[发明专利]一种用于低温折射率测试的大温区精密控温装置及方法

说明书

一种用于低温折射率测试的大温区精密控温装置及方法，通过包括测试样块、冷板、导热锁、制冷机二级冷头、制冷机一级冷头、隔热支架、转台、冷屏、真空泵、真空罐体、隔热支撑、精密控温仪的精密控温装置，进行红外光学透镜样件40K‑300K范围的精密温度控制，能够使样件的控温精度达到±0.2K，测温精度达到±0.02K，温度稳定度达到0.1K/h，温度均匀性达到0.03K，降温时间：从293K连续降至40K的时间不超过4h；升温时间：在40K‑300K范围内，由任意温度点开始，升温40K并稳定的时间不超过30min；升降温速率：不大于4K/min。

技术领域

本发明涉及一种用于低温折射率测试的大温区精密控温装置及方法，属于大温区精密控温测试领域。

背景技术

目前，现有技术的大温区精密控温主要有高精度制冷控制和高精度加热控制两种，以低温折射率测试项目为例，高精度制冷控制，通过调节制冷机输入的电流电压，调节输出的制冷功率，实现样块达到目标温度，此方案控温策略复杂，控制链路冗长，控制精度无法达到要求的±0.2K。因此采用了高精度加热控制的方案，先用过制冷机实现过冷环境，使样块低于目标温度，再通过高精度的闭环加热控温，实现样块的高温度稳定性和温度均匀性。并且升降温速率可以通过控制软件精确控制，满足低温透镜的折射率的测试需求。

发明内容

本发明解决的技术问题是：针对目前现有技术中，温控策略复杂、控制链冗长、控制精度不足的问题，提出了一种用于低温折射率测试的大温区精密控温装置及方法。

本发明解决上述技术问题是通过如下技术方案予以实现的：

一种用于低温折射率测试的大温区精密控温装置，包括测试样块、冷板、导热锁、制冷机二级冷头、制冷机一级冷头、隔热支架、转台、冷屏、真空泵、真空罐体、隔热支撑、精密控温仪，其中：

所述冷板设置于冷屏内，测试样块通过导热锁固定安装于冷板一端，冷板另一端设置有制冷机二级冷头，制冷机一级冷头穿过冷屏并与制冷机二级冷头连接安装，制冷机一级冷头、制冷机二级冷头用于在冷屏内制造低温环境，隔热支架一端设置于调整测试样块角度变化的转台上，另一端安装于冷板下方并对冷板及测试样块进行支撑，冷屏通过隔热支撑安装于真空罐体内，保证冷屏内真空度的真空泵安装于真空罐体外，用于为测试样块加热及闭环控温的精密控温仪通过穿罐电缆与测试样块相连。

所述冷板、导热锁均采用紫铜材料以减小制冷机二级冷头与测试样块间的传热温差。

所述隔热支架采用聚酰亚胺材料，为薄壁筒状结构，设计有减轻孔以控制等效截面积小于指定值。

所述冷屏采用紫铜材料，外侧及内侧均包覆多层隔热组件以控制等效发射率于指定范围内。

所述精密控温仪对测试样板、冷板、制冷机二级冷头、制冷机一级冷头、转台组成的控温回路进行精密控温，精密控温仪设置有电加热器，采用高精度功率电阻进行通电加热，采用RIG222C型功率电阻器，两侧设计有安装通孔，通过螺钉安装于精密控温仪的安装面上，并涂覆导热硅脂，采用铜结构封装。

所述导热锁为铜丝编制结构，两段设置有安装法兰，铜丝与安装法兰均采用无氧铜，并经过焊接成型，导热锁用于控制制冷机二级冷头与测试样块之间的传热温差于指定范围内，并配合测试样块适应转台任意角度转动。

还包括温度传感器，通过机械连接安装于冷板上，优选采用四线制PT1000型铂电阻，温度与阻值之间的换算通过分段公式拟合，采用铜结构封装，为圆柱形结构，通过螺钉安装于精密控温仪的安装面上，涂覆导热硅脂

一种用于低温折射率测试的大温区精密控温方法，包括：

将测试样块放置于冷板上的指定位置处；

通过真空泵进行真空罐体的抽真空处理；

通过制冷机二级冷头、制冷机一级冷头于冷屏内制造低温环境；