1所示，它的主要實施方法如下1、本發(fā)明一種用于分置式杜瓦熱負載測試的高兼容多功能測試杜瓦各零部件的制備方法和裝配順序如下a)腔體帽1材料為不銹鋼304L，抽氣管18為外徑6mm內(nèi)徑4mm長60mm的無氧銅管，將抽氣管18使用釬焊爐釬焊至腔體帽1的抽氣管開口 101處，使用檢漏儀檢驗焊接處， 漏率達到1. ΟΧΚΓΗοπ· · 1/s量級，滿足使用要求，并對腔體帽1內(nèi)表面進行拋光處理；b)引線圓盤2材料為4E9，將絕緣陶瓷環(huán)14和引線針9使用釬焊爐焊接至引線孔 201處，圓周方向均勻分布共有六組，使用檢漏儀檢驗焊接處，漏率達到2. OX ΚΓΗοπ· · 1/ s量級，滿足使用要求，并對引線圓盤2盤面進行拋光處理；c)冷頭16材料為無氧銅，雙面拋光，彈簧上壓塊15使用聚四氟乙烯材料，將冷頭 16嵌入彈簧上壓塊15內(nèi)，彈簧上壓塊15與冷頭16過盈配合；d)使用低溫膠將加熱片四與測溫傳感器35粘貼到冷頭上表面1601上，測溫傳感器35選用測溫Pt電阻，使用電烙鐵將加熱片正極引線27、加熱片負極引線31、測溫傳感器正極引線36和測溫傳感器負極引線33分別銦焊至加熱片四的正負極與測溫傳感器35的正負極；e)上冷屏17為不銹鋼材料，內(nèi)外拋光處理，將上冷屏17安裝至冷頭上表面1601 上，安裝時將各引線從讓線開孔1701中引出，使用低溫膠固定上冷屏17與冷頭16 ；活動測溫傳感器20選用測溫Pt電阻，分別將活動測溫傳感器正極引線22和活動測溫傳感器負極引線23使用電烙鐵銦焊至活動測溫傳感器20的正負極上，彈片21為ImmX 2mm長20mm的不銹鋼長條，使用低溫膠將活動測溫傳感器20粘貼至彈片21的一端，將彈片21的另一端使用低溫膠粘貼至彈簧上壓塊15的下冷屏1501上；將以上粘有低溫膠的各部分放入電子干燥箱室溫固化12小時；f)彈簧甲25等六根彈簧規(guī)格長度一致，將彈簧已34的一端穿過彈簧上壓塊15的上壓塊彈簧安裝孔1502，使用虎鉗將其壓緊固定在彈簧上壓塊15上；將彈簧已34的另一端穿過彈簧下壓塊12的下壓塊彈簧安裝孔1201，使用虎鉗將其壓緊固定在彈簧下壓塊12 上；使用同樣方法將其余五根彈簧依次固定在彈簧上壓塊15和彈簧下壓塊12上；g)使用下壓快螺釘13將彈簧下壓快12安裝固定至引線圓盤上；h)使用電烙鐵將加熱片正極引線27、加熱片負極引線31、測溫傳感器正極引線36 和測溫傳感器負極引線33分別銦焊至彈簧已沈、彈簧戊32、彈簧甲25和彈簧已34，將活動測溫傳感器正極引線22和活動測溫傳感器負極引線23分別銦焊至彈簧丙觀和彈簧丁 30 ；再通過引出線將各彈簧與各引出針一一對應銦焊固定；i)將密封卡環(huán)3套在法蘭座4的柱體上，再套上卡環(huán)橡膠密封圈8，卡環(huán)橡膠密封圈8均勻涂抹有真空硅脂，將法蘭座外螺紋301旋入引線圓盤內(nèi)螺紋202中，旋入約IOmm ； 將密封卡環(huán)內(nèi)螺紋301旋至引線圓盤外螺紋203上，旋緊至卡住卡環(huán)橡膠密封圈8。將引線圓盤橡膠密封圈10均勻涂抹真空硅脂放入引線圓盤密封槽204中，使用腔體帽螺釘11固定腔體帽1與引線圓盤2。2、本發(fā)明中一種用于分置式杜瓦熱負載測試的高兼容多功能測試杜瓦裝配工程杜瓦適配制冷機的過程如下a)拆卸下腔體帽1，旋松密封卡環(huán)3，將均勻涂抹有真空硅脂的法蘭座橡膠密封圈 6放置在法蘭座密封槽402內(nèi)；b)將制冷機冷指5安裝于高兼容多功能測試杜瓦中，固定引線圓盤2，在保證法蘭座4底面與制冷機安裝面貼合的同時，觀察制冷機冷指5上彈性冷頭19與冷頭16間的位置關系，旋轉(zhuǎn)法蘭座4調(diào)節(jié)彈性冷頭19與冷頭16間的位置關系；根據(jù)實驗要求，旋轉(zhuǎn)法蘭座4，調(diào)節(jié)冷頭16對彈性冷頭19的壓緊力大小；旋緊密封卡環(huán)3，使用法蘭座螺釘7固定高兼容多功能測試杜瓦與工程杜瓦適配制冷機；c)使用尖頭鑷子調(diào)節(jié)彈片21使活動測溫傳感器貼緊制冷機的冷頭501部分，使用腔體帽螺釘11固定腔體帽1與引線圓盤2，完成高兼容多功能測試杜瓦的安裝。