[发明专利]一种深低温区可变压力和温度的接触热阻测试系统

说明书

本发明公开了一种深低温区可变压力和温度的接触热阻测试系统，其包括测试装置、压力加载装置、加热测温装置、制冷装置。测试装置包括真空腔体、绝热多层材料、防辐射冷屏、固体绝热材料、样品夹具、测试平台和真空腔底板；压力加载装置包括压力传感器、进气管路、承压波纹管和绝热螺杆；加热测温装置包括加热板、温度传感器和加热丝；制冷装置包括无氧铜冷头、制冷机和压缩机。其中压力加载装置、加热测温装置、无氧铜冷头安装在真空腔体内，承压波纹管通过绝热螺杆固定在无氧铜冷头和固体绝热材料上，制冷机安装在真空腔底板上，各装置之间通过螺钉紧固连接。本发明具有操作简单、温度波动小、可操作性高、测试时间短、精度高等优点。

技术领域

本发明属于低温换热领域，具体涉及一种深低温区可变压力和温度的接触热阻测试系统。

背景技术

航天科技的蓬勃发展，为人类探索宇宙提供了极大的助力。对于超导量子干涉器件、超导光子探测器以及毫米亚毫米波探测等深空探测器等需要空间制冷系统提供深低温温度，所以高可靠性、长寿命的低温系统是其必要条件。深低温系统往往工作在高真空、深低温和微重力的环境中，占主要地位的换热方式不是气体对流换热，其影响几乎可以忽略，导热和辐射是卫星内部热量的主要交换方式，通常是从分析导热路径上的热阻着手对导热状况进行分析。固体界面热阻是电子科技、深空探测、和超导技术中普遍存在和必须解决的分析计算与设计制造问题。其中研究低温区固体界面接触热阻对寻求更有效的散热方法以减少热控系统在深空探测制冷系统总重中所占的比例具有十分重要的意义。准确确定和选择固体界面接触热阻在深空探测器热控设计和热控制实施过程中是一个重要的环节，准确的分析与计算接触热阻可以提高热仿真准确度和热设计合理性。

固体界面接触热阻受到多种因素的影响，在实际研究中往往需要通过实验测试获得。而对于深低温区固体界面接触热阻的测试过程中由于温度和热损失的影响往往需要放置于真空腔内，这增加了变压力和温度测试的难度。此时就需要压力加载装置和测试平台温度能够在真空腔外进行调节。

发明内容

本发明提高了一种深低温温区可以实现在真空环境中压力和温度随时可调、测试精度高、可操作性强的接触热阻测试系统，解决了接触热阻测试过程中需要回到常温常压破坏真空环境才能改变压力和温度等多次长时间操作、制冷机温度波动对测量精度影响大、可操作性低等问题。

本发明的技术方案是：

本发明提供了一种深低温区可变压力和温度的接触热阻测试系统，一种深低温区可变压力和温度的接触热阻测试系统，包括测试装置1、压力加载装置2、加热测温装置3、制冷装置4。其中测试装置1包括真空腔体1.1、绝热多层材料1.2、防辐射冷屏1.3、固体绝热材料1.4、样品夹具1.5、测试平台1.6和真空腔底板1.7；压力加载装置2包括压力传感器2.1、进气管路2.2、承压波纹管2.3和绝热螺杆2.4；加热测温装置3包括加热板3.1、温度传感器3.2和加热丝3.3；制冷装置4包括无氧铜冷头4.1、制冷机4.2和压缩机4.3。其特征在于：为了减少样品表面辐射欧热，压力加载装置2、加热测温装置3、无氧铜冷头4.1、制冷机4.2安装在真空腔体1.1内，实验过程中进行抽真空处理；测试装置1低温冷源由制冷装置4提供；两样品通过样品夹具1.5通过螺纹连接分别固定在加热板3.1和测试平台1.6上，测试平台1.6固定在无氧铜冷头4.1上，其中加热板3.1为样品热端，无氧铜冷头4.1为样品冷端；承压波纹管2.3通过绝热螺杆2.4固定在固体绝热材料1.4和无氧铜冷头4.1上；制冷机4.2通过螺钉连接固定在真空腔底板1.7上。

所述样品夹具1.5采用高导热系数的无氧铜材料，上端面加工出直径和样品直径大小的圆柱形凹槽，切割成两半的形式并采用螺纹连接，便于测试过程中样品的安装和固定，并减少样品和夹具之间的接触热阻。为了减少样品表面辐射漏热，在样品外围设置防辐射冷屏1.3，并在外包裹绝热多层材料1.2。为了使热量都经过样品接触面，在加热板3.1和承压波纹管2.3之间设置了固体绝热材料1.4，有效减少漏热量，提高测试结果的准确度。