专利名称：高真空试验容器及采用该容器的介质放电试验装置的制作方法
技术领域：
本发明属于真空制冷领域。具体来说，本发明涉及高真空放电试验容器以及包括该放电试验容器的高真空介质放电试验装置，它可用于测试绝缘材料在超高真空环境内，受高、低温作用下材料绝缘性能的改变，是一种介质放电试验的专用设备。
背景技术：
随着我国航天工业的迅速发展，绝缘材料在空间领域中的应用也越来越普遍，这就要求绝缘材料在应用于空间环境之前，要对其的绝缘性能、机械性能等进行模拟空间环境下的测试。以往类似的试验装置多采用液氮做冷源，这样的试验装置一是结构、供液流程复杂，二是运行成本高，操作不便。此外，根据目前绝缘材料放电介质放电试验装置要达到IO-6Pa的真空度，且测试温度要满足_160°C +200°C的测试要求，因此，如何提供一种不使用液氮作为冷源的试验装置非常迫切，而且，还要尽可能地使运行成本及日常管理费用降低。基于此，本发明人经过多年的研究，采用GM制冷机代替传统的液氮作为冷源，并且克服了 GM制冷机不能在高温区(100-200°C温区)工作的技术难题，从而完成了本发明。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构和供液流程简单、运行成本及日常管理费用低廉的高真空介质放电试验装置，该试验装置是能够模拟空间环境的真空条件、高、低温条件的绝缘材料介质放电试验装置。现有技术中采用液氮作为试验需要的冷源，运行成本高，结构复杂。本发明人面对绝缘材料放电测试的真空度和温度范围要求，首次尝试采用GM制冷机冷头代替液氮作为冷源，并在面对GM制冷机装配在高真空介质放电试验装置中时，面对该制冷机难以满足高温区工作要求的技术问题，经过不断试验，研制出了一种能够满足-160°C +200°C的温度、10_6Pa的真空度的高真空介质放电试验装置，且通过将GM制冷机的氦压缩机机组与分子泵、机械泵等真空抽气系统整体集成在高真空介质放电试验装置的下部，从而使该装置具有结构简单、紧凑的优点。本发明采用了如下的技术方案一种高真空介质放电装置用真空容器，主要包括圆筒状的真空容器壳体、壳体一端设置有容器门，壳体另一端设置有平板封底，平板封底上通过法兰设置有卧式安装的GM制冷机冷头、插入容器内的GM制冷机的冷头上方设置有试件工作台，试件工作台由支撑在真空容器筒壁上的四个支腿支撑固定，制冷机冷头与试件工作台之间的间距为8-10毫米，两者之间封接有弯折的双金属片，双金属片一端紧贴于试件工作台底面上，另一端紧贴于GM制冷机冷头的上端，试件工作台下部设置有全封闭或半封闭的空间，以使GM制冷机冷头隔热，真空容器壳体内套接有一屏蔽罩，屏蔽罩的横截面为带有开口的圆弧形，屏蔽罩下部的纵长开口与工作台的边缘机械固定或焊接固定，屏蔽罩顶部内壁上设置有放电装置，侧壁上设置有加热装置，真空容器壳体筒壁上设置有真空抽气接口，其中，双金属片在70°C以下使工作台与制冷机冷头相接触，而在大于70°C的工作温度下使二者分离，切断工作台对冷头的热传导。其中，所述双金属片优选为5J20110双金属片。其中，容器门上设置有观察窗。进一步地，平板封底上还设置有备用接口。进一步地，加热装置优选红外加热装置，例如石英加热管或碘钨灯。进一步地，所述半封闭空间由内凹空心U型截面柱体板与工作台底部围成，内凹空心U形截面的半封闭空间容纳制冷机冷头。进一步地，所述放电装置为20KV高压放电装置。一种包括上述真空容器的高真空介质放电试验装置，其主体结构分上下两层，上层一侧设置有控制装置，另一侧设置有上述结构的真空容器，真空容器顶部设置有放电装置，下层为集成在一起的GM制冷机的氦压缩机组与主要由机械真空泵、复合分子泵构成的真空机组。其中，控制装置与氦压缩机组、真空机组进行管道连接和电连接并对真空容器的工作参数进行控制，氦压缩机组对真空容器进行制冷，真空机组对真空容器进行抽空。