3、對某待測分置式工程杜瓦(據(jù)估算熱負載值大于1. 5瓦)進行熱負載測試的過程如下a)使用液氮稱重法測得一種用于分置式杜瓦熱負載測試的高兼容多功能測試杜瓦固有熱負載Qq = 135mw ；選擇的工程杜瓦適配制冷機的參數(shù)為額定電壓^v，Pmax = 240W, η = 0. 85 ；b)將待測分置式工程杜瓦與工程杜瓦適配制冷機耦合，使用工程杜瓦適配制冷機對待測分置式工程杜瓦制冷，通過調(diào)節(jié)制冷機控制箱，將待測分置式工程杜瓦制冷到其工作溫度(該待測分置式工程杜瓦的工作溫度為80K)并達到熱平衡，記錄此時工程杜瓦適配制冷機的功率值P = 80W ；c)將工程杜瓦適配制冷機與待測分置式工程杜瓦拆分，并將工程杜瓦適配制冷機與高兼容多功能測試杜瓦耦合，使用工程杜瓦適配制冷機對高兼容多功能測試杜瓦進行制冷，調(diào)節(jié)制冷機控制箱，使工程杜瓦適配制冷機的功率值與之前記錄的功率值P = 80W相同；
d)對加熱片四通電，調(diào)節(jié)其電流值大小使測溫傳感器35測得的溫度在待測分置式工程杜瓦的工作溫度(80K)處達到平衡，記錄此時加熱片四的電流值和電壓值，計算出其發(fā)熱功率％ = 1. 992W，并記錄活動測溫傳感器20測得的溫度值T = 78. 5K，可以得到此制冷量下彈性冷鏈的溫度梯度。e)計算待測分置式工程杜瓦的熱負載I，等于高兼容多功能測試杜瓦的固有熱負載％與加熱片四的發(fā)熱功率％之和，即A = Qo+Qj = 2. 127W。以上就完成了一種用于分置式杜瓦熱負載測試的高兼容多功能測試杜瓦及實現(xiàn)了分置式杜瓦熱負載測試的方法，解決了大熱負載工程杜瓦組件的熱負載測試及杜瓦與制冷機耦合效果的測試問題。
權利要求
1.一種用于分置式杜瓦熱負載測試的高兼容多功能測試杜瓦，包括腔體帽(1)、引線圓盤O)、密封卡環(huán)(3)、法蘭座G)、法蘭座橡膠密封圈(6)、法蘭座螺釘(7)、卡環(huán)橡膠密封圈(8)、引線針(9)、引線圓盤橡膠密封圈(10)、腔體帽螺釘(11)、彈簧下壓塊(12)、下壓塊螺釘(13)、絕緣陶瓷環(huán)(14)、彈簧上壓塊(15)、冷頭(16)、上冷屏(17)、抽氣管(18)、彈性冷頭(19)、活動測溫傳感器(20)、彈片(21)、活動測溫傳感器正極引線(22)、活動測溫傳感器負極引線(23)、引出線(M)、彈簧甲(25)等六根彈簧、加熱片正極引線(27)、加熱片 ( )、加熱片負極引線(31)、測溫傳感器負極引線(33)、測溫傳感器(35)和測溫傳感器正極引線(36)，其特征在于A.所述的高兼容多功能測試杜瓦和制冷機的耦合過程如下拆卸下腔體帽(1)，旋松密封卡環(huán)(3)，將均勻涂抹有真空硅脂的法蘭座橡膠密封圈(6)放置在法蘭座密封槽(402) 內(nèi)；將制冷機冷指(5)安裝于高兼容多功能測試杜瓦中，固定引線圓盤O)，在保證法蘭座 (4)底面與制冷機安裝面貼合的同時，觀察制冷機冷指( 上彈性冷頭(19)與冷頭(16)間的位置關系，旋轉(zhuǎn)法蘭座(4)調(diào)節(jié)彈性冷頭(19)與冷頭(16)間的位置關系；根據(jù)實驗要求，旋轉(zhuǎn)法蘭座G)，調(diào)節(jié)冷頭(16)對彈性冷頭(19)的壓緊力大??