本發(fā)明隸屬于回?zé)崾降蜏刂评錂C(jī)領(lǐng)域，具體涉及一種適用于獨(dú)立評(píng)價(jià)脈管冷指性能的裝置及方法。
背景技術(shù)：
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脈管制冷機(jī)是一種新型回?zé)崾降蜏刂评錂C(jī)，與傳統(tǒng)斯特林制冷機(jī)相比，它消除了冷端的機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件，采用熱端的調(diào)相機(jī)構(gòu)來獲得理想的相位關(guān)系，具有結(jié)構(gòu)簡單、振動(dòng)小、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。20世紀(jì)80年代以來，脈管制冷機(jī)在國內(nèi)外得到了廣泛的重視和研究，在航空航天、超導(dǎo)工業(yè)、低溫電子、低溫醫(yī)學(xué)等方面得到了廣泛應(yīng)用。隨著對(duì)脈管制冷機(jī)理的深入研究以及調(diào)向機(jī)構(gòu)的逐步改進(jìn)，脈管制冷機(jī)技術(shù)日臻成熟，尤其是80K以上溫區(qū)的效率已能達(dá)到與斯特林制冷機(jī)相當(dāng)?shù)乃健?/p>
脈管制冷機(jī)由線性振蕩壓縮機(jī)、脈管冷指、調(diào)相機(jī)構(gòu)三部分組成，脈管制冷機(jī)高效運(yùn)行時(shí)需要三部分耦合匹配協(xié)同作用，當(dāng)整機(jī)性能未達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)時(shí)，需要甄別出壓縮機(jī)、脈管冷指抑或調(diào)相機(jī)構(gòu)出現(xiàn)了問題，這就要對(duì)脈管冷指性能進(jìn)行獨(dú)立評(píng)價(jià)。另外，由于脈管冷指回?zé)崞饔蓭装偕踔辽锨吣繑?shù)絲網(wǎng)層疊而成，很容易造成多臺(tái)制作流程完全相同的脈管冷指流動(dòng)阻力不一致，帶來整體阻抗的偏差，進(jìn)而影響與其他部件耦合匹配效果。目前由于回?zé)崾降蜏刂评錂C(jī)中壓縮機(jī)與脈管冷指以及調(diào)相機(jī)構(gòu)的強(qiáng)耦合特性，只能根據(jù)制冷機(jī)的整體性能進(jìn)行間接的問題診斷，并未有一種有效的方法能夠完全將脈管冷指從整機(jī)中分離開來進(jìn)行獨(dú)立評(píng)價(jià)與問題解決。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
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本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、操作便捷的獨(dú)立評(píng)價(jià)脈管性能的裝置及方法，解決現(xiàn)有回?zé)崾降蜏刂评錂C(jī)無法對(duì)脈管冷指設(shè)計(jì)性能優(yōu)劣進(jìn)行獨(dú)立、有效的評(píng)價(jià)的問題。
本發(fā)明獨(dú)立評(píng)價(jià)脈管冷指性能的裝置，包括線性壓縮機(jī)1、第一動(dòng)態(tài)壓力傳感器2、待評(píng)價(jià)脈管冷指3、真空杜瓦4、制冷量測量系統(tǒng)5、第二壓力傳感器6、調(diào)相活塞7，驅(qū)動(dòng)電源8，第一位移傳感器9，第二位移傳感器10；其中：
