全文摘要
本专利公开了一种获得脉管冷指与惯性管气库调相最佳匹配系统。系统包括线性压缩机，脉管冷指，主动调相装置，惯性管气库，压力传感器，位移传感器，示波器，热线风速仪，真空杜瓦和制冷量测量系统。压力传感器用于测量冷指进、出口压力波；位移传感器用来测量压缩机扫气容积；示波器用于测量压力波和活塞位移的相位关系；先通过主动调相装置，找到脉管冷指达到最佳性能时，冷指压力波与体积流的相位关系。再将调相装置改为惯性管气库，改变其尺寸参数，达到用主动调相时脉管冷指压力波和体积流的相位关系，使脉管冷指达到最优性能。本专利优点在于能够排除脉管冷指制冷量测量的干扰，对脉管冷指性能优劣进行独立评价，操作容易，结构简单。
主设计要求
1.一种获得脉管冷指与惯性管气库调相最佳匹配系统，包括线性压缩机(1)、第一动态压力传感器(2)、待评价脉管冷指(3)、真空杜瓦(4)、制冷量测量系统(5)、惯性管(6)、气库(7)，示波器(8)、移传感器(9)、第二动态压力传感器(10)、热线风速仪(11)、主动调相活塞(12)、第二位移传感器(13)；其特征在于：所述的线性压缩机(1)出气孔截面上开密封槽，配橡胶密封圈，并且与第一动态压力传感器(2)螺纹连接；第一动态压力传感器(2)与待评价脉管冷指(3)进气口法兰连接，配金属密封环；待评价脉管冷指(3)出气口与第二动态压力传感器(10)法兰连接，配金属密封环；动态压力传感器(10)与惯性管(6)和气库(7)进气口螺纹连接，配金属密封环；待评价脉管冷指(3)外围安装真空杜瓦(4)，保持测试时真空度10-4Pa以上；待评价脉管冷指(3)冷端换热器(3.3)安装制冷量测量系统(5)的测量仪测量制冷温度与制冷量；线性压缩机(1)压缩活塞上安装位移传感器(9)与动态压力传感器(10)一同连接至示波器(8)。
设计方案
1.一种获得脉管冷指与惯性管气库调相最佳匹配系统，包括线性压缩机(1)、第一动态压力传感器(2)、待评价脉管冷指(3)、真空杜瓦(4)、制冷量测量系统(5)、惯性管(6)、气库(7)，示波器(8)、移传感器(9)、第二动态压力传感器(10)、热线风速仪(11)、主动调相活塞(12)、第二位移传感器(13)；其特征在于：
所述的线性压缩机(1)出气孔截面上开密封槽，配橡胶密封圈，并且与第一动态压力传感器(2)螺纹连接；第一动态压力传感器(2)与待评价脉管冷指(3)进气口法兰连接，配金属密封环；待评价脉管冷指(3)出气口与第二动态压力传感器(10)法兰连接，配金属密封环；动态压力传感器(10)与惯性管(6)和气库(7)进气口螺纹连接，配金属密封环；待评价脉管冷指(3)外围安装真空杜瓦(4)，保持测试时真空度10-4<\/sup>Pa以上；待评价脉管冷指(3)冷端换热器(3.3)安装制冷量测量系统(5)的测量仪测量制冷温度与制冷量；线性压缩机(1)压缩活塞上安装位移传感器(9)与动态压力传感器(10)一同连接至示波器(8)。
设计说明书
技术领域：
本专利隶属于回热式低温制冷机领域，具体涉及一种获得脉管冷指与惯性管气库调相最佳匹配系统。
背景技术：
脉管制冷机是一种新型回热式低温制冷机，与传统斯特林制冷机相比，它消除了冷端的机械运动部件，采用热端的调相机构来获得理想的相位关系，具有结构简单、振动小、可靠性高等优点。20世纪80年代以来，脉管制冷机在国内外得到了广泛的重视和研究，在航空航天、超导工业、低温电子、低温医学等方面得到了广泛应用。随着对脉管制冷机理的深入研究以及调向机构的逐步改进，脉管制冷机技术日臻成熟，尤其是80K以上温区的效率已能达到与斯特林制冷机相当的水平。
