[发明专利]一种评价气动斯特林制冷机最优相位匹配的装置及方法

说明书

本发明公开了一种评价气动斯特林制冷机最优相位匹配的装置及方法。装置中的线性压缩机和调相斯特林冷指通过连管连接；压力传感器安装在连管上，用于测量线性压缩机出口的压力波；位移传感器用于测量压缩机和冷指内活塞的位移波；控制系统通过调节压缩机和膨胀机驱动电机的输入电压幅值及相位，控制和调节压缩机和斯特林冷指内活塞的位移及相位关系，得到斯特林冷指最优性能下的最优相位关系；去除驱动电机，测试压缩机和气动冷指内活塞的位移及相位关系，评价气动斯特林制冷机是否达到最优相位关系。本发明的优点在于能够简单、快速地获得斯特林制冷机的最优相位关系，评价气动斯特林是否达到最优相位，提高斯特林制冷机设计优化效率。

技术领域

本发明是涉及一种回热式低温制冷机，具体说，是涉及一种评价斯特林制冷机最优相位匹配的装置和方法。

背景技术

随着高温超导材料、红外线探测技术低温技术越来越广泛的应用于能量、医疗、航空航天等领域，低温制冷机的应用领域越来越广。

斯特林制冷机是回热式低温制冷机中典型的一类，可分为整体式和分置式。分置式斯特林制冷机是将压缩机与冷指通过细管连接，将两者完全独立分开安置。相较于整体式，分置式可以有效地削弱压缩机振动、噪声对冷指性能的影响。分置式斯特林制冷机属于由两个分离的气缸组成往复运动的活塞-排出器型制冷机，膨胀活塞在气缸中自由移动。因而，膨胀活塞如何维持在气缸中的正确行程，并且如何保持与压缩机活塞的运动具有合适的相位关系是分置式斯特林制冷机的主要问题。膨胀活塞可以通过独立的电机驱动，同时采用复杂的电控系统来精确控制压缩机活塞和膨胀活塞之间运动的相位差。

气动型分置式斯特林制冷机的膨胀活塞不用电机驱动，整个制冷机只有压缩机一个电机，因而整机重量和体积会减小，且能耗较低，在红外和超导电子学等领域具有诱人的应用前景。在这种情况下，排出器由压缩机产生周期性压力波驱动，排出器及支撑弹簧组成一个受迫振动系统，产生的阻尼力能产生合适的相位差，使排出器的运动超前压缩活塞一个相位角从而产生制冷，如何评价相位角一直是气动型制冷机设计的难点。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题和需求，本发明的目的是提供一种评价气动斯特林制冷机最优相位匹配的装置及方法，这种方法可靠性高、操作简单，可以有效地提高制冷机设计优化效率。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种评价气动斯特林制冷机最优相位匹配的装置，包括线性压缩机、连管、调相斯特林冷指、数据采集与控制系统、压力传感器、驱动电机、真空杜瓦、制冷量测试系统、驱动电源、压缩机第一位移传感器、压缩机第二位移传感器、斯特林冷指位移传感器和待评价斯特林冷指，所述调相斯特林冷指包括冷头、膨胀活塞、气缸和弹簧。

所述线性压缩机与调相斯特林冷指通过连管连接，连管上装有压力传感器；所述线性压缩机采用对置式线性压缩机，压缩机第一位移传感器和压缩机第二位移传感器分别安装在线性压缩机的两侧；所述冷头安装制冷量测试系统，测量制冷温度和制冷量；所述气缸外部通过法兰结构安装真空杜瓦，保证测试时高真空度；调相斯特林冷指与驱动电机连接，通过弹簧支撑膨胀活塞；驱动电机侧装有斯特林冷指位移传感器；压力传感器、压缩机第一位移传感器、压缩机第二位移传感器、斯特林冷指位移传感器、制冷量测试系统与数据采集与控制系统连接，用于调节和监控各个测点的数据。

所述连管采用螺纹连接线性压缩机和调相斯特林冷指，方便拆装，提高工作效率。

所述压力传感器通过螺纹连接到连管上。

所述驱动电机采用直线电机驱动。

待评价斯特林冷指为气动斯特林冷指，通过弹簧支撑膨胀活塞进行往复运动。

在一种可能的实施方式中，所述位移传感器采用激光位移传感器，其中，所述线性压缩机的机壳底部安装有透镜，机壳与透镜通过法兰结构连接，压缩机第一位移传感器和压缩机第二位移传感器通过透镜测量线性压缩机活塞的位移波；