所述線性壓縮機(jī)1出氣孔截面上開密封槽，安裝適配的橡膠密封圈進(jìn)行密封，并且經(jīng)第一動(dòng)態(tài)壓力傳感器2通過螺紋連接；第一動(dòng)態(tài)壓力傳感器2與待評(píng)價(jià)脈管冷指3進(jìn)氣口法蘭連接，安裝適配的金屬密封環(huán)進(jìn)行密封；待評(píng)價(jià)脈管冷指3出氣口與第二動(dòng)態(tài)壓力傳感器6法蘭連接，安裝適配的金屬密封環(huán)進(jìn)行密封；調(diào)相活塞7出氣口截面上開密封槽，安裝適配的橡膠密封圈進(jìn)行密封，并且與第二動(dòng)態(tài)壓力傳感器6通過螺紋連接；待評(píng)價(jià)脈管冷指3外圍安裝真空杜瓦4，保持測試時(shí)高真空度；待評(píng)價(jià)脈管冷指3冷端換熱器3.3安裝制冷量測量系統(tǒng)5的測量儀測量制冷溫度與制冷量；線性壓縮機(jī)1壓縮活塞上安裝第一位移傳感器9并與驅(qū)動(dòng)電源8相連接，調(diào)相活塞6上安裝第二位移傳感器10并與驅(qū)動(dòng)電源8相連接，驅(qū)動(dòng)電源8配合第一位移傳感器9、第二位移傳感器10可測量并控制線性壓縮機(jī)1壓縮活塞與調(diào)相活塞7的位移行程與相位差；第一動(dòng)態(tài)壓力傳感器2和第二動(dòng)態(tài)壓力傳感器6均為壓電傳感器類型，其與傳感器三通閥座采用螺接形式連接，密封墊圈采用鈹青銅材料，并在傳感器上繞制生膠帶進(jìn)行輔助密封。
所述線性壓縮機(jī)1為對(duì)置式線性壓縮機(jī)，壓縮活塞直徑不小于25mm。最大行程不小于6mm。
所述調(diào)相活塞7為線性電機(jī)驅(qū)動(dòng)的單壓縮機(jī)或?qū)χ檬綁嚎s機(jī)，活塞直徑10mm～20mm，活塞行程不小于5mm。
所述第一位移傳感器9，第二位移傳感器10為非接觸式位移傳感器，測量精度10微米以上。
本發(fā)明的獨(dú)立評(píng)價(jià)脈管冷指性能的裝置的評(píng)價(jià)方法，包括以下步驟：
1)通過驅(qū)動(dòng)電源(8)調(diào)節(jié)線性壓縮機(jī)(1)活塞位移X1、調(diào)相活塞(7)的活塞位移X2以及兩活塞的相位差θ與理論設(shè)計(jì)值保持相同；
2)通過第一動(dòng)態(tài)壓力傳感器2測量得線性壓縮機(jī)1與待脈管冷指3之間的壓力波P1；
3)根據(jù)熱聲學(xué)理論間接計(jì)算得到線性壓縮機(jī)1輸出聲功Wa為：其中A為活塞截面積，f為運(yùn)行頻率，為壓力波P1與壓縮活塞位移X1的相位差；
4)通過第二動(dòng)態(tài)壓力傳感器6測量得待評(píng)價(jià)脈管冷指3與調(diào)相活塞7之間的壓力波P2，計(jì)算冷指出入口的動(dòng)態(tài)壓力差ΔP＝P1-P2，通過ΔP值評(píng)價(jià)批量生產(chǎn)時(shí)冷指填充絲網(wǎng)的一致性；
5)通過制冷量測量系統(tǒng)5測量此運(yùn)行狀態(tài)下冷指的制冷溫度Tc與制冷量Qc；
6)最后得到待評(píng)價(jià)脈管冷指3的比卡諾效率為：其中Ta為環(huán)境溫度，該效率是評(píng)價(jià)脈管冷指3性能優(yōu)劣的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)。
以上所述參數(shù)全部能夠通過驅(qū)動(dòng)電源8調(diào)節(jié)線性壓縮機(jī)1與調(diào)相活塞7的活塞位移與活塞相位差得到，因此本發(fā)明裝置的等效輸入聲功與調(diào)相能力和待評(píng)價(jià)脈管冷指3所采用的真實(shí)壓縮機(jī)與調(diào)相機(jī)構(gòu)相同，因此得到的評(píng)價(jià)效率是等效的。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：對(duì)脈管冷指的輸入聲功要求、調(diào)相要求與工作條件進(jìn)行等效模擬，使脈管冷指性能評(píng)價(jià)從整機(jī)中獨(dú)立出來，更加明確了問題根源，提高脈管冷冷指設(shè)計(jì)優(yōu)化效率，同時(shí)對(duì)脈管冷指進(jìn)行有效的質(zhì)量檢測與規(guī)?；Y選，確保產(chǎn)品一致性。
附圖說明：
圖1為本發(fā)明用于獨(dú)立評(píng)價(jià)脈管冷指性能的裝置原理示意圖；
圖中：1、線性壓縮機(jī)；2、第一動(dòng)態(tài)壓力傳感器；3、待評(píng)價(jià)脈管冷指；3.1、待評(píng)價(jià)脈管冷指主熱端換熱器；3.2、待評(píng)價(jià)脈管冷指回?zé)崞鳎?.3、待評(píng)價(jià)脈管冷指冷端換熱器；3.4、待評(píng)價(jià)脈管冷指脈管；3.5、待評(píng)價(jià)脈管冷指次熱端換熱器；4、真空杜瓦；5、制冷量測量系統(tǒng)；6、第二壓力傳感器；7、調(diào)相活塞；8、驅(qū)動(dòng)電源；9、第一位移傳感器；10、第二位移傳感器
