[發明專利]一種深低溫區可變壓力和溫度的接觸熱阻測試系統

在審

• 申請號: 202010965520.1
• 申請日: 2020-09-15
• 公開（公告）號: CN112129810A
• 公開（公告）日: 2020-12-25
• 發明（設計）人: 吳亦農;劉少帥;潘小珊;蔣珍華;楊寶玉;丁磊;黃政;朱海峰
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海技術物理研究所
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20
• 代理公司: 上海滬慧律師事務所 31311
• 代理人: 郭英

本發明公開了一種深低溫區可變壓力和溫度的接觸熱阻測試系統，其包括測試裝置、壓力加載裝置、加熱測溫裝置、制冷裝置。測試裝置包括真空腔體、絕熱多層材料、防輻射冷屏、固體絕熱材料、樣品夾具、測試平臺和真空腔底板；壓力加載裝置包括壓力傳感器、進氣管路、承壓波紋管和絕熱螺桿；加熱測溫裝置包括加熱板、溫度傳感器和加熱絲；制冷裝置包括無氧銅冷頭、制冷機和壓縮機。其中壓力加載裝置、加熱測溫裝置、無氧銅冷頭安裝在真空腔體內，承壓波紋管通過絕熱螺桿固定在無氧銅冷頭和固體絕熱材料上，制冷機安裝在真空腔底板上，各裝置之間通過螺釘緊固連接。本發明具有操作簡單、溫度波動小、可操作性高、測試時間短、精度高等優點。

技術領域

本發明屬于低溫換熱領域，具體涉及一種深低溫區可變壓力和溫度的接觸熱阻測試系統。

背景技術

航天科技的蓬勃發展，為人類探索宇宙提供了極大的助力。對于超導量子干涉器件、超導光子探測器以及毫米亞毫米波探測等深空探測器等需要空間制冷系統提供深低溫溫度，所以高可靠性、長壽命的低溫系統是其必要條件。深低溫系統往往工作在高真空、深低溫和微重力的環境中，占主要地位的換熱方式不是氣體對流換熱，其影響幾乎可以忽略，導熱和輻射是衛星內部熱量的主要交換方式，通常是從分析導熱路徑上的熱阻著手對導熱狀況進行分析。固體界面熱阻是電子科技、深空探測、和超導技術中普遍存在和必須解決的分析計算與設計制造問題。其中研究低溫區固體界面接觸熱阻對尋求更有效的散熱方法以減少熱控系統在深空探測制冷系統總重中所占的比例具有十分重要的意義。準確確定和選擇固體界面接觸熱阻在深空探測器熱控設計和熱控制實施過程中是一個重要的環節，準確的分析與計算接觸熱阻可以提高熱仿真準確度和熱設計合理性。

固體界面接觸熱阻受到多種因素的影響，在實際研究中往往需要通過實驗測試獲得。而對于深低溫區固體界面接觸熱阻的測試過程中由于溫度和熱損失的影響往往需要放置于真空腔內，這增加了變壓力和溫度測試的難度。此時就需要壓力加載裝置和測試平臺溫度能夠在真空腔外進行調節。

發明內容

本發明提高了一種深低溫溫區可以實現在真空環境中壓力和溫度隨時可調、測試精度高、可操作性強的接觸熱阻測試系統，解決了接觸熱阻測試過程中需要回到常溫常壓破壞真空環境才能改變壓力和溫度等多次長時間操作、制冷機溫度波動對測量精度影響大、可操作性低等問題。

本發明的技術方案是：

本發明提供了一種深低溫區可變壓力和溫度的接觸熱阻測試系統，一種深低溫區可變壓力和溫度的接觸熱阻測試系統，包括測試裝置1、壓力加載裝置2、加熱測溫裝置3、制冷裝置4。其中測試裝置1包括真空腔體1.1、絕熱多層材料1.2、防輻射冷屏1.3、固體絕熱材料1.4、樣品夾具1.5、測試平臺1.6和真空腔底板1.7；壓力加載裝置2包括壓力傳感器2.1、進氣管路2.2、承壓波紋管2.3和絕熱螺桿2.4；加熱測溫裝置3包括加熱板3.1、溫度傳感器3.2和加熱絲3.3；制冷裝置4包括無氧銅冷頭4.1、制冷機4.2和壓縮機4.3。其特征在于：為了減少樣品表面輻射歐熱，壓力加載裝置2、加熱測溫裝置3、無氧銅冷頭4.1、制冷機4.2安裝在真空腔體1.1內，實驗過程中進行抽真空處理；測試裝置1低溫冷源由制冷裝置4提供；兩樣品通過樣品夾具1.5通過螺紋連接分別固定在加熱板3.1和測試平臺1.6上，測試平臺1.6固定在無氧銅冷頭4.1上，其中加熱板3.1為樣品熱端，無氧銅冷頭4.1為樣品冷端；承壓波紋管2.3通過絕熱螺桿2.4固定在固體絕熱材料1.4和無氧銅冷頭4.1上；制冷機4.2通過螺釘連接固定在真空腔底板1.7上。

所述樣品夾具1.5采用高導熱系數的無氧銅材料，上端面加工出直徑和樣品直徑大小的圓柱形凹槽，切割成兩半的形式并采用螺紋連接，便于測試過程中樣品的安裝和固定，并減少樣品和夾具之間的接觸熱阻。為了減少樣品表面輻射漏熱，在樣品外圍設置防輻射冷屏1.3，并在外包裹絕熱多層材料1.2。為了使熱量都經過樣品接觸面，在加熱板3.1和承壓波紋管2.3之間設置了固體絕熱材料1.4，有效減少漏熱量，提高測試結果的準確度。