其中，控制装置包括复合真空计、复合分子泵电源、触摸屏温控参数设定界面、系统手动操作面板及两块GM制冷机氦气压力表，分别通过细铜管与氦压缩机机组的油分离器和低压储气罐相连。其中，真空机组为试验装置提供10_6Pa的真空试验环境，主要包括机械真空泵、复合分子泵、真空阀门、管道及复合真空计，机械真空泵用做前级泵，实现对系统的预抽，复合分子泵做主抽泵使用，带放气装置的真空截止阀用于防止机械泵停机时的反油，复合真空计用于测试容器内的真空度，真空放气阀用于对系统的充气，其连接方式在本领域是公知的。本发明的带有液氮热沉的大口径低温泵具有如下优点I)采用GM制冷机的冷头替代以往的液氮冷源，使运行成本及管理费用大大降低；2)发挥国产GM制冷机可集成性好的特点，将氦压缩机机组与分子泵、机械真空泵做了一体化集成，使整体结构合理，便于控制噪音；3)保护措施充分，参数一次设定后，采用自动控温方式无需技术人员的操作及看管；
图1A是本发明一实施方式的高真空试验容器正视图。其中，11为高真空容器壳体；12为备用接口 ；13为GM制冷机冷头；14、试件工作台；15、支腿；16、全封闭或半封闭的空间；17、容器门；18为红外加热装置；19、屏蔽罩；20、真空抽气接口 ；21、备用接口 ；22、放电装置；23、双金属片，24、平板封底。图1B是图1A的高真空试验容器对应的侧视图。图2是本发明一实施方式的试件工作台的结构示意图。其中31为聚四氟绝热套23为双金属片；34为工作台面；15为支腿。图3是根据本发明一实施方式的高真空介质放电装置的结构示意图。其中，41为控制装置；42为真空容器；22为放电装置；43为GM制冷机的氦压缩机机组；44为真空机组。
具体实施例方式以下参照附图对本实用新型进行详细说明，但附图仅未示例的目的，并不旨在对本实用新型的保护范围进行任何限制，其范围由所附的权利要求书进行限定。参见图1，图1A是本发明一实施方式的高真空试验容器正视图。根据该实施方式，高真空试验容器包括主要包括圆筒状的真空容器壳体11、壳体11 一端设置有容器门17，容器门17上优选设置有观察窗，以对容器内进行的绝缘材料测试过程进行观察。壳体11另一端设置有平板封底24，平板封底24上通过法兰设置有卧式安装的GM制冷机冷头13、插入容器内的GM制冷机冷头13上方设置有试件工作台14，试件工作台14由支撑在真空容器筒壁上的四个支腿15支撑固定，制冷机冷头13与试件工作台14之间的间距为8-10毫米，两者之间封接有弯折的双金属片23，双金属片优选为5J20110双金属片，例如购自广东新日铁不锈钢金属材料有限公司的金属片。双金属片23 —端紧贴于试件工作台底面上，另一端紧贴于GM制冷机冷头13的上端，试件工作台14下部设置有全封闭或半封闭的空间16，空间16优选由内凹空心U形截面柱体板与工作台底面构成(参阅图1B加以理解)，该空间容纳有GM制冷机冷头以使GM制冷机冷头13隔热，真空容器壳体11内套接有一屏蔽罩19，屏蔽罩19的横截面优选为带有开口的圆弧形(参阅图1B)，屏蔽罩19下部的纵长开口与工作台的边缘机械固定或焊接固定，屏蔽罩19顶部内壁上设置有放电装置22，侧壁上设置有加热装置，优选红外加热装置18，红外加热装置18例如可以是石英加热管或碘钨灯。真空容器壳体11的筒壁上设置有真空抽气接口 20，其中，双金属片23在70°C以下使工作台与制冷机冷头相接触，而在大于70°C的工作温度下使二者分离，切断试件工作台对冷头的热传导。此外,平板封底上还设置有备用接口 21。另外，根据本发明的一具体实施方式
