专利名称：一种热管性能综合量测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及传热领域，尤其涉及一种可以准确快速地量测不同长度、弯曲角度和 倾斜角度热管的启动时间、最大传热功率和等温性能的综合量测装置。
背景技术：
热管作为一种高效传热元件，以其高效、紧凑及灵巧可靠等特点，其自从六十年代问 世以来，在传热技术领域里的影响越来越大，在航天器的温度控制、电器和电子设备及器 件的冷却、等温炉、标准黑体、太阳能利用以及工业余热回收等方面都有广泛的应用。
为了保证热管运行时的可靠性及充分发挥其传热性能，使用前针对热管的性能参数进 行测试就变得尤为重要。热管的性能参数包括热管两端温差、启动时间、最大传功率及热 阻等。准确量测热管的最大传热功率等各项参数并据此选择合适的热管，是保证热管和电 子元件正常散热的前提条件之一。随着科学技术水平的不断提高，热管研究和应用的领域 也将不断拓宽。而热管性能量测设备必须更加准确、快速、方便，且对不同类型的热管具 有更高的兼容性。
国内外现有热管性能量测设备较多。如启动时间量测装置、等温性能量测装置、最大
传热功率和热阻量测装置等；也有专门为弯曲热管设计的量测装置和量测热管在不同倾斜 角下性能(重力影响下的性能)的装置。然而，目前仍缺乏综合性的量测平台尤其缺少模 拟热管在失重或微重力工作状态(热管倾斜角度调节)下各项传热性能的量测设备。
因此，有必要提供一种可以准确快速地量测不同长度、弯曲角度和倾斜角度热管的启 动时间、最大传热功率和等温性能的综合量测装置。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种可以准确快速地量测不同长度、 弯曲角度和倾斜角度热管的启动时间、最大传热功率和等温性能的综合量测装置。 本实用新型的目的是通过下述技术方案来实现的-
一种热管性能综合量测装置，该装置包括测试平台、加热装置、冷却装置、恒温水槽
和测温仪；该测试平台包括旋转及滑动装置、工作平台和支架；加热装置和冷却装置安装于测试平台上；该恒温水槽通过水管与冷却装置相连；该测温仪通过热电偶测温端与加热 装置和冷却装置连接。
所述加热装置包括夹体和驱动装置，该夹体包括有两加热块、两保温块、弹簧、压板 和导向装置，该两加热块上具有加热单元并设置有第一通道，该通道用于夹持待测微热管 一端；该驱动装置为步进电机和双向丝杆副。该侧保温块中设置有行程开关。
所述冷却装置进一步包括有夹体和驱动装置，该夹体设置有小冷凝块、大冷凝块和导 向装置，该两冷凝块上设置有第二通道，该通道用于夹持待测微热管另一端。
所述恒温水槽设有一水泵，该水泵通过水管与大冷凝块相连，用于驱动冷却水流经冷 凝块以冷却待测微热管。
所述旋转及滑动装置用于安装加热装置和冷却装置，可在工作平台上旋转及沿直线滑 动，实现对不同弯曲角度和长度热管进行量测。
所述工作平台可沿竖直平面旋转，实现对不同倾斜角度情况下热管性能的量测。
本实用新型的工作原理使用加热单元加热加热块至60"C 10(TC，并保持这一温度
不变，再将待测热管一端装夹在冷凝块上，然后加热装置夹紧待测热管另一端，同时测温 仪开始采集热管各点温度数据并开始计时，当冷却端温度达到加热端温度50% 90%时所 经过的时间记作热管50% 90%启动时间，同时完成等温性能测试；调节加热单元功率， 由测温仪的温度数据可判断出该热管的最大传热功率和热阻等性能指标；调节滑动旋转装 置在工作平台上的位置可以量测不同长度的热管；调节滑动旋转装置的旋转角可以量测不 同弯曲角度的热管；调节工作平台沿竖直平面的倾斜角可以量测热管在不同倾斜角度下的 性能。
与现有技术方法相比较，本实用新型具有以下优点
(1) 本实用新型可以通过同一装置实现了多种传统设备的功能能对各种弯曲角度热 管进行量测；能对不同长度的热管进行量测；能对热管启动时间、等温性能、最大传热功 率和热阻等多种性能进行量测。
(2) 本实用新型对热管的量测快速且准确。 G)本实用新型装置结构简单、操作方便。
