專利名稱：超低溫恒溫抓握棒裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于測試手套低溫防護能力的超低溫(-130°c )恒溫(溫差 <3°C)抓握棒裝置。
背景技術：
在航天、低溫超導和液氮制冷等領域都會遇到穿戴手套抓握超低溫(-100°C )物 體的情況，此類手套必須具有很好的低溫防護能力。但是目前低溫防護手套并沒有相應的 測試裝置來評價其性能，特別是測試溫度低于-100°C的專用超低溫抓握棒尚未出現。本發 明可根據測試要求，提供從常溫到-130°C的超低溫恒溫抓握棒(棒溫度變化< 2V，棒兩段 溫差< 3°C )，用于不同低溫防護手套耐低溫能力的測試。
發明內容
本發明的目的在于設計一種超低溫恒溫抓握棒裝置，用來測試低溫防護手套的耐 低溫能力。根據測試要求，可提供從常溫到-130°C的抓握棒，且能夠滿足棒上溫度均勻恒定 (棒溫度變化< 2°C，棒兩段溫差< 3°C )。利用此測試裝置可檢驗手套耐低溫能力是否達 到相關標準。本發明為一種超低溫恒溫抓握棒裝置，如圖1所示，本裝置主要分為4部分制冷 系統、恒溫系統、測溫系統和抓握系統。制冷系統為有壓杜瓦瓶，通過瓶中的液氮來提供超低溫。恒溫系統包括恒溫罐、加熱片、溫度控制器。恒溫系統的主要功能將液氮氣化，得 到低溫氮氣，通過液氮閥門以及加熱片溫度控制氮氣的溫度，保證低溫氮氣溫度恒定且達 到實驗要求。測溫系統由溫度傳感器、巡檢儀和計算機組成。主要功能是采集、實時監測并記錄 測溫點的溫度值，保證恒溫棒的溫度達到實驗要求。抓握系統主體為抓握棒。抓握棒為一內置逆流熱交換裝置的金屬空心棒。其逆流 熱交換裝置為八片導熱折流板。逆流熱交換裝置中的低溫氮氣流對棒外壁進行降溫。逆流 熱交換裝置的功能是對流入的氮氣進行逆流熱交換，使得抓握棒各處溫度保證均勻恒定。如圖1所示，制冷系統A是實現超低溫的核心。有壓杜瓦瓶8中的液氮進入恒溫 系統B。恒溫系統B的主體為恒溫罐2。液氮通過液氮入口 10進入恒溫罐2，在其中氣化膨 脹為超低溫氮氣。液氮在氣化成為氮氣的過程中需要吸收熱量，這個熱量由加在恒溫罐外 壁上的加熱片3提供的，加熱片的溫度由溫度控制器4控制。若輸出氮氣溫度過高，可開啟 液氮補償閥門13進行補償。從氮氣出口 14輸出的低溫氮氣的溫度可通過調節恒溫罐2上 的兩個閥門(液氮閥門11、液氮補償閥門13)以及加熱片3的溫度來控制實現。恒溫罐2 外包裹保溫層17，采用保溫材料(如石棉、棉花等)進行保溫，使低溫氮氣的冷量和加熱片 的熱量保持在保溫材料內，避免過多的熱量損失。恒溫罐體壓力計16可用來監測罐內氣體 壓力，保證其在設定的實驗壓力范圍內。