，参见图2，图2给出了一种试件工作台的结构示意图。其中，试件工作台面34的材料为黄铜H62板，与焊接在容器内部的4根支腿15用螺母固定，试件工作台与支腿15之间采用聚四氟乙烯绝热套31绝热。为防止高温环境对冷头的损伤，采用双金属片23，使试件工作台下表面与冷头的换热器之间70°C以下保持良好接触，70°C以上二者分离，切断工作台对冷头的热传导，从而起到保护冷头的作用。图3是根据本发明的一实施方式的高真空介质放电装置的结构示意图。一种包括上述真空容器的高真空介质放电试验装置，其主体结构分上下两层，上层一侧设置有控制装置41，另一侧设置有上述结构的真空容器42，真空容器42顶部设置有放电装置22，下层为集成在一起的GM制冷机的氦压缩机组43与主要由机械真空泵、复合分子泵构成的真空机组44。其中，控制装置41与氦压缩机组43、真空机组44进行管道连接和电连接并对真空容器42的工作参数进行控制，氦压缩机组43对真空容器42进行制冷，真空机组44对真空容器42进行抽空。其中，控制装置包括常规的复合真空计、复合分子泵电源、触摸屏温控参数设定界面、系统手动操作面板及两块GM制冷机氦气压力表，分别通过细铜管与氦压缩机机组的油分离器和低压储气罐相连。这些部件均为真空度控制及温度控制中的常规技术，在此不再赘述。其中，真空机组为试验装置提供10_6Pa的真空试验环境，主要包括机械真空泵、复合分子泵、真空阀门、管道及复合真空计，机械真空泵用做前级泵，实现对系统的预抽，复合分子泵做主抽泵使用，带放气装置的真空截止阀用于防止机械泵停机时的反油，复合真空计用于测试容器内的真空度，真空放气阀用于对系统的充气，其连接方式在本领域是公知的。实施例高真空容器有效空间为0400mmX300mm。面积300 X 300mm2，GM制冷机采用CT80s，采用2XZ-4型机械泵做系统预抽泵和复合分子泵的维持泵，PNZK-GFF-111150/600涡轮分子泵作为真空系统的主抽泵使用。采用DN25mm波纹管做机械泵与复合分子泵之间的抽气管道，为防止机械泵停机时的反油，机械泵出口安装有带充气的电磁截止阀DDC-JQ25A，复合分子泵的前级泵接头附近联通手动放气阀，为方便操作DN16放气阀门安装于机箱的右侧面板上。ZDF5227复合真空计用于测量和显示容器内的真空度。在本发明的高真空介质放电试验容器中，装配有GM制冷机冷头代替液氮作为试验所需的冷源，用红外石英灯做试验的热源，采用分子泵机组作为高真空的获取手段；从而实现试验所需的模拟空间环境，并采用20KV高压放电装置提供实验所需的高压电能。温度控制系统可实现试件工作台在温度范围_160°C +200°C内温度的任意设定与控制。核心控制部件由欧姆龙的温度�？�、触摸显示屏、可编程控制器PLC等组成；执行部件为GM制冷机与石英管加热灯；温度传感器为分别装在冷头换热器及试件工作台上的两只PtlOO。当温度设定后，通过比较设定温度值与实际温度的差值，由程序控制执行部件的运行与停止，达到设定点并保持温度恒定，控温精度为±2°C。为保证制冷机的正常运行，系统设定制冷机启动温度上限为40°C，即工作台实测温度在40°C以上时，制冷机不能启动降温，只能靠容器的自然冷却到40°C以下制冷机才能正常工作。在任何温度下，只要设定温度高于实测温度，都可以启动加热灯对工作台进行加热，当达到设置温度，加热停止并保持温度基本恒定。考虑到GM制冷机冷头在试验高温工况下可能受到损伤，采用双金属装置使试件工作台与冷头换热器在高温下自动隔离。单纯的GM制冷机由冷头、压缩机单元、柔性管线和电器控制部分组成。为了结构紧凑，本设备对压缩机单元、柔性管线与真空泵、复合分子泵等部件做了集成，安装在设备机箱内的下部。冷头安装在容器内部，压缩机电器控制部分与系统的温控部分进行了融合，通过系统触摸屏指示压机运行情况。尽管上文对本发明的具体实施方式
