[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

本發明公開了一種評價氣動斯特林制冷機最優相位匹配的裝置及方法。裝置中的線性壓縮機和調相斯特林冷指通過連管連接；壓力傳感器安裝在連管上，用于測量線性壓縮機出口的壓力波；位移傳感器用于測量壓縮機和冷指內活塞的位移波；控制系統通過調節壓縮機和膨脹機驅動電機的輸入電壓幅值及相位，控制和調節壓縮機和斯特林冷指內活塞的位移及相位關系，得到斯特林冷指最優性能下的最優相位關系；去除驅動電機，測試壓縮機和氣動冷指內活塞的位移及相位關系，評價氣動斯特林制冷機是否達到最優相位關系。本發明的優點在于能夠簡單、快速地獲得斯特林制冷機的最優相位關系，評價氣動斯特林是否達到最優相位，提高斯特林制冷機設計優化效率。

技術領域

本發明是涉及一種回熱式低溫制冷機，具體說，是涉及一種評價斯特林制冷機最優相位匹配的裝置和方法。

背景技術

隨著高溫超導材料、紅外線探測技術低溫技術越來越廣泛的應用于能量、醫療、航空航天等領域，低溫制冷機的應用領域越來越廣。

斯特林制冷機是回熱式低溫制冷機中典型的一類，可分為整體式和分置式。分置式斯特林制冷機是將壓縮機與冷指通過細管連接，將兩者完全獨立分開安置。相較于整體式，分置式可以有效地削弱壓縮機振動、噪聲對冷指性能的影響。分置式斯特林制冷機屬于由兩個分離的氣缸組成往復運動的活塞-排出器型制冷機，膨脹活塞在氣缸中自由移動。因而，膨脹活塞如何維持在氣缸中的正確行程，并且如何保持與壓縮機活塞的運動具有合適的相位關系是分置式斯特林制冷機的主要問題。膨脹活塞可以通過獨立的電機驅動，同時采用復雜的電控系統來精確控制壓縮機活塞和膨脹活塞之間運動的相位差。

氣動型分置式斯特林制冷機的膨脹活塞不用電機驅動，整個制冷機只有壓縮機一個電機，因而整機重量和體積會減小，且能耗較低，在紅外和超導電子學等領域具有誘人的應用前景。在這種情況下，排出器由壓縮機產生周期性壓力波驅動，排出器及支撐彈簧組成一個受迫振動系統，產生的阻尼力能產生合適的相位差，使排出器的運動超前壓縮活塞一個相位角從而產生制冷，如何評價相位角一直是氣動型制冷機設計的難點。

發明內容

針對現有技術存在的上述問題和需求，本發明的目的是提供一種評價氣動斯特林制冷機最優相位匹配的裝置及方法，這種方法可靠性高、操作簡單，可以有效地提高制冷機設計優化效率。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

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、連管、調相斯特林冷指、數據采集與控制系統、壓力傳感器、驅動電機、真空杜瓦、制冷量測試系統、驅動電源、壓縮機第一位移傳感器、壓縮機第二位移傳感器、斯特林冷指位移傳感器和待評價斯特林冷指，所述調相斯特林冷指包括冷頭、膨脹活塞、氣缸和彈簧。

所述線性壓縮機與調相斯特林冷指通過連管連接，連管上裝有壓力傳感器；所述線性壓縮機采用對置式線性壓縮機，壓縮機第一位移傳感器和壓縮機第二位移傳感器分別安裝在線性壓縮機的兩側；所述冷頭安裝制冷量測試系統，測量制冷溫度和制冷量；所述氣缸外部通過法蘭結構安裝真空杜瓦，保證測試時高真空度；調相斯特林冷指與驅動電機連接，通過彈簧支撐膨脹活塞；驅動電機側裝有斯特林冷指位移傳感器；壓力傳感器、壓縮機第一位移傳感器、壓縮機第二位移傳感器、斯特林冷指位移傳感器、制冷量測試系統與數據采集與控制系統連接，用于調節和監控各個測點的數據。

所述連管采用螺紋連接線性壓縮機和調相斯特林冷指，方便拆裝，提高工作效率。

所述壓力傳感器通過螺紋連接到連管上。

所述驅動電機采用直線電機驅動。

待評價斯特林冷指為氣動斯特林冷指，通過彈簧支撐膨脹活塞進行往復運動。

在一種可能的實施方式中，所述位移傳感器采用激光位移傳感器，其中，所述線性壓縮機的機殼底部安裝有透鏡，機殼與透鏡通過法蘭結構連接，壓縮機第一位移傳感器和壓縮機第二位移傳感器通過透鏡測量線性壓縮機活塞的位移波；