脉管制冷机由线性压缩机、脉管冷指、调相机构三部分组成，制冷机的高效运行与三部分的耦合程度有着很大关系。脉管制冷机的相位是指脉管制冷机中各处压力波振幅、质量流振幅以及压力波与质量流之间的相位角。由于脉管制冷机相比于斯特林制冷机来说，没有排出器，所以适当的相位调节变的颇为重要，压力波和质量流之间合适的相位差，合理的相位关系可以有效地减少回热损失、优化脉管冷指的换热效率。目前由于回热式低温制冷机中压缩机与脉管冷指以及调相机构的强耦合特性，只能根据制冷机的整体性能进行间接的问题诊断，并未有一种方法能够使脉管制冷机冷指与惯性管气库调相得到最佳匹配。
发明内容：
本专利的目的是提供一种脉管冷指与惯性管气库调相最佳匹配获得系统，解决现有回热式低温制冷机无法对脉管冷指与惯性管气库调相最佳匹配获得方法优劣进行独立、有效的评价的问题。
本专利优化的制冷系统，包括线性压缩机1、第一动态压力传感器2、待评价脉管冷指3、真空杜瓦4、制冷量测量系统5、惯性管6、气库7，示波器 8，第一位移传感器9，第二动态压力传感器10，热线风速仪11，主动调相活塞12，第二位移传感器13；
线性压缩机1出气孔截面上开密封槽，配橡胶密封圈，并且与第一动态压力传感器2螺纹连接；第一动态压力传感器2与待评价脉管冷指3进气口法兰连接，配金属密封环；待评价脉管冷指3出气口与第二动态压力传感器10法兰连接，配金属密封环；动态压力传感器10与惯性管6和气库7进气口螺纹连接，配金属密封环；待评价脉管冷指3外围安装真空杜瓦4，保持测试时真空度10-4<\/sup>Pa以上；待评价脉管冷指3冷端换热器3.3安装制冷量测量系统5的测量仪测量制冷温度与制冷量；线性压缩机1压缩活塞上安装位移传感器9与动态压力传感器10一同连接至示波器8。
本专利脉管冷指最佳相位的判定方法，包括以下步骤：
1)通过驱动线性压缩机1和主动调相活塞12的活塞位移，调节两活塞的相位差，制冷量测量系统5测出制冷温度Tc<\/sub>与制冷量Qc<\/sub>，得到冷指3的最佳性能时的相位差；
2)将调相装置换成惯性管6气库7，通过调节线性压缩机1的输入功率，利用示波器8读取位移传感器9和动态压力传感器10的幅值和相位差，即压缩机活塞位移X，压力波P，压力波与压缩活塞位移的相位差θ；热线风速仪11读取其体积流率；
3)根据热声学理论间接计算得到线性压缩机1输出声功Wa<\/sub>为： W a<\/sub>＝πfA|P||X|sinθ，其中A为活塞表面积，f为运行频率；
4)通过不断改变惯性管6气库7的规格参数，可以有效地调节脉管冷指3 的相位差；
5)利用惯性管6气库7的调相能力将相位差调节至步骤1时脉管冷指3 最佳性能时的相位差；
6)脉管处于最佳性能时的相位差，脉管冷指3与惯性管6气库7得到了最佳匹配。
本专利的优点在于：解决现有回热式低温制冷机整机性能未达到设计目标时，对脉管冷指是否处于最佳相位做出有效地判定。提供了一种脉管冷指与惯性管气库最佳匹配获得方法，使压力波和质量流之间处于最佳的相位差，合适的相位关系可以减少回热损失、优化脉管冷指的换热效率，从而提高制冷机性能。
附图说明：
图1为本专利获得脉管冷指与惯性管气库最佳匹配方法的实验示意图；
图中：1、线性压缩机；2、第一动态压力传感器；3、待评价脉管冷指；3.1、待评价脉管冷指主热端换热器；3.2、待评价脉管冷指回热器；3.3、待评价脉管冷指冷端换热器；3.4、待评价脉管冷指脉管；3.5、待评价脉管冷指次热端换热器；4、真空杜瓦；5、制冷量测量系统；6、惯性管；7、气库；8、示波器；9、位移传感器；10、第二动态压力传感器；11、热线风速仪；12、主动调相活塞；13、第二位移传感器。
