一种机械式制冷辅助降温系统的制作方法

1.本发明属于空间环境模拟技术领域，尤其涉及一种机械式制冷辅助降温系统。


背景技术：

2.为了保证航天器在轨工作的可靠性，在发射前都须在地面模拟的空间环境中进行试验，主要是检验产品在空间环境中的适应能力，是否达到规定的功能，符合设计要求，并暴露元器件材料、工艺、质量方面的缺陷。随着深空探测领域的发展，对地面模拟的空间冷黑环境和低温边界也提出了更高的要求。深空探测器某些部组件对空间冷黑背景温度需求，某些材料工艺验证边界温度需求，要求到40k，甚至20k以下。
3.传统液氮式热沉冷黑背景模拟温度只能达到100k，但不能满足需求；液氦式热沉冷黑背景模拟温度可以达到20k以下，但是造价昂贵、建设周期长、运行成本高。


技术实现要素：

4.本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种机械式制冷辅助降温系统，旨在解决深低温冷黑环境和深低温边界模拟问题。
5.为了解决上述技术问题，本发明公开了一种机械式制冷辅助降温系统，包括：深低温冷屏、产品台、传热链、gm制冷机、电加热器、温度传感器、温控仪、真空容器和支架；
6.gm制冷机通过密封法兰与真空容器连接；
7.产品台安装固定于gm制冷机的冷头法兰上；
8.深低温冷屏通过支架安装固定于真空容器内；
9.电加热器、温度传感器通过铠装方式安装于深低温冷屏和产品台上；其中，电加热器、温度传感器通过密封接插件接线与位于真空容器外的温控仪连接；
10.传热链一端真空钎焊至深低温冷屏，另一端与gm制冷机的冷头法兰安装固定。
11.在上述机械式制冷辅助降温系统中，
12.深低温冷屏，用于提供深低温冷黑背景；
13.产品台，用于安装产品并为产品接触传热；
14.传热链，用于gm制冷机与深低温冷屏间的传热；
15.gm制冷机，用于提供冷源；
16.电加热器，用于提供热源；
17.温度传感器，用于测量深低温冷屏及产品的温度；
18.温控仪，用于采集温度传感器测量得到的温度数据，并为电加热器供电，实现对深低温冷屏的温度调节控制。
19.在上述机械式制冷辅助降温系统中，gm制冷机制冷，热传导至产品台、同时通过传热链间接热传导至深低温冷屏，提供产品台和深低温冷屏降温所需的冷量。
20.在上述机械式制冷辅助降温系统中，电加热器制热，热传导至产品台和深低温冷屏，提供产品台和深低温冷屏升温补偿加热所需的热量。
21.在上述机械式制冷辅助降温系统中，温控仪采集温度传感器测量得到的温度数据，通过温控仪内部pid调节电加热器的热功率，从而实现对产品台和深低温冷屏的温度的精确控制。
22.在上述机械式制冷辅助降温系统中，深低温冷屏采用tu2无氧铜加工成型，内表面喷涂高发射率黑漆，背面包覆多层隔热组件。
23.在上述机械式制冷辅助降温系统中，产品台采用硬铝加工成型，表面阵列螺纹孔，便于产品安装及与gm制冷机的冷头法兰安装固定。
24.在上述机械式制冷辅助降温系统中，深低温冷屏背面预留安装传热链、电加热器和温度传感器的接口。
25.在上述机械式制冷辅助降温系统中，传热链采用tu2无氧铜编织带。
26.在上述机械式制冷辅助降温系统中，电加热器采用电阻加热器，电阻加热器通过铜块进行封装，铜块下表面加工成弧面或平面与深低温冷屏和产品台紧密贴合。
27.本发明具有以下优点：
28.(1)本发明公开了一种机械式制冷辅助降温系统，对冷背景和温度边界模拟装置组成进行优化设计，实现冷背景和温度边界30k～400k超宽范围的模拟温度。
29.(2)本发明公开了一种机械式制冷辅助降温系统，采用gm制冷机制冷技术，可实现冷背景和温度边界低温极限温度至30k。
