一种真空环境中宽温区高稳定度温控冷板制造技术

本发明专利技术公开了一种真空环境中宽温区高稳定度温控冷板，包括加热冷板和冷板冷却板，所述加热冷板和冷板冷却板之间设有界面热阻材料，所述加热冷板采用电加热的方式进行温度控制，所述加热冷板内部开槽，且槽口内安置有冷板加热器，所述加热冷板中心和表面位置布置有铂电阻槽或铂电阻孔，所述界面热阻材料采用聚四氟乙烯PTFE。本申请中，通过计算选取合适的材料作为界面热阻材料，界面热阻材料于在加热冷板和冷板冷却板之间形成热阻层，热阻层可有效抑制和消弱液氮潜热带来的温度波动，通过实际测量，温度区域范围在

【技术实现步骤摘要】
一种真空环境中宽温区高稳定度温控冷板


[0001]本专利技术属于空间环境模拟领域，具体涉及一种宽温区高稳定度温控冷板，主要用于航天器热真空环境模拟试验设备、低气压及常压试验设备。

技术介绍

[0002]在空间用特种材料研究过程中，材料在真空环境中和大气环境中的不同温度下的温度特性定量研究是重点关注内容。为了支持该类特种材料温度特性特种研究，可以模拟真空和大气环境中宽范围温度区域的特种空间环境模拟器成为重要的研究工具。该重要研制工具的一个关键技术攻关难点在于，为了定量的研究材料的温度特性，宽温度范围(
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280℃)高稳定度(0.1℃)温度边界的构建。本专利介绍了一种构建宽温区高稳定度温度边界的冷板。由于利用液氮作为冷板的冷源，获得低温背景，用于产品的降温或温度控制。因液氮具有较大的汽化潜热，在利用液氮作为冷源实现非液氮低温时会带来较大的温度波动，不利于温度的控制。本文提出了一种抑制液氮制冷系统中温度波动的冷板/冷板冷却板结构，通过分析计算，这种结构可有效抑制和消弱液氮潜热带来的温度波动，达到高稳定度精确控温的目的。
[0003]该种冷板区别于其他真空环境中使用的冷板的特点在于，温度能够做到
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280℃，该冷板的工作表面温度稳定度能够做到0.1℃。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于：为了解决上述问题，而提出的一种真空环境中宽温区高稳定度温控冷板。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
[0006]一种真空环境中宽温区高稳定度温控冷板，包括加热冷板和冷板冷却板，所述加热冷板和冷板冷却板之间设有界面热阻材料。
[0007]优选地，所述加热冷板采用电加热的方式进行温度控制，所述加热冷板内部开槽，且槽口内安置有冷板加热器。
[0008]优选地，所述加热冷板中心和表面位置布置有铂电阻槽或铂电阻孔。
[0009]优选地，所述界面热阻材料采用聚四氟乙烯PTFE。
[0010]一种真空环境中宽温区高稳定度温控冷板的制作方法，包括以下步骤：
[0011]a.模拟界面热阻材料对冷却板温度波动的衰减情况；
[0012]b.选取界面热阻材料的厚度和材料，步骤如下：
[0013]考虑加热冷板温度的可调节性，加热冷板控温
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170℃时，加热冷板加热功率假定为30W，则冷板冷板冷却板最小输入功率为120W，因此当冷板冷却板温度为
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196℃时，热阻层最大热阻为：
[0014][0015]考虑冷板冷却板温度一般低于
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196℃，当冷板冷却板温度为
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190℃时，热阻层最大热阻为：
[0016][0017]热阻层材料选用聚四氟乙烯PTFE，导热系数约0.24W/m/k，以上两种情况下分别对应热阻层最大厚度为4.6mm和3.6mm，因此选择热阻层厚度为3mm。
[0018]优选地，所述a步骤的流程为：
[0019]假定冷板冷却板温度波动度为
±
10K，T
coolant
＝
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190+10cos(2πft)℃，采用一维单层简化模型计算了不同界面热阻材料热阻时，界面热阻材料另一端加热冷板的温度波动情况。
[0020]综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：
[0021]本申请中，通过计算选取合适的材料作为界面热阻材料，界面热阻材料于在加热冷板和冷板冷却板之间形成热阻层，热阻层可有效抑制和消弱液氮潜热带来的温度波动，通过实际测量，温度区域范围在
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280℃之内时，稳定度优于0.1℃，达到高稳定度精确控温的目的。