；旋緊密封卡環(huán)(3)，使用法蘭座螺釘(7)固定高兼容多功能測試杜瓦與制冷機；使用尖頭鑷子調(diào)節(jié)彈片(21)使活動測溫傳感器貼緊制冷機的冷頭(501)部分，使用腔體帽螺釘(11)固定腔體帽(1)與引線圓盤O)，完成本高兼容多功能測試杜瓦的安裝；B.所述的高兼容多功能測試杜瓦和制冷機的拆分過程與耦合過程順序相反。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種用于分置式杜瓦熱負載測試的高兼容多功能測試杜瓦， 其特征在于所述的腔體帽(1)材料為不銹鋼304L，對腔體帽(1)內(nèi)表面進行拋光處理。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種用于分置式杜瓦熱負載測試的高兼容多功能測試杜瓦， 其特征在于所述的抽氣管(18)為外徑6mm內(nèi)徑4mm長60mm的無氧銅管。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種用于分置式杜瓦熱負載測試的高兼容多功能測試杜瓦， 其特征在于所述的引線圓盤(2)材料為4E9，對引線圓盤(2)盤面進行拋光處理。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種用于分置式杜瓦熱負載測試的高兼容多功能測試杜瓦， 其特征在于所述的冷頭(16)材料為無氧銅，雙面拋光。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種用于分置式杜瓦熱負載測試的高兼容多功能測試杜瓦， 其特征在于所述的彈簧上壓塊(1 和彈簧下壓塊(1 使用聚四氟乙烯材料。
7.根據(jù)權利要求1所述的一種用于分置式杜瓦熱負載測試的高兼容多功能測試杜瓦， 其特征在于所述的測溫傳感器(3 選用測溫Pt電阻，活動測溫傳感器00)選用測溫Pt 電阻。
8.根據(jù)權利要求1所述的一種用于分置式杜瓦熱負載測試的高兼容多功能測試杜瓦， 其特征在于所述的上冷屏(17)為不銹鋼材料，內(nèi)外拋光處理。
9.根據(jù)權利要求1所述的一種用于分置式杜瓦熱負載測試的高兼容多功能測試杜瓦， 其特征在于所述的彈片為ImmX 2mm長20mm的不銹鋼長條。
10.根據(jù)權利要求1所述的一種用于分置式杜瓦熱負載測試的高兼容多功能測試杜瓦，其特征在于所述的密封卡環(huán)(3)和法蘭座(4)采用不銹鋼材料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于分置式杜瓦熱負載測試的高兼容多功能測試杜瓦，它適用于分置式大熱負載工程杜瓦的熱負載測試和制冷機耦合效果的測試。一種用于分置式杜瓦熱負載測試的高兼容多功能測試杜瓦包括腔體帽、引線圓盤、密封卡環(huán)和法蘭座等。本發(fā)明在高兼容多功能測試杜瓦方面引入特定的結(jié)構，通過裝配置換和熱等量法來實現(xiàn)了分置式工程杜瓦靜態(tài)熱負載精確測試。本發(fā)明的裝置和實現(xiàn)方法簡單，測試精度高，通用性強，成本低廉。本發(fā)明同樣適用于工程制冷機不同制冷溫度下制冷量的測試。本發(fā)明同樣也適用于工程用制冷機冷指上彈性冷鏈或碳紙或其它耦合介質(zhì)在不同制冷溫度和不同傳輸冷量下溫度梯度的測試。
文檔編號G01J5/02GK102435321SQ20111035461
公開日2012年5月2日 申請日期2011年11月10日 優(yōu)先權日2011年11月10日
發(fā)明者夏王, 孫聞, 王小坤 申請人:中國科學院上海技術物理研究所