30.(3)本发明公开了一种机械式制冷辅助降温系统，采用成熟的gm制冷机制冷技术，研制周期短、造价便宜、运行维护成本低。
附图说明
31.图1是本发明实施例中一种机械式制冷辅助降温系统的组成示意图；
32.图2是本发明实施例中一种电加热器的封装示意图。
具体实施方式
33.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明公开的实施方式作进一步详细描述。
34.如图1，在本实施例中，该机械式制冷辅助降温系统，包括：深低温冷屏1、产品台2、传热链3、gm制冷机4、电加热器5、温度传感器6、温控仪7、真空容器8和支架9。其中，gm制冷机4通过密封法兰与真空容器8连接；产品台2安装固定于gm制冷机4的冷头法兰上；深低温冷屏1通过支架9安装固定于真空容器8内；电加热器5、温度传感器6通过铠装方式安装于深低温冷屏1和产品台2上；电加热器5、温度传感器6通过密封接插件接线与位于真空容器8外的温控仪7连接；传热链3一端真空钎焊至深低温冷屏1，另一端与gm制冷机4的冷头法兰安装固定。
35.在本实施例中，深低温冷屏1，主要用于提供深低温冷黑背景。具体的，深低温冷屏1实现的功能包括但不仅限于：是各模块的汇集中心，是冷源(gm制冷机)和热源(电加热器)的载体，实现最终深低温冷背景的模拟。产品台2，用于安装产品并为产品接触传热。具体的，产品台2实现的功能包括但不仅限于：作为产品的安装平台，实现产品温度边界的模拟。传热链3，用于gm制冷机4与深低温冷屏1间的传热。具体的，传热链3实现的功能包括但不仅
限于：将gm制冷机4制冷量热传导至深低温冷屏1。gm制冷机4，用于提供冷源。具体的，gm制冷机4实现的功能包括但不仅限于：为深低温冷屏1和产品台2提供降温所需的冷源。电加热器5，用于提供热源。具体的，电加热器5实现的功能包括但不仅限于：为深低温冷屏1和产品台2提供升温所需的热量。温度传感器6，用于测量深低温冷屏1及产品的温度；温度传感器6可采用铂电阻温度计，安装于深低温冷屏1和产品台2表面，温度传感器6感应端均匀涂抹低挥发性导热脂。温控仪7，用于采集温度传感器6测量得到的温度数据，并为电加热器5供电，实现对深低温冷屏1的温度调节控制。
36.在本实施例中，gm制冷机4制冷，热传导至产品台2、同时通过传热链3间接热传导至深低温冷屏1，提供产品台2和深低温冷屏1降温所需的冷量。电加热器5制热，热传导至产品台2和深低温冷屏1，提供产品台2和深低温冷屏1升温补偿加热所需的热量。温控仪7采集温度传感器6测量得到的温度数据，通过温控仪7内部pid调节电加热器5的热功率，从而实现对产品台2和深低温冷屏1的温度的精确控制。
37.在本实施例中，深低温冷屏1采用tu2无氧铜加工成型，内表面喷涂高发射率黑漆，背面包覆多层隔热组件。
38.在本实施例中，产品台2采用硬铝加工成型，表面阵列螺纹孔，便于产品安装及与gm制冷机4的冷头法兰安装固定。
39.在本实施例中，深低温冷屏1背面预留安装传热链3、电加热器5和温度传感器6的接口。
40.在本实施例中，传热链3采用tu2无氧铜编织带。
41.在本实施例中，如图2所示，电加热器5采用电阻加热器，电阻加热器通过铜块10进行封装，铜块10下表面加工成弧面或平面与深低温冷屏1和产品台2紧密贴合。
42.本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
43.本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

