专利名称：一种用于分置式杜瓦热负载测试的高兼容多功能测试杜瓦的制作方法
技术领域：
本发明涉及红外探测器杜瓦组件制造技术，具体是指一种用于分置式杜瓦热负载测试的高兼容多功能测试杜瓦，它适用于分置式大热负载工程杜瓦的热负载测试和制冷机耦合效果的测试。
背景技术：
红外探测器杜瓦组件在航天红外领域有着广泛的应用。随着波长向长波扩展和探测灵敏度的提高，红外焦探测器必须在深低温下才能工作。由于机械制冷具有结构紧凑、体积小、重量轻、制冷量大、制冷时间短、制冷温度可控范围大等优点，目前该类探测器在空间应用中大多采用机械制冷方式。这样也使得其应用时大多采用杜瓦封装形成红外探测器杜瓦组件。热负载是杜瓦组件重要的技术指标，它直接影响制冷机的制冷量和航天应用所需要的热功耗。分置式工程杜瓦的冷平台通过弹性冷链或碳纸或其它传热介质与制冷机的冷端相连接来实现制冷机与分置式工程杜瓦的耦合。这种耦合方式的优势在于分置式工程杜瓦和制冷机可以单独研制，工艺不交叉，互换性强，并且可维修性强。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于分置式杜瓦热负载测试的高兼容多功能测试杜瓦， 来解决大热负载杜瓦组件的热负载测试及杜瓦与制冷机耦合效果的测试问题。本发明一种用于分置式杜瓦热负载测试的高兼容多功能测试杜瓦如附图1所示， 它主要包括腔体帽1、引线圆盘2、密封卡环3、法兰座4、制冷机冷指5、法兰座橡胶密封圈 6、法兰座螺钉7、卡环橡胶密封圈8、引线针9、引线圆盘橡胶密封圈10、腔体帽螺钉11、弹簧下压块12、下压块螺钉13、绝缘陶瓷环14、弹簧上压块15、冷头16、上冷屏17、抽气管18、 弹性冷头19、活动测温传感器20、弹片21、活动测温传感器正极引线22、活动测温传感器负极引线23、引出线M、、弹簧甲25等六根弹簧、加热片正极引线27、加热片29、加热片负极引线31、测温传感器负极引线33、测温传感器35、测温传感器正极引线36。腔体帽1、引线圆盘2法兰座4和抽气管18构成杜瓦腔体外壳。抽气管18通过真空钎焊联接在腔体帽1 的抽气管开口 101处；腔体帽1与引线圆盘2间使用引线圆盘橡胶密封圈10密封，引线圆盘橡胶密封圈10安装在引线圆盘密封圈槽204内，通过腔体帽螺钉11固定；引线圆盘2和法兰座4通过引线圆盘内螺纹202和法兰座外螺纹401连接，并通过密封卡环3及卡环橡胶密封圈8密封；密封卡环3与引线圆盘2通过引线圆盘外螺纹203和卡环内螺纹301连接；法兰座4与制冷机冷指5间使用法兰座橡胶密封圈6密封，并通过法兰座螺钉7安装固定。冷头16安装于弹簧上压块15内，弹簧34 —端与弹簧上压块15的上压块弹簧安装孔 1502固定，另一端与弹簧下压块12的下压块弹簧安装孔1201固定，其余五根弹簧如此依次安装；弹簧下压块12与引线圆盘2通过下压块螺钉13固定，在引线圆盘2上开有六个引线孔201，在引线孔201中安装中空的绝缘陶瓷环14，绝缘陶瓷环14中安装引线针9 ；使用引出线M分别与对应的弹簧与对应的引线针固定。加热片四和测温传感器35安装于冷头上表面1601上，加热片四正极与弹簧已沈通过加热片正极引线27联接加热片四负极与弹簧戊32通过加热片负极引线31联接；测温传感器35正极与弹簧甲25通过测温传感器正极引线36联接，测温传感器35负极与弹簧已34通过测温传感器负极引线33联接；上冷屏17安装在冷头上表面1601上，安装时通过上冷屏17上的让线开孔1701使上冷屏17 避让开各引线；下冷屏1501与弹簧上压块15 —体加工成型；在下冷屏1501上安装有弹片 21，在弹片21顶端安装有活动测温传感器20，活动测温传感器20正极与弹簧丙观通过活动测温传感器正极引线22联接，活动测温传感器20负极与弹簧丁 30通过活动测温传感器负极引线23联接。