具體實(shí)施方式：
下面結(jié)合附圖及實(shí)施例進(jìn)一步描述本發(fā)明。
如圖1所示，本發(fā)明獨(dú)立評(píng)價(jià)脈管冷指性能的裝置，包括線性壓縮機(jī)1、第一動(dòng)態(tài)壓力傳感器2、待評(píng)價(jià)脈管冷指3、真空杜瓦4、制冷量測量系統(tǒng)5、第二壓力傳感器6、調(diào)相活塞7，驅(qū)動(dòng)電源8，第一位移傳感器9，第二位移傳感器10。
采用活塞直徑為26mm的線性壓縮機(jī)1出氣孔截面上開密封槽，安裝適配的橡膠密封圈進(jìn)行密封，并且經(jīng)第一動(dòng)態(tài)壓力傳感器2通過螺紋連接；第一動(dòng)態(tài)壓力傳感器2與待評(píng)價(jià)脈管冷指3進(jìn)氣口法蘭連接，安裝適配的金屬密封環(huán)進(jìn)行密封；待評(píng)價(jià)脈管冷指3出氣口與第二動(dòng)態(tài)壓力傳感器6法蘭連接，安裝適配的金屬密封環(huán)進(jìn)行密封；調(diào)相活塞7直徑為18mm的對(duì)置活塞，出氣口截面上開密封槽，安裝適配的橡膠密封圈進(jìn)行密封，并且與第二動(dòng)態(tài)壓力傳感器6通過螺紋連接；待評(píng)價(jià)脈管冷指3外圍安裝真空杜瓦4，保持測試時(shí)真空度10-4Pa以上；待評(píng)價(jià)脈管冷指3冷端換熱器3.3安裝制冷量測量系統(tǒng)5的測量儀測量制冷溫度與制冷量；線性壓縮機(jī)1壓縮活塞上安裝第一位移傳感器9，調(diào)相活塞6上安裝第二位移傳感器10并與驅(qū)動(dòng)電源8相連接，驅(qū)動(dòng)電源8配合第一位移傳感器9、第二位移傳感器10可測量并控制線性壓縮機(jī)1壓縮活塞與調(diào)相活塞7的位移行程與相位差；第一動(dòng)態(tài)壓力傳感器9和第二動(dòng)態(tài)壓力傳感器10均為壓電傳感器類型，其與傳感器三通閥座采用螺接形式連接，密封墊圈采用鈹青銅材料，并在傳感器上繞制生膠帶進(jìn)行輔助密封。
實(shí)際應(yīng)用時(shí)，第一動(dòng)態(tài)壓力傳感器2和第二動(dòng)態(tài)壓力傳感器6均為壓電傳感器類型，其型號(hào)為Kistler 5015A1000；第一位移傳感器9和第二位移傳感器10為LVDT位移傳感器。
該發(fā)明裝置的評(píng)價(jià)方法按以下步驟進(jìn)行：
1)通過驅(qū)動(dòng)電源(8)調(diào)節(jié)線性壓縮機(jī)(1)活塞位移X1、調(diào)相活塞(7)的活塞位移X2以及兩活塞的相位差θ與理論設(shè)計(jì)值保持相同；
2)通過第一動(dòng)態(tài)壓力傳感器2測量得線性壓縮機(jī)1與待脈管冷指3之間的壓力波P1；
3)根據(jù)熱聲學(xué)理論間接計(jì)算得到線性壓縮機(jī)1輸出聲功Wa為：其中A為活塞截面積，f為運(yùn)行頻率，為壓力波P1與壓縮活塞位移X1的相位差；
4)通過第二動(dòng)態(tài)壓力傳感器6測量得待評(píng)價(jià)脈管冷指3與調(diào)相活塞7之間的壓力波P2，計(jì)算冷指出入口的動(dòng)態(tài)壓力差ΔP＝P1-P2，通過ΔP值評(píng)價(jià)批量生產(chǎn)時(shí)冷指填充絲網(wǎng)的一致性；
5)通過制冷量測量系統(tǒng)5測量此運(yùn)行狀態(tài)下冷指的制冷溫度Tc與制冷量Qc；
6)最后得到待評(píng)價(jià)脈管冷指3的比卡諾效率為：其中Ta為環(huán)境溫度，該效率是評(píng)價(jià)脈管冷指3性能優(yōu)劣的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)。
最后應(yīng)說明的是：本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。