图1是本实用新型装置的总体结构示意图； 图2是加热装置结构示意图；图3是冷却装置结构示意图4是工作平台及滑动旋转装置结构示意图5是支架结构示意图6是加热装置、冷却装置和测试平台安装结构示意图； 图7是本实用新型装置在量测弯曲热管时的工作示意图； 图8是本实用新型装置在工作台倾斜角为30°时工作示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细的说明，但本实用新型的实施方式 不限于此。
实施例1
如图1所示，热管性能综合量测装置包括包括测试平台、加热装置3、冷却装置7、恒
温水槽8和测温仪6;该测试平台包括旋转及滑动装置2、工作平台1和支架10;加热装
置3和冷却装置7分别安装于旋转及滑动装置2上，待测微热管5 —端安装在加热装置3， 另一端安装在冷却装置7上；两旋转及滑动装置2设置在工作平台1上，工作平台1安装
在支架10上；恒温水槽通过水管9与冷却装置7相连；测温仪通过热电偶4分别与加热装
置3和冷却装置7连接，具体是热电偶4的测温端分别与加热装置3和冷却装置7连接。
如图2所示，加热装置3包括夹体和驱动装置，该夹体包括有两加热块12、两保温块 18、弹簧一13、压板14和圆柱形导轨17。两保温块18由左侧加热块和右侧加热块组成， 两加热块12由左侧保温块和右侧保温块组成，两加热块12分别设置在两保温块18内；第 一通道11由左侧保温块半圆柱空腔以及右侧保温块半圆柱空腔组成圆柱形空腔并通过两 保温块18，用于夹持待测微热管5—端；压板14和两保温块18都安装在导轨17上，两 保温块18和压板14三者可沿该导轨17做直线往复移动；压板14和左保温块用螺钉一 34 和弹簧一13连接，使压板14压力通过弹簧一13作用在左侧保温块上，夹紧热管，这样可 以有效防止丝杆卡死。该驱动装置包括步进电机16和双向丝杆副15。该双向滚珠丝杆副 15安装在底座上，并与压板和右侧保温块相连；步进电机16驱动丝杆副15带动压板14 和右侧保温块双向同时夹紧待测热管5;在右侧保温块中设置有行程开关，当两保温块闭 合时，该行程开关被触发，测温仪6开始计时并采集数据。
如图3所示，冷却装置包括小冷凝块20、大冷凝块21、弹簧二 19、导向装置和小底座35，小冷凝块20和大冷凝块21之间设置有第二通道22，该通道由大冷凝块21的右侧 半圆柱空腔以及小冷凝块20的左侧半圆柱空腔组成圆柱形空腔，用于夹持待测微热管5另 一端；导向装置为两个精密小滑块23，采用IKO精密微型滑块BWU8-20，两个精密小滑 块23均匀安装在小底座35上，小冷凝块20安装在精密小滑块23上，该滑块可引导小冷 凝块20在小底座35上做往复直线移动；该弹簧二 19安装于小底座35的凸耳和小冷凝块 之间，用于推动小冷凝块20夹紧待测热管5。
恒温水槽8设有一水泵，该水泵通过水管9与大冷凝块21相连，该水泵驱动冷却水流 经冷凝块，以冷却待测微热管5。测温仪6型号为NIPCI-4351，是一款高精度多通道温度 采集仪，包括数据采集装置和热电偶4，热电偶测温端沿被测热管轴向方向均匀安装在加 热块12和大冷凝块21上，并紧贴热管，热电偶4接线端连接数据采集装置。
如图4 8所示，测试平台包括旋转及滑动装置2、工作平台I和支架IO，两旋转及滑 动装置2分别用于安装加热装置3和冷却装置7。旋转及滑动装置2包括转盘24、滑块25、 螺钉二 27和螺钉三28;工作平台1设置有圆柱导轨副26作为导向装置，滑块25安装于 圆柱导轨副26上，使旋转及滑动装置2在工作平台l上沿直线滑动，手动调节旋转及滑动 装置2在工作平台l上的位置，可实现对不同长度热管进行量测；转盘24通过旋转轴和轴 承与滑块25连接，使得转盘24可在滑块25上旋转，从而使旋转及滑动装置2可在工作平 台1平面旋转，实现对不同弯曲角度热管的量测，如图7所示，手动调节旋转及滑动装置 2的旋转角度，使得第一通道与第二通道轴线夹角等于待测热管弯曲角，再手动调节旋转 及滑动装置2在工作平台的位置，直至待测热管能安装在第一通道与第二通道上。