将法兰座橡胶密封圈6放置在法兰座密封槽402中，将制冷机冷指5安装至未安装腔体帽1的高兼容多功能测试杜瓦内，旋松密封卡环3，固定引线圆盘2，旋转安装法兰4调节冷头16至法兰座4距离，使冷头16贴合制冷机冷指5的弹性冷头19，继续旋动法兰座4，调节冷头16对弹性冷头19的压紧力，调节完毕后旋紧密封卡环3，使用法兰座螺钉7固定法兰座4和制冷机冷指5，调节活动测温传感器20位置使其贴合制冷机冷指 5的冷头501上，最后将引线圆盘橡胶密封圈10安放在引线圆盘密封槽204中使用腔体帽螺钉11密封固定腔体帽1，使用真空排气装置通过抽气管18将本高兼容多功能测试杜瓦抽真空，并保持真空状态。完成上述步骤后便可以进行相关的测试。本装置的实现方法如下1)按照一种用于分置式杜瓦热负载测试的高兼容多功能测试杜瓦各零部件的装配顺序完成腔体帽1、引线圆盘2、密封卡环3、法兰座4以及内部零部件的装配和固定；2)使用液氮称重法测得高兼容多功能测试杜瓦固有热负载％ ；3)选择一台合适的工程杜瓦适配制冷机与待测分置式工程杜瓦耦合，使用工程杜瓦适配制冷机对待测分置式工程杜瓦制冷，通过调节制冷机控制箱，将待测分置式工程杜瓦制冷到其工作温度(如80K)并达到热平衡，记录此时制冷机的功率值；4)将工程杜瓦适配制冷机与待测分置式工程杜瓦拆分，并将工程杜瓦适配制冷机与高兼容多功能测试杜瓦耦合，使用工程杜瓦适配制冷机对高兼容多功能测试杜瓦进行制冷，调节制冷机控制箱，使工程杜瓦适配制冷机的功率与之前记录的制冷机的功率值相同；5)对加热片四通电，调节其电流值大小使测温传感器35测得的温度在待测分置式工程杜瓦1的工作温度(80K)处达到平衡，记录此时加热片四的电流值和电压值，计算出其发热功率％，并记录活动测温传感器20测得的温度值，可以得到此制冷量下弹性冷链的温度梯度。6)计算待测分置式工程杜瓦的热负载I，即等于高兼容多功能测试杜瓦的固有热负载％与加热片四的发热功率％之和，即A = Qo+Qjo本发明的优点是1)本发明的结构和实现方法简单，测试精度高，通用性强，成本低廉；2)本发明可以测量大热负载工程杜瓦组件的热负载值；3)本发明同样也适用于工程用制冷机冷指上弹性冷链或碳纸或其它耦合介质在不同制冷温度和不同传输冷量下温度梯度的测试；4)本发明可以高兼容多功能测试杜瓦与制冷机的耦合效果。
图1为一种用于分置式杜瓦热负载测试的高兼容多功能测试杜瓦示意图。图中1-腔体帽；101-抽气开口；2-引线圆盘；201-引线孔；202-引线圆盘内螺纹；203-引线圆盘外螺纹；204-引线圆盘密封槽；3-密封卡环；301-卡环内螺纹；4-法兰座；401-法兰座外螺纹；402-法兰座密封槽；5-制冷机冷指；501-7令头；6-法兰座橡胶密封圈；7-法兰座螺钉；8-卡环橡胶密封圈；9-引线针；10-引线圆盘橡胶密封圈；11-腔体帽螺钉；12-弹簧下压块；1201-下压块弹簧安装孔；13-下压块螺钉；14-绝缘陶瓷环；15-弹簧上压块；1501-下冷屏；1502-上压块弹簧安装孔；16- 7令头；1601-冷头上表面；17-上冷屏；1701-让线开孔；18-抽气管；19-弹性冷头；20-活动测温传感器；21-弹片；22-活动测温传感器正极引线；
