[发明专利]一种基于液氮制冷的超低温精密恒温装置及控温方法

说明书

本发明公开了一种基于液氮制冷的超低温精密恒温装置及控温方法，所述恒温装置包括：保温罐，包括罐体和壳体；导流筒，设置于罐体内，导流筒的上下两端具有通气口；空气循环机构，包括循环风扇，安装在导流筒下沿内侧；空气加热机构，包括温度传感器和环状加热带，温度传感器的测量端设置于导流筒内，环状加热带设置于导流筒外侧与所述罐体内侧之间；液氮注入机构，包括快速液氮扩散环、慢速液氮扩散环、超低温继电器和液氮罐；可编程温度控制器，与温度传感器、超低温继电器电气连接，并通过固态继电器与环状加热带的控制端电气连接。本发明能快速的提供‑80℃~‑190℃温度条件下均匀、稳定、可靠的超低温恒定温场，并能达到较小的温度过冲。

技术领域

本发明涉及一种基于液氮制冷的超低温精密恒温装置及控温方法，主要应用于-80℃~-190℃超低温温区的温度传感器计量和超低温试验技术研究领域。

背景技术

近些年，随着我国在航空航天和深空探测领域的不断发展，旨在确保航空航天产品和航天器产品质量和可靠性的超低温试验技术也得到了飞速的进步。超低温试验不仅对产品质量和可靠性起着重大的作用，而且对产品的研制成本、研制周期和竞争能力都有很大的影响。宇航器在深空中飞行，要承受低至-80℃~-190℃的恶劣环境，无论是在宇航级产品的超低温可靠性试验方面，还是在温度传感器的超低温连续计量技术领域，都迫切需要能够实现超低温精密控温的恒温装置。

目前，常规的低温试验装置采用的是多级压缩机制冷的方式降温，PID进行温度调节，控温传感器感应温度的变化实现温度的调节和控制，该方式目前最多能达到-100℃的低温，制冷速度慢、效率低下、产生的低温温场均匀性和稳定性差，无法满足宇航级产品的超低温可靠性试验要求。在-100℃以下的温区，制冷设备多采用液氮制冷的方式设计制造，液氮在常压下的温度为-196℃，现有的各类超低温试验装置和液氮试验箱，通常都采用固定点的方式实现，该温区往往只进行温度传感器的固定点定值。此外，由于结构设计的不合理，导致液氮的控温难度极大，得不到均匀、稳定、可靠的超低温恒定温场，同时在降温的过程中产生极大的温度过冲，不能有效的测得宇航级产品在超低温条件下的各种性能指标，不能有效的保证温度传感器在超低温条件下的测温准确性。

发明内容

基于上述，本发明提供一种基于液氮制冷的超低温精密恒温装置及控温方法，能快速的提供-80℃~-190℃温度条件下均匀、稳定、可靠的超低温恒定温场，并能达到较小的温度过冲，以克服现有技术的不足。

本发明的技术方案是：一种基于液氮制冷的超低温精密恒温装置，包括：

保温罐，包括罐体和壳体，所述罐体设置于所述壳体内，所述壳体上设有工作孔；

导流筒，设置于所述罐体内，并且所述导流筒的上下两端与所述罐体的内顶面和内底面之间具有通气口；

空气循环机构，包括循环风扇，所述循环风扇设置于所述导流筒下沿内侧；

空气加热机构，包括温度传感器和环状加热带，所述温度传感器的测量端设置于所述导流筒内，所述环状加热带设置于所述导流筒外侧与所述罐体内侧之间；

液氮注入机构，包括快速液氮扩散环、慢速液氮扩散环、超低温继电器和液氮罐，所述快速液氮扩散环和所述慢速液氮扩散环均设置于所述导流筒外侧与所述罐体内侧之间，并且均通过所述超低温继电器与所述液氮罐连接；

可编程温度控制器，所述可编程温度控制器与所述温度传感器、所述超低温继电器电气连接，所述可编程温度控制器通过固态继电器与所述环状加热带的控制端电气连接。

可选的，还包括支架，所述支架包括：

底座；

支杆，设置于所述底座上；