附图说明
[0022]图1示出了根据本专利技术实施例提供的冷板组件结构示意图；
[0023]图2示出了根据本专利技术实施例提供的假定冷板冷却板温度波动为
±
10K示意图；
[0024]图3示出了根据本专利技术实施例提供的热阻层厚度1mm处冷板处的温度波动示意图；
[0025]图4示出了根据本专利技术实施例提供的
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170℃附近的波动度示意图；
[0026]图5示出了根据本专利技术实施例提供的
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141℃时温度曲线示意图；
[0027]图6示出了根据本专利技术实施例提供的
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110℃附近的波动度示意图；
[0028]图7示出了根据本专利技术实施例提供的
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70℃附近的波动度示意图。
具体实施方式
[0029]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0030]请参阅图1
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7，本专利技术提供一种技术方案：
[0031]一种真空环境中宽温区高稳定度温控冷板，包括加热冷板和冷板冷却板，加热冷板和冷板冷却板之间设有界面热阻材料；
[0032]加热冷板采用电加热的方式进行温度控制，加热冷板内部开槽，且槽口内安置有冷板加热器，以保证加热的稳定性。
[0033]加热冷板中心和表面位置布置有铂电阻槽或铂电阻孔，用于检测加热冷板的平均温度和温度稳定性。
[0034]一种真空环境中宽温区高稳定度温控冷板的制作方法，包括以下步骤：
[0035]a.模拟界面热阻材料对冷却板温度波动的衰减情况，步骤如下：
[0036]假定冷板冷却板温度波动度为
±
10K，T
coolant
＝
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190+10cos(2πft)℃，采用一维单层简化模型计算了不同界面热阻材料热阻时，界面热阻材料另一端加热冷板的温度波动情况，由计算结果可见，界面热阻材料对冷板冷却板的温度波动的确具有波动衰减作用，厚度为1mm厚时，加热冷板的波动已经很小，约为
±
3K，再考虑加热冷板的功率PID调节，足以保证加热冷板的温度控制精度；
[0037]通过图3对不同材料，不同厚度的界面热阻材料对温度波动的消弱的对比分析：
[0038]热阻层(界面热阻材料)应该具有一定的厚度，以进行温度波动的衰减，同时热阻层的厚度不能太厚，否则在极限条件下，加热冷板温度将达不到最低温度。
[0039]b.选取界面热阻材料的厚度和材料，步骤如下：
[0040]考虑加热冷板温度的可调节性，加热冷板控温
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170℃时，加热冷板加热功率假定为30W，则冷板冷板冷却板最小输入功率为120W。因此当冷板冷却板温度为
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196℃时，热阻层最大热阻为：
[0041][0042]考虑本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种真空环境中宽温区高稳定度温控冷板，其特征在于，包括加热冷板和冷板冷却板，所述加热冷板和冷板冷却板之间设有界面热阻材料。2.根据权利要求1所述的一种真空环境中宽温区高稳定度温控冷板，其特征在于，所述加热冷板采用电加热的方式进行温度控制。3.根据权利要求2所述的一种真空环境中宽温区高稳定度温控冷板，其特征在于，所述加热冷板内部开槽，且槽口内安置有冷板加热器。4.根据权利要求3所述的一种真空环境中宽温区高稳定度温控冷板，其特征在于，所述加热冷板中心和表面位置布置有铂电阻槽或铂电阻孔。5.根据权利要求4所述的一种真空环境中宽温区高稳定度温控冷板，其特征在于，所述界面热阻材料采用聚四氟乙烯PTFE。6.一种真空环境中宽温区高稳定度温控冷板的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：a.模拟界面热阻材料对冷却板温度波动的衰减情况；b.选取界面热阻材料的厚度和材料，步骤如下：考虑加热冷板温度的可调节性，加热冷板控温
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【专利技术属性】
技术研发人员：丁文静，顾苗，王晶，龚洁，赵晓旭，徐靖皓，韩潇，尹志强，
申请(专利权)人：北京卫星环境工程研究所，
类型：发明
国别省市：