23-活动测温传感器负极引线
24-引出线；
25-弹簧甲；
26-弹簧已；
27-加热片正极引线；
28-弹簧丙；
29-加热片；
30-弹簧�。�
31-加热片负极引线；
32-弹簧戊；
33-测温传感器负极引线；
34-弹簧已；
35-测温传感器；
36-测温传感器正极引线。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的具体实施方式
作进一步的详细说明实施例是某大热负载(据估算热负载值大于1. 5瓦)红外探测器焦平面杜瓦组件的热负载测试，如附图1所示，它的主要实施方法如下1、本发明一种用于分置式杜瓦热负载测试的高兼容多功能测试杜瓦各零部件的制备方法和装配顺序如下a)腔体帽1材料为不锈钢304L，抽气管18为外径6mm内径4mm长60mm的无氧铜管，将抽气管18使用钎焊炉钎焊至腔体帽1的抽气管开口 101处，使用检漏仪检验焊接处， 漏率达到1. ΟΧΚΓΗοπ· · 1/s量级，满足使用要求，并对腔体帽1内表面进行抛光处理；b)引线圆盘2材料为4E9，将绝缘陶瓷环14和引线针9使用钎焊炉焊接至引线孔 201处，圆周方向均勻分布共有六组，使用检漏仪检验焊接处，漏率达到2. OX ΚΓΗοπ· · 1/ s量级，满足使用要求，并对引线圆盘2盘面进行抛光处理；c)冷头16材料为无氧铜，双面抛光，弹簧上压块15使用聚四氟乙烯材料，将冷头 16嵌入弹簧上压块15内，弹簧上压块15与冷头16过盈配合；d)使用低温胶将加热片四与测温传感器35粘贴到冷头上表面1601上，测温传感器35选用测温Pt电阻，使用电烙铁将加热片正极引线27、加热片负极引线31、测温传感器正极引线36和测温传感器负极引线33分别铟焊至加热片四的正负极与测温传感器35的正负极；e)上冷屏17为不锈钢材料，内外抛光处理，将上冷屏17安装至冷头上表面1601 上，安装时将各引线从让线开孔1701中引出，使用低温胶固定上冷屏17与冷头16 ；活动测温传感器20选用测温Pt电阻，分别将活动测温传感器正极引线22和活动测温传感器负极引线23使用电烙铁铟焊至活动测温传感器20的正负极上，弹片21为ImmX 2mm长20mm的不锈钢长条，使用低温胶将活动测温传感器20粘贴至弹片21的一端，将弹片21的另一端使用低温胶粘贴至弹簧上压块15的下冷屏1501上；将以上粘有低温胶的各部分放入电子干燥箱室温固化12小时；f)弹簧甲25等六根弹簧规格长度一致，将弹簧已34的一端穿过弹簧上压块15的上压块弹簧安装孔1502，使用虎钳将其压紧固定在弹簧上压块15上；将弹簧已34的另一端穿过弹簧下压块12的下压块弹簧安装孔1201，使用虎钳将其压紧固定在弹簧下压块12 上；使用同样方法将其余五根弹簧依次固定在弹簧上压块15和弹簧下压块12上；g)使用下压快螺钉13将弹簧下压快12安装固定至引线圆盘上；h)使用电烙铁将加热片正极引线27、加热片负极引线31、测温传感器正极引线36 和测温传感器负极引线33分别铟焊至弹簧已沈、弹簧戊32、弹簧甲25和弹簧已34，将活动测温传感器正极引线22和活动测温传感器负极引线23分别铟焊至弹簧丙观和弹簧丁 30 ；再通过引出线将各弹簧与各引出针一一对应铟焊固定；i)将密封卡环3套在法兰座4的柱体上，再套上卡环橡胶密封圈8，卡环橡胶密封圈8均勻涂抹有真空硅脂，将法兰座外螺纹301旋入引线圆盘内螺纹202中，旋入约IOmm ； 将密封卡环内螺纹301旋至引线圆盘外螺纹203上，旋紧至卡住卡环橡胶密封圈8。