具体实施方式：
下面结合附图及实施例进一步描述本专利。
如图1所示，本专利一种脉管冷指与惯性管气库最佳匹配获得方法，包括线性压缩机1、第一动态压力传感器2、待评价脉管冷指3、真空杜瓦4、制冷量测量系统5、惯性管6、气库7，示波器8、第一位移传感器9、第二动态压力传感器10、热线风速仪11、主动调相活塞12、第二位移传感器13。
线性压缩机1出气孔截面上开密封槽，配橡胶密封圈，并且与第一动态压力传感器2螺纹连接；第一动态压力传感器2与待评价脉管冷指3进气口法兰连接，配金属密封环；待评价脉管冷指3出气口与第二动态压力传感器10法兰连接，配金属密封环；动态压力传感器10与惯性管6和气库7进气口螺纹连接，配金属密封环；待评价脉管冷指3外围安装真空杜瓦4，保持测试时真空度10-4<\/sup>Pa以上；待评价脉管冷指3冷端换热器3.3安装制冷量测量系统5的测量仪测量制冷温度与制冷量；线性压缩机1压缩活塞上安装位移传感器9与动态压力传感器10一同连接至示波器8。
该专利装置的评价方法按以下步骤进行：
1)通过驱动线性压缩机1和主动调相活塞12的活塞位移，调节两活塞的相位差，制冷量测量系统5测出制冷温度Tc<\/sub>与制冷量Qc<\/sub>，得到冷指3 的最佳性能时的相位差；
2)将调相装置换成惯性管6气库7，通过调节线性压缩机1的输入功率，利用示波器8读取位移传感器9和动态压力传感器10的幅值和相位差，即压缩机活塞位移X，压力波P，压力波与压缩活塞位移的相位差θ；热线风速仪11读取其体积流率；
3)根据热声学理论间接计算得到线性压缩机1输出声功Wa<\/sub>为： W a<\/sub>＝πfA|P||X|sinθ其中A为活塞表面积，f为运行频率；
4)通过不断改变惯性管6气库7的规格参数，可以有效地调节脉管冷指3 的相位差；
5)利用惯性管6气库7的调相能力将相位差调节至步骤1时脉管冷指3 最佳性能时的相位差；
6)脉管处于最佳性能时的相位差，脉管冷指3与惯性管6气库7得到了最佳匹配。
最后应说明的是：本行业的技术人员应该了解，本专利不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本专利的原理，在不脱离本专利精神和范围的前提下，本专利还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本专利范围内。本专利要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201920036740.9
申请日:2019-01-10
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:31(上海)
授权编号:CN209445628U
授权时间:20190927
主分类号:F25B 9/14
专利分类号:F25B9/14;F25B49/02
范畴分类:35D;
申请人:中国科学院上海技术物理研究所
第一申请人:中国科学院上海技术物理研究所
申请人地址:200083 上海市虹口区玉田路500号
发明人:蒋珍华;吴亦农;刘少帅;朱海峰;周子佳
第一发明人:蒋珍华
当前权利人:中国科学院上海技术物理研究所
代理人:郭英
代理机构:31311
代理机构编号:上海沪慧律师事务所
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计