[發明專利]一種評價氣動斯特林制冷機最優相位匹配的裝置及方法

在審

• 申請號: 201910868625.2
• 申請日: 2019-09-16
• 公開（公告）號: CN110715812A
• 公開（公告）日: 2020-01-21
• 發明（設計）人: 蔣珍華;陳雷;朱海峰;周偉楠;丁磊;劉少帥;曲曉萍;吳亦農;湯逸豪;陳釧;項漢楨;陸印君
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海技術物理研究所
• 主分類號: G01M99/00
• 分類號: G01M99/00;G01B21/00
• 代理公司: 31311 上海滬慧律師事務所
• 代理人: 郭英

1.一種評價氣動斯特林制冷機最優相位匹配的裝置，包括線性壓縮機(1)、連管(2)、調相斯特林冷指(3)、數據采集與控制系統(4)、壓力傳感器(5)、驅動電機(6)、真空杜瓦(7)、制冷量測試系統(8)、驅動電源(9)、壓縮機第一位移傳感器(10)、壓縮機第二位移傳感器(11)、斯特林冷指位移傳感器(12)和待評價氣動斯特林冷指(13)，其特征在于：

所述調相斯特林冷指(3)包括冷頭(301)、膨脹活塞(302)、氣缸(303)和彈簧(304)；所述線性壓縮機(1)與調相斯特林冷指(3)通過連管(2)連接，連管(2)上裝有壓力傳感器(5)；所述壓力傳感器(5)采用螺紋連接方式連接到連管(2)上；所述連管(2)采用螺紋連接線性壓縮機(1)和調相斯特林冷指(3)；所述線性壓縮機(1)采用對置式線性壓縮機，壓縮機第一位移傳感器(10)和壓縮機第二位移傳感器(11)分別安裝在線性壓縮機(1)的兩側；所述冷頭(301)上安裝制冷量測試系統(8)，用于測量制冷溫度和制冷量；所述氣缸(303)外部通過法蘭結構安裝真空杜瓦(7)；調相斯特林冷指(3)與驅動電機(6)連接，通過彈簧(304)支撐膨脹活塞(302)；所述驅動電機(6)側裝有斯特林冷指位移傳感器(12)；所述壓力傳感器(5)、制冷量測試系統(8)壓縮機第一位移傳感器(10)、壓縮機第二位移傳感器(11)、斯特林冷指位移傳感器(12)、與數據采集與控制系統(4)連接，用于調節和監控各個測點的數據。

2.根據權利要求1所述的一種評價氣動斯特林制冷機最優相位匹配的裝置，其特征在于：所述待評價斯特林冷指(13)為氣動斯特林冷指，通過彈簧支撐膨脹活塞進行往復運動。

3.根據權利要求1所述的一種評價氣動斯特林制冷機最優相位匹配的裝置，其特征在于：所述壓縮機第一位移傳感器(10)和壓縮機第二位移傳感器(11)采用激光位移傳感器，壓縮機第一位移傳感器(10)和壓縮機第二位移傳感器(11)通過安裝在線性壓縮機(1)的機殼(102)底部的透鏡(103)測量線性壓縮機(1)活塞的位移波。

4.根據權利要求1所述的一種評價氣動斯特林制冷機最優相位匹配的裝置，其特征在于：所述斯特林冷指位移傳感器(12)采用激光位移傳感器，采用與壓縮機第一位移傳感器(10)和壓縮機第二位移傳感器(11)同樣方法測量冷指側的位移波。

5.根據權利要求1所述的一種評價氣動斯特林制冷機最優相位匹配的裝置，其特征在于：所述壓縮機第一位移傳感器(10)、壓縮機第二位移傳感器(11)、斯特林冷指位移傳感器(12)也可采用金屬感應線性位移傳感器。

6.一種基于權利要求1所述的一種評價氣動斯特林制冷機最優相位匹配的裝置的評價氣動斯特林制冷機最優相位匹配的方法，其特征在于包括以下步驟：

1)通過數據采集系統對壓力傳感器(5)、制冷量測試系統(8)壓縮機第一位移傳感器(10)、壓縮機第二位移傳感器(11)、斯特林冷指位移傳感器(12)進行實時監控；

2)通過控制系統調節線性壓縮機(1)和驅動電機(6)輸入電壓幅值及相位，調節活塞(101)位移X_c、膨脹活塞(302)位移X_d；

3)通過壓力傳感器(5)實時測量線性壓縮機(1)與調相斯特林冷指(3)之間的壓力波P；

4)根據熱力學計算得到線性壓縮機(1)輸出的PV功:A_c為線性壓縮機(1)的活塞(101)截面積，ΔP_c為連管(2)處最大壓力P_max與最小壓力P_min的差值，θ表示連管(2)處壓力波超前于活塞(101)位移的相位角。

5)通過制冷量測試系統(8)采集冷頭(301)處溫度T_c和制冷量Q；

6)得到調相斯特林冷指(3)制冷性能：該性能是評價斯特林制冷機制冷性能的重要指標；

7)通過驅動電機(6)調節膨脹活塞(302)相位角，當COP為最優值時，此時的膨脹活塞(302)位移相位與活塞(101)位移相位差為

8)去除驅動電機(6)，采用氣動調相代替電機驅動主動調相，通過數據采集系統測試壓縮機內活塞(101)和待評價氣動斯特林冷指(13)內膨脹活塞(302)的位移和相位關系，評價氣動斯特林制冷機是否達到最優相位關系。此時的膨脹活塞(302)位移相位與壓縮機的活塞(101)位移相位差為α，比較相位差和α的關系，若兩相位差數值相等則氣動斯特林制冷機(11)達到最優相位關系，否則未達到最優相位關系。