该螺钉 二27穿过前挡板36，安装在滑块上，锁紧时能压紧前挡板36，但未能触及转盘根部，锁 紧螺钉二 27将滑块锁紧在前挡板36上，锁定旋转及滑动装置2在工作平台1上的位置； 螺钉三28穿过前挡板36，安装在滑块上，锁紧时未能压紧前挡板36，但可触及转盘根部， 因此锁紧螺钉三28可锁定转盘的旋转角度。支架10由铝型材30搭建，并包括有一用于驱 动工作平台1沿竖直平面旋转的驱动装置，驱动装置包括减速步进电机29、同步带33、同 步带轮一31和同步带轮二32;减速步进电机29安装在支架IO下部，该电机主轴上安装 有同步带轮一31;如图8所示，同步带轮二32安装在工作平台l旋转轴上，与工作平台l 固定安装，并通过同步带33与同步带轮一 31相连；该减速步进电机29驱动同步带轮一 31转动，通过同步带33带动同步带轮二32转动，同步带轮二32与工作平台1 一同在竖 直平面转动，使安装在测试平台上的待测热管发生不同角度的倾斜，实现对工作在不同倾 斜角度下热管性能的量测。应用本热管性能综合量测装置的量测方法包括如下步骤
(1) 接通加热单元开关，将加热块12加热至60。C 100。C，并保温；
(2) 断开恒温水槽8水泵开关，使待测热管5—端放入第二通道22中，将待测热管5装 夹在小冷凝块20与大冷凝块21之间；接通测温仪6电源，接通加热装置3的步进电机16电源， 夹紧待测热管5另一端，测温仪6采集待测热管5各点温度数据并开始计时，设置于冷却装置 上两热电偶所测平均温度记作冷却端温度，设置于加热装置上两热电偶所测平均温度记作 加热端温度，冷却端温度与加热端温度之差记作热管两端温差，当冷却端温度达到加热端 温度50% 90%时所经过的时间记作热管50% 90%启动时间；在测量启动时间的同时，当经 过3s、 5s、 8s和10s时各记录一次热管两端温差，用于衡量热管等温性能，完成等温性能测 试。等温性能是衡量热管工作时两端温度保持一致程度的指标，用两端温差和对应的时间 表示。
(3) 接通恒温水槽8水泵开关，使冷却水开始在大冷凝块21中流通；逐渐增加加热单 元功率，待测热管5在稳定工作状态下的热管两端温差也会逐渐增大，根据测温仪6测得的 温度数据，当待测热管稳定后两端温差恰好超过3摄氏度时，通过测量加热单元的电流和电 压可计算其加热功率，并记作该待测热管5的最大传热功率，待测热管热阻=加热功率/热管 两端的温差；
(4) 调节旋转及滑动装置2在工作平台1上的位置，重复步骤(1) (3)，测量不同 长度的热管启动时间、等温性能、最大传热功率和热阻等性能；
(5) 调节旋转及滑动装置2的旋转角，重复步骤(1) (3)，可以量测不同弯曲角度 的热管启动时间、等温性能、最大传热功率和热阻；
(6) 调节工作平台1沿竖直平面的倾斜角，重复步骤(1) (3)，测量热管在不同 倾斜角度下的热管启动时间、等温性能、最大传热功率和热阻。
权利要求1、一种热管性能综合量测装置，其特征在于包括测试平台、加热装置(3)、冷却装置(7)、恒温水槽(8)和测温仪(6)；所述测试平台包括旋转及滑动装置(2)、工作平台(1)和支架(10)；加热装置(3)和冷却装置(7)分别安装于旋转及滑动装置(2)上，待测微热管(5)一端安装在加热装置(3)，另一端安装在冷却装置(7)上；两旋转及滑动装置(2)设置在工作平台(1)上，可在工作平台(1)平面上做旋转和直线滑动，工作平台(1)安装在可在竖直平面旋转的支架(10)上；恒温水槽(8)内设有一水泵，该水泵通过水管(9)与冷却装置(7)相连；测温仪通过热电偶(4)分别与加热装置(3)和冷却装置(7)连接。