技术特征：
1.一种机械式制冷辅助降温系统，其特征在于，包括：深低温冷屏(1)、产品台(2)、传热链(3)、gm制冷机(4)、电加热器(5)、温度传感器(6)、温控仪(7)、真空容器(8)和支架(9)；gm制冷机(4)通过密封法兰与真空容器(8)连接；产品台(2)安装固定于gm制冷机(4)的冷头法兰上；深低温冷屏(1)通过支架(9)安装固定于真空容器(8)内；电加热器(5)、温度传感器(6)通过铠装方式安装于深低温冷屏(1)和产品台(2)上；其中，电加热器(5)、温度传感器(6)通过密封接插件接线与位于真空容器(8)外的温控仪(7)连接；传热链(3)一端真空钎焊至深低温冷屏(1)，另一端与gm制冷机(4)的冷头法兰安装固定。2.根据权利要求1所述的机械式制冷辅助降温系统，其特征在于，深低温冷屏(1)，用于提供深低温冷黑背景；产品台(2)，用于安装产品并为产品接触传热；传热链(3)，用于gm制冷机(4)与深低温冷屏(1)间的传热；gm制冷机(4)，用于提供冷源；电加热器(5)，用于提供热源；温度传感器(6)，用于测量深低温冷屏(1)及产品的温度；温控仪(7)，用于采集温度传感器(6)测量得到的温度数据，并为电加热器(5)供电，实现对深低温冷屏(1)的温度调节控制。3.根据权利要求1所述的机械式制冷辅助降温系统，其特征在于，gm制冷机(4)制冷，热传导至产品台(2)、同时通过传热链(3)间接热传导至深低温冷屏(1)，提供产品台(2)和深低温冷屏(1)降温所需的冷量。4.根据权利要求3所述的机械式制冷辅助降温系统，其特征在于，电加热器(5)制热，热传导至产品台(2)和深低温冷屏(1)，提供产品台(2)和深低温冷屏(1)升温补偿加热所需的热量。5.根据权利要求4所述的机械式制冷辅助降温系统，其特征在于，温控仪(7)采集温度传感器(6)测量得到的温度数据，通过温控仪(7)内部pid调节电加热器(5)的热功率，从而实现对产品台(2)和深低温冷屏(1)的温度的精确控制。6.根据权利要求1所述的机械式制冷辅助降温系统，其特征在于，深低温冷屏(1)采用tu2无氧铜加工成型，内表面喷涂高发射率黑漆，背面包覆多层隔热组件。7.根据权利要求1所述的机械式制冷辅助降温系统，其特征在于，产品台(2)采用硬铝加工成型，表面阵列螺纹孔，便于产品安装及与gm制冷机(4)的冷头法兰安装固定。8.根据权利要求1所述的机械式制冷辅助降温系统，其特征在于，深低温冷屏(1)背面预留安装传热链(3)、电加热器(5)和温度传感器(6)的接口。9.根据权利要求1所述的机械式制冷辅助降温系统，其特征在于，传热链(3)采用tu2无氧铜编织带。10.根据权利要求1所述的机械式制冷辅助降温系统，其特征在于，电加热器(5)采用电阻加热器，电阻加热器通过铜块(10)进行封装，铜块(10)下表面加工成弧面或平面与深低温冷屏(1)和产品台(2)紧密贴合。

技术总结
本发明公开了一种机械式制冷辅助降温系统，包括：深低温冷屏、产品台、传热链、GM制冷机、电加热器、温度传感器、温控仪、真空容器和支架；GM制冷机通过密封法兰与真空容器连接；产品台安装固定于GM制冷机的冷头法兰上；深低温冷屏通过支架安装固定于真空容器内；电加热器、温度传感器通过铠装方式安装于深低温冷屏和产品台上；其中，电加热器、温度传感器通过密封接插件接线与位于真空容器外的温控仪连接；传热链一端真空钎焊至深低温冷屏，另一端与GM制冷机的冷头法兰安装固定。本发明解决了深低温冷黑环境和深低温边界模拟问题。温冷黑环境和深低温边界模拟问题。温冷黑环境和深低温边界模拟问题。


技术研发人员：何绍栋 施建昆 李云恒 王华新 邢立明 臧博 藏磊 刘宝瑞 王俊成 杨健
受保护的技术使用者：北京空间机电研究所
技术研发日：2023.04.26
技术公布日：2023/8/6