将引线圆盘橡胶密封圈10均勻涂抹真空硅脂放入引线圆盘密封槽204中，使用腔体帽螺钉11固定腔体帽1与引线圆盘2。2、本发明中一种用于分置式杜瓦热负载测试的高兼容多功能测试杜瓦装配工程杜瓦适配制冷机的过程如下a)拆卸下腔体帽1，旋松密封卡环3，将均勻涂抹有真空硅脂的法兰座橡胶密封圈 6放置在法兰座密封槽402内；b)将制冷机冷指5安装于高兼容多功能测试杜瓦中，固定引线圆盘2，在保证法兰座4底面与制冷机安装面贴合的同时，观察制冷机冷指5上弹性冷头19与冷头16间的位置关系，旋转法兰座4调节弹性冷头19与冷头16间的位置关系；根据实验要求，旋转法兰座4，调节冷头16对弹性冷头19的压紧力大�。恍裘芊饪ɑ�3，使用法兰座螺钉7固定高兼容多功能测试杜瓦与工程杜瓦适配制冷机；c)使用尖头镊子调节弹片21使活动测温传感器贴紧制冷机的冷头501部分，使用腔体帽螺钉11固定腔体帽1与引线圆盘2，完成高兼容多功能测试杜瓦的安装。3、对某待测分置式工程杜瓦(据估算热负载值大于1. 5瓦)进行热负载测试的过程如下a)使用液氮称重法测得一种用于分置式杜瓦热负载测试的高兼容多功能测试杜瓦固有热负载Qq = 135mw ；选择的工程杜瓦适配制冷机的参数为额定电压^v，Pmax = 240W, η = 0. 85 ；b)将待测分置式工程杜瓦与工程杜瓦适配制冷机耦合，使用工程杜瓦适配制冷机对待测分置式工程杜瓦制冷，通过调节制冷机控制箱，将待测分置式工程杜瓦制冷到其工作温度(该待测分置式工程杜瓦的工作温度为80K)并达到热平衡，记录此时工程杜瓦适配制冷机的功率值P = 80W ；c)将工程杜瓦适配制冷机与待测分置式工程杜瓦拆分，并将工程杜瓦适配制冷机与高兼容多功能测试杜瓦耦合，使用工程杜瓦适配制冷机对高兼容多功能测试杜瓦进行制冷，调节制冷机控制箱，使工程杜瓦适配制冷机的功率值与之前记录的功率值P = 80W相同；
d)对加热片四通电，调节其电流值大小使测温传感器35测得的温度在待测分置式工程杜瓦的工作温度(80K)处达到平衡，记录此时加热片四的电流值和电压值，计算出其发热功率％ = 1. 992W，并记录活动测温传感器20测得的温度值T = 78. 5K，可以得到此制冷量下弹性冷链的温度梯度。e)计算待测分置式工程杜瓦的热负载I，等于高兼容多功能测试杜瓦的固有热负载％与加热片四的发热功率％之和，即A = Qo+Qj = 2. 127W。以上就完成了一种用于分置式杜瓦热负载测试的高兼容多功能测试杜瓦及实现了分置式杜瓦热负载测试的方法，解决了大热负载工程杜瓦组件的热负载测试及杜瓦与制冷机耦合效果的测试问题。
权利要求
1.一种用于分置式杜瓦热负载测试的高兼容多功能测试杜瓦，包括腔体帽(1)、引线圆盘O)、密封卡环(3)、法兰座G)、法兰座橡胶密封圈(6)、法兰座螺钉(7)、卡环橡胶密封圈(8)、引线针(9)、引线圆盘橡胶密封圈(10)、腔体帽螺钉(11)、弹簧下压块(12)、下压块螺钉(13)、绝缘陶瓷环(14)、弹簧上压块(15)、冷头(16)、上冷屏(17)、抽气管(18)、弹性冷头(19)、活动测温传感器(20)、弹片(21)、活动测温传感器正极引线(22)、活动测温传感器负极引线(23)、引出线(M)、弹簧甲(25)等六根弹簧、加热片正极引线(27)、加热片 ( )、加热片负极引线(31)、测温传感器负极引线(33)、测温传感器(35)和测温传感器正极引线(36)，其特征在于A.