測溫系統C通過溫度傳感器5測溫，溫度傳感器5與巡檢儀6相連，可把溫度信號 轉換為數字信號，巡檢儀6輸出端接計算機7，通過基于組態王軟件平臺開發的溫度數據采 集軟件可實時顯示抓握棒1外壁溫度，指導閥門的開度。低溫氮氣通過杜瓦管9進入抓握系統D。抓握系統D的核心為抓握棒1，其中內置 八片導熱折流板20，低溫氮氣分為四路由氮氣入口 18流入，氮氣出口 19流出，在棒中沿箭 頭所示方向進行流動。導熱折流板20兩側氮氣進行逆流熱交換，使棒兩端溫度保持均勻恒 定，不因外界影響而產生較大溫差。本發明為一種超低溫恒溫抓握棒裝置，其優點及功能為有壓杜瓦瓶中液氮為冷 源，利用恒溫罐得到均勻恒定的超低溫氮氣流，并通過抓握棒中的逆流熱交換裝置使氮氣 在棒中逆流換熱，以得到抓握棒外壁溫度均勻恒定。能夠提供超低溫、恒溫、小溫差的抓握 棒，從而對手套的耐低溫能力進行評價測試。
圖1.本發明超低溫恒溫抓握棒裝置示意圖
1.抓握棒 2.恒溫罐3.加熱片
4.溫度控制器 5.溫度傳感器6.巡檢儀
7.計算機 8.有壓杜瓦瓶9.杜瓦管
A.制冷系統 B.恒溫系統C.測溫系統
D.抓握系統
圖2.恒溫罐流體進出口示意圖
10.液氮入口 11.液氮閥門12,.液氮補償入口
13.液氮補償閥門14.超低溫氮氣出口15,.超低溫氮氣閥門
16,.罐體壓力計 17.保溫層
圖3.抓握棒導熱折流板示意圖
18,.氮氣入口 19.氮氣出口20.導熱折流板
具體實施例方式下面結合附圖，對本發明如何實施作進一步的說明本發明為一種超低溫恒溫抓握棒裝置，如圖1所示，本裝置主要分為4部分制冷 系統A、恒溫系統B、測溫系統C和抓握系統D。制冷系統A為有壓杜瓦瓶8，通過瓶中的液 氮來提供超低溫。恒溫系統B的主要功能是將液氮氣化，得到低溫氮氣，通過液氮閥門以及 加熱片溫度控制氮氣的溫度，保證低溫氮氣溫度恒定且達到實驗要求。測溫系統C的主要 功能是采集、實時監測并記錄測溫點的溫度值，保證抓握棒的溫度達到實驗要求。抓握系統 D為抓握棒1，為一內置逆流熱交換裝置的金屬空心棒。其逆流熱交換裝置為八片導熱折流 板20。逆流熱交換裝置中的低溫氮氣流對棒外壁進行降溫。逆流熱交換裝置的功能是對流 入的氮氣進行逆流熱交換，使得抓握棒各處溫度保證均勻恒定。如圖1所示，有壓杜瓦瓶8 中的液氮由管路進入恒溫系統B，通過液氮入口 10進入恒溫罐2，在其中氣化膨脹為超低溫 氮氣。液氮在氣化成為氮氣的過程中吸收恒溫罐外壁上的加熱片3提供的熱量，加熱片的 溫度由溫度控制器4進行控制。可通過調節恒溫罐2上的兩個閥門(液氮閥門11、液氮補償閥門13)以及加熱片3的溫度來控制輸出氮氣的溫度。當氮氣溫度過高時，可開啟液氮 補償閥門13進行補償。恒溫罐2外包裹保溫層17，采用保溫材料(如石棉、棉花等)進行 保溫，使低溫氮氣的冷量和加熱片的熱量保持在保溫材料內，避免過多的熱損失。利用恒溫 罐體壓力計16來監測罐內氣體壓力，保證其在設定的實驗壓力范圍內。低溫氮氣通過杜瓦 管9進入抓握系統D，分為四路由抓握棒1的氮氣入口 18流入，氮氣出口 19流出，在棒中沿 箭頭所示方向進行流動。導熱板20兩側氮氣進行逆流熱交換，使棒上溫度保持均勻恒定， 不因外界影響而產生較大溫差。抓握棒1上的測溫點連接測溫系統C，通過溫度傳感器5測 溫，溫度傳感器5與巡檢儀6相連，可把溫度信號轉換為數字信號，巡檢儀6輸出端接計算 機7，通過基于組態王軟件平臺開發的溫度數據采集軟件實時顯示抓握棒1外壁溫度，指導 閥門的開度。