2、 根据权利要求1所述的热管性能综合量测装置，其特征在于所述加热装置(3)包 括夹体和驱动装置，所述夹体包括有两加热块(12)、两保温块(18)、弹簧一 (13)、压板(14)和圆柱形导轨副(17);两保温块(18)由左侧加热块和右侧加热块组成，两加热块 (12)由左侧保温块和右侧保温块组成，两加热块(12)分别设置在两保温块(18)内； 第一通道(11)由左侧保温块半圆柱空腔以及右侧保温块半圆柱空腔组成圆柱形空腔并通 过两保温块(18)，用于夹持待测微热管(5) —端；压板(14)和两保温块(18)都安装 在导轨(17)上；压板(14)和左保温块用螺钉一 (34)和弹簧一 (13)连接，所述驱动 装置包括步进电机(16)和双向丝杆副(15);双向滚珠丝杆副(15)安装在底座上，并与 压板和右侧保温块相连；步进电机(16)驱动丝杆副(15)带动压板(14)和右侧保温块 双向同时夹紧待测热管(5);在右侧保温块中设置有行程开关。
3、 根据权利要求l所述的热管性能综合量测装置，其特征在于所述冷却装置包括小 冷凝块(20)、大冷凝块(21)、弹簧二 (19)、导向装置和小底座(35)，所述小冷凝块(20) 和大冷凝块(21)之间设置有第二通道(22)，该通道由大冷凝块(21)的右侧半圆柱空腔 以及小冷凝块(20)的左侧半圆柱空腔组成圆柱形空腔，用于夹持待测微热管(5)另一端； 导向装置为两个精密小滑块(23)，两个精密小滑块(23)均匀安装在小底座(35)上，小 冷凝块(20)安装在精密小滑块(23)上，该滑块可引导小冷凝块(20)在小底座(35) 上做往复直线移动；该弹簧二 (19)安装于小底座(35)的凸耳和小冷凝块之间，推动小 冷凝块(20)夹紧待测热管(5)。
4、 根据权利要求l所述的热管性能综合量测装置，其特征在于所述旋转及滑动装置(2) 包括转盘(24)和滑块(25);工作平台(1)设置有圆柱导轨副(26)作为导向装置， 滑块(25)安装于圆柱导轨副(26)上，使旋转及滑动装置(2)可在工作平台(1)上沿直线滑动；转盘(24)通过旋转轴和轴承与滑块(25)连接。
5、 根据权利要求4所述的热管性能综合量测装置，其特征在于所述旋转及滑动装置 (2)还包括螺钉二 (27)和螺钉三(28),所述螺钉二 (27)穿过前挡板(36)安装在滑块上；所述螺钉三(28)穿过前挡板(36)安装在滑块上。
6、 根据权利要求1所述的热管性能综合量测装置，其特征在于所述支架(10)由铝型 材(30)搭建，并包括有一用于驱动工作平台(1)沿竖直平面旋转的驱动装置，驱动装置 包括减速步进电机(29)、同步带(33)、同步带轮一 (31)和同步带轮二 (32);减速步进 电机(29)安装在支架(10)下端，同步带轮一 (31)安装在减速步进电机(29)主轴上； 同步带轮二(32)安装在工作平台(1)旋转轴上，并与工作平台固定连接，同步带轮二G2) 通过同步带(33)与同步带轮一 (31)相连。
7、根据权利要求1所述的热管性能综合量测装置，其特征在于所述测温仪是一个多 通道温度采集仪，包括数据采集装置和热电偶(4)，该热电偶测温端沿被测热管轴向方向 均匀安装在加热装置(3)和冷却装置(7)上，并与热管紧贴，热电偶(4)连线端连接数 据采集装置。
专利摘要本实用新型公开了一种热管性能综合量测装置。该装置包括量测平台、加热装置(3)、冷却装置(7)、恒温水槽(8)和测温仪(6)；该装置待测微热管(5)一端安装在加热装置(3)，另一端安装在冷却装置(7)上；两旋转及滑动装置(2)设置在工作平台(1)上，可在工作平台(1)平面上做旋转和直线滑动，工作平台(1)安装在可在竖直平面旋转的支架(10)上；测温仪通过热电偶(4)分别与加热装置(3)和冷却装置(7)连接。本实用新型能量测各种弯曲角度和长度的热管在不同倾斜角情况下的启动时间、等温性能、最大传热功率和热阻等多种性能。
文档编号G01M99/00GK201344863SQ20092005066
公开日2009年11月11日 申请日期2009年1月22日 优先权日2009年1月22日
发明者何俊锋, 勇 李, 李鹏芳, 莫良浦, 黄东海 申请人:华南理工大学
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