所述的高兼容多功能测试杜瓦和制冷机的耦合过程如下拆卸下腔体帽(1)，旋松密封卡环(3)，将均勻涂抹有真空硅脂的法兰座橡胶密封圈(6)放置在法兰座密封槽(402) 内；将制冷机冷指(5)安装于高兼容多功能测试杜瓦中，固定引线圆盘O)，在保证法兰座 (4)底面与制冷机安装面贴合的同时，观察制冷机冷指( 上弹性冷头(19)与冷头(16)间的位置关系，旋转法兰座(4)调节弹性冷头(19)与冷头(16)间的位置关系；根据实验要求，旋转法兰座G)，调节冷头(16)对弹性冷头(19)的压紧力大�。恍裘芊饪ɑ�(3)，使用法兰座螺钉(7)固定高兼容多功能测试杜瓦与制冷机；使用尖头镊子调节弹片(21)使活动测温传感器贴紧制冷机的冷头(501)部分，使用腔体帽螺钉(11)固定腔体帽(1)与引线圆盘O)，完成本高兼容多功能测试杜瓦的安装；B.所述的高兼容多功能测试杜瓦和制冷机的拆分过程与耦合过程顺序相反。
2.根据权利要求1所述的一种用于分置式杜瓦热负载测试的高兼容多功能测试杜瓦， 其特征在于所述的腔体帽(1)材料为不锈钢304L，对腔体帽(1)内表面进行抛光处理。
3.根据权利要求1所述的一种用于分置式杜瓦热负载测试的高兼容多功能测试杜瓦， 其特征在于所述的抽气管(18)为外径6mm内径4mm长60mm的无氧铜管。
4.根据权利要求1所述的一种用于分置式杜瓦热负载测试的高兼容多功能测试杜瓦， 其特征在于所述的引线圆盘(2)材料为4E9，对引线圆盘(2)盘面进行抛光处理。
5.根据权利要求1所述的一种用于分置式杜瓦热负载测试的高兼容多功能测试杜瓦， 其特征在于所述的冷头(16)材料为无氧铜，双面抛光。
6.根据权利要求1所述的一种用于分置式杜瓦热负载测试的高兼容多功能测试杜瓦， 其特征在于所述的弹簧上压块(1 和弹簧下压块(1 使用聚四氟乙烯材料。
7.根据权利要求1所述的一种用于分置式杜瓦热负载测试的高兼容多功能测试杜瓦， 其特征在于所述的测温传感器(3 选用测温Pt电阻，活动测温传感器00)选用测温Pt 电阻。
8.根据权利要求1所述的一种用于分置式杜瓦热负载测试的高兼容多功能测试杜瓦， 其特征在于所述的上冷屏(17)为不锈钢材料，内外抛光处理。
9.根据权利要求1所述的一种用于分置式杜瓦热负载测试的高兼容多功能测试杜瓦， 其特征在于所述的弹片为ImmX 2mm长20mm的不锈钢长条。
10.根据权利要求1所述的一种用于分置式杜瓦热负载测试的高兼容多功能测试杜瓦，其特征在于所述的密封卡环(3)和法兰座(4)采用不锈钢材料。
全文摘要
本发明公开了一种用于分置式杜瓦热负载测试的高兼容多功能测试杜瓦，它适用于分置式大热负载工程杜瓦的热负载测试和制冷机耦合效果的测试。一种用于分置式杜瓦热负载测试的高兼容多功能测试杜瓦包括腔体帽、引线圆盘、密封卡环和法兰座等。本发明在高兼容多功能测试杜瓦方面引入特定的结构，通过装配置换和热等量法来实现了分置式工程杜瓦静态热负载精确测试。本发明的装置和实现方法简单，测试精度高，通用性强，成本低廉。本发明同样适用于工程制冷机不同制冷温度下制冷量的测试。本发明同样也适用于工程用制冷机冷指上弹性冷链或碳纸或其它耦合介质在不同制冷温度和不同传输冷量下温度梯度的测试。
文档编号G01J5/02GK102435321SQ20111035461
公开日2012年5月2日 申请日期2011年11月10日 优先权日2011年11月10日
发明者夏王, 孙闻, 王小坤 申请人:中国科学院上海技术物理研究所
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