给予了详细描述和说明，但是应该指明的是，本领域的技术人员可以依据本发明的精神对上述实施方式进行各种等效改变和修改，其所产生的功能作用在未超出说明书及附图所涵盖的精神时，均应在本发明保护范围之内。
权利要求
1.一种高真空介质放电装置用真空容器，主要包括圆筒状的真空容器壳体、壳体一端设置有容器门，壳体另一端设置有平板封底，平板封底上通过法兰设置有卧式安装的GM制冷机冷头、插入容器内的GM制冷机的冷头上方设置有试件工作台，试件工作台由支撑在真空容器筒壁上的四个支腿支撑固定，制冷机冷头与试件工作台之间的间距为8-10毫米，两者之间封接有弯折的双金属片，双金属片一端紧贴于试件工作台底面上，另一端紧贴于GM制冷机冷头的上端，试件工作台下部设置有全封闭或半封闭的空间，以使GM制冷机冷头隔热，真空容器壳体内套接有一屏蔽罩，屏蔽罩的横截面为带有开口的圆弧形，屏蔽罩下部的纵长开口与工作台的边缘机械固定或焊接固定，屏蔽罩顶部内壁上设置有放电装置，侧壁上设置有加热装置，真空容器壳体筒壁上设置有真空抽气接口，其中，双金属片在70°C以下使工作台与制冷机冷头相接触，而在大于70°C的工作温度下使二者分离，切断工作台对冷头的热传导。
2.如权利要求1所述的真空容器，其中，所述双金属片优选为5J20110双金属片。
3.如权利要求1或2所述的真空容器，其中，所述容器门上设置有观察窗。
4.如权利要求1或2所述的真空容器，其中，平板封底上还设置有备用接口。
5.如权利要求1或2所述的真空容器，其中，加热装置为石英加热管或碘钨灯。
6.如权利要求1或2所述的真空容器，其中，所述半封闭空间由内凹空心U型截面柱体板与工作台底部围成，内凹空心U形截面的半封闭空间容纳制冷机冷头。
7.如权利要求1或2所述的真空容器，其中，所述放电装置为20KV高压放电装置。
8.一种包括上述真空容器的高真空介质放电试验装置，其主体结构分上下两层，上层一侧设置有控制装置，另一侧设置有如权利要求1-7任一项权利要求所述的真空容器，真空容器顶部设置有放电装置，下层为集成在一起的GM制冷机的氦压缩机组与主要由机械真空泵、复合分子泵构成的真空机组，其中，控制装置与氦压缩机组、真空机组进行管道连接和电连接并对真空容器的工作参数进行控制，氦压缩机组对真空容器进行制冷，真空机组对真空容器进行抽空。
9.如权利要求8所述的高真空介质放电试验装置，其中，控制装置包括复合真空计、复合分子泵电源、触摸屏温控参数设定界面、系统手动操作面板及两块GM制冷机氦气压力表，分别通过细铜管与氦压缩机机组的油分离器和低压储气罐相连。
10.如权利要求8所述的高真空介质放电试验装置，其中，所述真空机组为试验装置提供KT6Pa的真空试验环境，主要包括机械真空泵、复合分子泵、真空阀门、管道及复合真空计，机械真空泵用做前级泵，实现对系统的预抽，复合分子泵做主抽泵使用，带放气装置的真空截止阀用于防止机械泵停机时的反油，复合真空计用于测试容器内的真空度，真空放气阀用于对系统的充气。
全文摘要
本发明公开一种高真空介质放电装置，采用GM制冷机做冷源的高真空介质放电试验装置，包括高真空试验容器、GM制冷机、分子泵真空系统、触摸屏温控系统等，其中，GM制冷机的氦压缩机机组与分子泵、机械泵等集成在设备的下部，上部为真空容器及复合真空计、分子泵电源及温控系统等。本发明也公开了该放电装置用真空容器，解决了一般性真空高低温试验装置采用液氮做冷源的工作流程所带来的问题，具有结构简单、紧凑，运行方便，运行成本低的优点。
文档编号G01R31/16GK103063994SQ20111032018
公开日2013年4月24日 申请日期2011年10月20日 优先权日2011年10月20日
发明者徐敏, 郑晓泉 申请人:徐敏
专业数控铣床产品供应商
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