本超低溫恒溫抓握棒裝置的實施步驟如下步驟一，打開有壓杜瓦瓶8的閥門，使液氮通過管路進入恒溫罐2。同時，開啟加熱 片3電源，調節溫度控制器4，使之以一合適溫度對恒溫罐進行加熱。步驟二，液氮在恒溫罐2中吸熱氣化膨脹為超低溫氮氣，開啟低溫氮氣閥門15，打 開組態王溫度數據采集軟件實時監測抓握棒1外壁的溫度數據。步驟三，低溫氮氣通過杜瓦管9流入抓握棒1并對其降溫。通過檢測到的溫度數 據，調節溫度控制器4、液氮閥門11及液氮補償閥門13的開度，使抓握棒1外壁的溫度值達 到實驗要求，且保持穩定。步驟四，開始進行手套低溫抓握時的耐低溫能力實驗。步驟五，實驗完畢，關閉有壓杜瓦瓶8的閥門、加熱片3和計算機7的電源。
權利要求
本發明是一種超低溫恒溫抓握棒裝置，包括4部分制冷系統、恒溫系統、測溫系統和抓握系統；其特征在于制冷系統為有壓杜瓦瓶，恒溫系統由恒溫罐、加熱片、溫度控制器組成，測溫系統由溫度傳感器、巡檢儀和計算機組成，抓握系統為抓握棒，是一內置逆流熱交換裝置的金屬空心棒；其中，通過對恒溫罐加溫，使恒溫罐中的液氮氣化來得到低溫氮氣；通過抓握棒中的逆流熱交換裝置使流入其中的氮氣產生逆流熱交換，得到各處溫度均勻恒定的抓握棒外壁；通過測溫系統來采集、實時監測抓握棒外壁測溫點的溫度值，保證其溫度達到技術要求。超低溫恒溫抓握棒裝置可以實現超低溫(-130℃)恒溫(棒溫度變化＜2℃，棒兩段溫差＜3℃)，對低溫防護手套進行耐低溫能力測試。
2.根據權利要求1所述的超低溫恒溫抓握棒裝置，其特征在于超低溫恒溫抓握棒裝 置采用液氮進行制冷，通過恒溫罐吸收加熱片產生熱量，從而得到超低溫氮氣使抓握棒達 到實驗所要求的超低溫。
3.根據權利要求1所述的超低溫恒溫抓握棒裝置，其特征在于抓握棒為一內置逆流 熱交換裝置的金屬空心棒；其逆流熱交換裝置為八片導熱折流板，逆流熱交換裝置中的低 溫氮氣流對棒外壁進行降溫。逆流熱交換裝置的功能是對流入的氮氣進行逆流熱交換，使 得抓握棒各處溫度保證均勻恒定。
全文摘要
本發明是一種超低溫恒溫抓握棒裝置，包括4部分制冷系統、恒溫系統、測溫系統和抓握系統；其特征在于制冷系統為有壓杜瓦瓶，恒溫系統由恒溫罐、加熱片、溫度控制器組成，測溫系統由溫度傳感器、巡檢儀和計算機組成，抓握系統為抓握棒，是一內置逆流熱交換裝置的金屬空心棒；其中，通過對恒溫罐加溫，使恒溫罐中的液氮氣化來得到低溫氮氣；通過抓握棒中的逆流熱交換裝置使流入其中的氮氣產生逆流熱交換，得到各處溫度均勻恒定的抓握棒外壁；通過測溫系統來采集、實時監測抓握棒外壁測溫點的溫度值，保證其溫度達到技術要求。本發明可根據測試要求，提供從常溫到-130℃的超低溫、恒溫(棒溫度變化＜2℃，棒兩段溫差＜3℃)，實現超低溫恒溫抓握棒，對低溫防護手套進行耐低溫能力測試。
文檔編號G01N3/18GK101852703SQ20101018410
公開日2010年10月6日 申請日期2010年5月26日 優先權日2010年5月26日
發明者丁立, 李晶 申請人:北京航空航天大學