[发明专利]基于大温差环境的多温区控温装置

说明书

本发明公开了一种基于大温差环境的多温区控温装置，主要由金属导冷结构、高稳定性温度控制结构以及试件安装板组成。高稳定性温度控制结构以及试件安装板采用多分区独立控温结构，本发明装置放置在低温平台上，以低温平台作为冷源，实现试件安装板上试验设备的多温区高精度控温，可满足试验设备工作温度与低温平台间的极大温差控制。

技术领域

本发明属于航天器科学载荷地面测试技术领域，具体来说，涉及一种基于大温差环境的多温区控温装置，以用于被测试件与冷源具有较大温差的温度控制情况，尤其适用于被测试件与液氮冷板间的温度控制。

背景技术

在常规航天器真空热试验中，通常采用液氮热沉模拟冷黑背景，并配备有液氮冷板，为航天器被测试件提供低温环境。由于液氮的温度一般低于100K(-173℃)，而被测试件则处于常温状态(一般在-20℃～50℃之间)，因此被测试件与液氮冷板间存在较大的温差，为实现被测试件的温度控制，除了采用辐射的方式进行热量传递之外，还可以通过一定的导热结构，实现大温差环境下的温度控制。

为了控制被测试件的表面温度，同时隔绝大部分低温冷源的导冷，减小由于冷热对抗而产生的能量消耗，需要设计一个可用于被测试件与冷源间具有较大温差的温度控制装置，从而实现对被测试件的高精度温度控制，甚至多区域独立控温的能力。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于大温差环境的多温区控温装置，该模拟装置能够实现被测试件与冷源间较大温差条件下的温度模拟和控制，尤其适用于以液氮为冷源的低温平台上进行的热试验测试。

本发明的基于大温差环境的多温区控温装置，包括金属导冷结构、高稳定性温度控制结构以及试件安装板。该装置需要放置在低温平台上使用。金属导冷结构放置在低温平台上，金属导冷结构上方依次叠放高稳定性温度控制结构以及试件安装板；被测试件放置在试件安装板。低温平台为内部通有低温工质的金属平板。

金属导冷结构由导热板、冷桥、均温板组成，且均为金属材料，如不锈钢等。导热板的作用是为了与低温平台均匀接触以良好导热，冷桥的作用是为了调节导冷的面积以增加热阻降低导冷量，均温板的作用是使冷桥的局部冷量均匀分布在均温板的上表面。

高稳定性温度控制结构由大热阻导热垫、电加热片、高效导热均温板组成。大热阻导热垫为低热导率的材料，如玻璃钢、聚四氟乙烯等。高效导热均温板为高热导率结构，如平板热管等。

试件安装板为具有良好导热性的金属材料，如铜等，进一步提高表面的温度均匀性。试件安装板的底部中心位置有一个温度传感器，可实时测量试件安装板的温度。

低温平台为内部通有低温工质的金属平板，金属平板内具有大量的翅片，增强金属平板的换热能力，提高温度均匀性。低温工质可以是液氮、液氦、不同温度的导热硅油、制冷剂等各种流体，流体的温度处于稳定状态即可。

本发明高精度动态可控温度模拟装置的优点在于：

1)通过金属导冷结构的设计，隔绝大部分低温平台的冷量使高稳定性温度控制结构受到的导冷满足装置温度调节需要，并最终控制试件安装板的表面温度，设计思路合理，方法可行性好。

2)采用4块相互独立的高稳定性温度控制结构和试件安装板，实现了各区域温度的独立控制，控制逻辑更为便捷。

3)采用模块化设计方法，高稳定性温度控制结构、试件安装板等部件可以进行替换，拆装方便，维修更换便捷。

附图说明

图1是本发明基于大温差环境的多温区控温装置的整体结构图；

图2是本发明基于大温差环境的多温区控温装置的分解图；

图3是本发明金属导冷结构的分解图；

图4是本发明高稳定性温度控制结构的分解图；