[發(fā)明專利]一種微型機械制冷機工質(zhì)污染取樣和分析裝置

無效

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• 申請日: 2008-10-31
• 公開（公告）號: CN101403662A
• 公開（公告）日: 2009-04-08
• 發(fā)明（設計）人: 楊少華;劉心武;張曉明;吳亦農(nóng);劉建
• 申請（專利權）人: 信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所
• 主分類號: G01N1/24
• 分類號: G01N1/24;G01N27/64
• 代理公司: 廣州市深研專利事務所
• 代理人: 陳雅平

技術領域

本發(fā)明涉及一種微型機械制冷機工質(zhì)污染取樣和分析裝置，具體來說，涉及一種用于低溫區(qū)長壽命斯特林、脈管等微型機械制冷機工質(zhì)污染取樣和分析裝置。

背景技術

近幾十年來，空間紅外遙感、超導濾波、深空探測等重大國防、通訊、探測技術的迅速發(fā)展推動了微型機械制冷應用的發(fā)展。斯特林、脈管等微型機械制冷機具有制冷溫度低、冷量大、效率高、體積小等優(yōu)點，作為最佳冷源能提供紅外遙感、超導設備中探測器所需的低溫工作環(huán)境。對于空間應用，微型機械制冷機的壽命直接影響到遙感探測設備的使用年限，長壽命和長期可靠性是其必需解決的關鍵技術之一。隨著柔性彈簧、直線電機、間隙密封技術在微型機械制冷機中的成功應用，機械失效的概率已經(jīng)大大降低。大量的觀察、壽命試驗以及空間應用表明，制冷性能的退化直接源于氣體工質(zhì)的污染。氣體工質(zhì)的污染是影響制冷機長壽命運行的主要原因，尤其對運行壽命大于10,000小時的制冷機尤為突出。因此氣體工質(zhì)的污染失效已經(jīng)成為影響機械制冷機壽命的關鍵因素，污染失效模式的控制至關重要。

要解決微型機械制冷機的氣體工質(zhì)的污染失效問題，就必須對制冷機內(nèi)部的氣體工質(zhì)進行取樣分析，確定制冷機在各種運行情況下內(nèi)部氣體的成分及含量等關鍵信息，最終反饋到工藝處理，采取放氣污染的抑制措施。

對于微型機械制冷機而言，實現(xiàn)對內(nèi)部氣體工質(zhì)取樣分析，一般須滿足以下幾個要求：1)必須具有同制冷機內(nèi)部腔體連通的接口，可進行無破壞取樣；2)取樣裝置容積必須足夠的小，一般應控制在1cc之內(nèi)，減弱對制冷機性能的影響，實現(xiàn)多次間隔取樣；3)裝置自身放氣率與制冷機內(nèi)部污染相比可以忽略，裝置在取樣前須保持高真空，整體泄漏率控制在可允許范圍之內(nèi)，確保取樣精度；4)必須降壓，制冷機內(nèi)部氣體壓力約為13atm，而質(zhì)譜分析儀要求待分析氣體壓力不高于2atm為好；5)氣體成分的分析精度至少大于100ppm，因為氣體工質(zhì)的純度一般達99.99％以上；6)氣體成分分析時，需對取樣腔體加熱，確保全部污染物質(zhì)呈氣態(tài)進入質(zhì)譜分析儀，以便準確分析。基于上述要求，目前分析裝置和方法還不能實現(xiàn)制冷機氣體工質(zhì)的無損分析。

發(fā)明內(nèi)容

針對微型機械制冷機取氣的上述特殊要求，本發(fā)明提出一種將制冷機、真空泵、內(nèi)部水汽分析儀(質(zhì)譜分析儀)活動聯(lián)接的，取氣容積小于1cc，自身放氣率和泄漏率低的，利用容積差自動降壓的，可多次間隔取樣的，易于裝卸的，分析精度大于100ppm的，用于氣體工質(zhì)污染取樣和分析的裝置。由于制冷機內(nèi)充高壓氣體，而內(nèi)部水汽分析儀只能在常壓下分析，因此需要對制冷機工作腔內(nèi)的取樣氣體進行降壓。取氣閥需依據(jù)制冷機充氣閥的結構而定，另外，取樣的氣體體積必須非常小，取樣后不能對制冷機性能產(chǎn)生明顯影響。因此，本發(fā)明制冷機與取氣閥的接口體積很小，同時利用取氣閥的前空腔和取樣裝置儲氣瓶之間的體積差(1∶10左右)實現(xiàn)減壓功能，這樣節(jié)省了減壓閥，也減少了每次取氣所需的量，減少了對制冷機工質(zhì)壓強的影響。取樣裝置配備了與真空泵、質(zhì)譜儀的接口，使取樣時儲氣瓶內(nèi)保持高真空。為了提高取樣時儲氣瓶內(nèi)的真空度和安全性，抽真空時可在真空泵上附加冷阱或電磁閥。取樣后的氣體在分析時，需用加熱臺對氣瓶和分析管路加熱，確保全部的工質(zhì)成分均成氣態(tài)以便準確分析。整套取樣裝置為全金屬件，具有良好的密封性，短時間內(nèi)可保持良好的高真空狀態(tài)，自身放氣率低。

該裝置包括一個與制冷機充氣閥座配合活動連接的二通取氣閥、取氣閥與儲氣瓶的接口、微型不銹鋼波紋管閥、儲氣鋼瓶、微型不銹鋼波紋管閥、質(zhì)譜分析儀接口、真空泵接口、加熱臺、真空泵和質(zhì)譜儀。

所述二通取氣閥包括帶手柄的閥桿，以閥桿為軸依次套有上螺母、壓塊、密封圈、閥體、過渡管，下螺母與過渡管外螺接，閥體中間壁上通過密封焊接有一閥咀，閥桿與閥體之間的間隙和閥咀的內(nèi)腔體為取氣閥的內(nèi)腔；上螺母和閥體之間為螺紋連接，通過旋緊上螺母，對壓塊施力，可壓緊密封圈，實現(xiàn)閥體內(nèi)部取樣容積與外界的隔絕，下螺母借助過渡管與制冷機充氣閥座實現(xiàn)螺紋連接，通過旋緊下螺母，實現(xiàn)閥體內(nèi)部取樣容積與外界的隔絕。