组态工具2021年05月23日 |
什么是热真空室，它是如何工作的？
摘要：有关通过我们的热真空试验箱（TVC）开展的试验的基本信息，此热真空试验箱可精确再现物体在空间中运行的环境条件。
什么是热真空试验箱（TVC）
安吉拉通力测试技术公司生产的ACS热真空试验箱是主要用于模拟环境空间条件的设备。热真空试验箱（TVC）的最常见应用涉及卫星性能试验、热循环控制以及在完全受控的环境中对组件、子系统和整个卫星进行试验。这些试验能够通过同时控制两个环境参数来精确再现太空条件：压力和温度。
卫星试验的重要性
真空条件模拟了环境空间中可能发生热交换的独特环境：通过辐射和传导。
至关重要的是在发射前进行试验，在所有可能损害卫星性能的条件下进行试验。若未事先检查卫星在太空中的工况，则最常见风险就是卫星组件自身出现冻结或过热情况。
此外，最好记住卫星承受的压力低于10-6 毫巴。
太空中产生的组件损坏大部分是由于太阳辐射未被大气（AM0 – 大气质量0）过滤而造成的。根据卫星必须经过的轨道情况，热交换率可能更高或更低。有些卫星在轨道上运行90分钟，在阳光照射下，温度约150°C，在日蚀时，温度约- 190°C。
采用热模型对设计进行热分析，然后对其进行验证与试验。归功于ACS在环境试验模拟中应用的几种技术方面取得的广泛经验，ACS已开发一系列TVC。
热能系统
热循环
用于使DUT（被测设备）在通常介于- 100℃至100℃的温度范围内经受高低温交替操作，同时压力保持在10- 6 毫巴以下（高真空条件）。在卫星处于热循环状态时，可通过专用波导在试验箱内交换RF（射频）信号。这些试验可能需要长达一个月的时间。
热平衡
用于验证卫星热数学模型。通过创建温度范围类似卫星在轨道上会遇到的温度范围（-180°C以下）的环境来进行试验。会对卫星的某些部分进行热源（灯或IR发射器）加热，以模拟太阳光线的影响，其可能导致局部温度达到+ 150°C。在这些试验中，卫星保持在10-6 毫巴的恒定压力下。
可根据不同的试验需求、经济性和灵活性，提供各种热系统，如：
- 液氮溢流（沸腾模式）;
- 带加热元件（灯或IR发射器）的液氮溢流（沸腾模式）;
- 带加热元件（灯或IR发射器）的液氮部分溢流（沸腾模式）;
- 带加热元件（灯或IR发射器）的液氮加压回路;
- 加压气态氮回路;
- 液氮和气态氮结合模式;
- 采用中间流体进行机械冷却。
热真空试验箱如何工作？
1. 外部机体
试验体积（容器）的外部机体由优质不锈钢制成，其设计得到FEM（有限元法）分析的支持，以便在承受内部和外部环境之间压差的情况下优化钢的厚度。进行焊接和表面光洁度处理，以尽量减少泄漏率和排气情况，从而使其有可能达到深度真空状态。
2. 热场
TVC的试验体积是一个具有热调节的不锈钢圆筒，称为护罩，可通过其内表面辐射将热量传递到被测设备。两个圆盘形热屏蔽罩将圆筒两端封闭，以便在被测设备（DUT）周围获得均匀的温度场。护罩由两块层压板组成，它们之间存在几毫米的间隙。此间隙用作热发电系统的热流体的通道。在该表面上涂抹一种专用黑漆，从而形成具有高发射率（> 0.9）和低RML（在150°C时，恢复的质量损失<1％）的涂层。有时，试验体积中存在一块“热板”，上面放置一些样品，以通过传导传热进行热循环
根据应用类型，可使用不同类型的温度调节系统：
温度范围介于-70°C至+ 150°C 采用中间流体进行机械冷却
通过制冷气体冷却或通过电加热的流体（通常为导热油）采用磁耦合泵穿过闭合回路护罩而进行循环。该系统的一个优点是成本低。
温度范围介于-180°C到+ 150°C 加压气态氮
通过专用风机，使加压的气态氮在护罩内循环，同时保持有利于热交换的密度，并确保整个辐射面的温度均匀性。通过电加热器进行加热，同时在回路中喷射液氮进行冷却。该系统可在整个温度范围内对温度进行出色的调节。
温度范围介于-196°C至+ 150°C 液氮+辐照器
在此情况下，已使用液氮将护罩完全或部分充满，从而达到-90k的温度（介于-196°C和-185°C之间，具体取决于回路内的压力）。这会在被测物体周围形成辐射低温环境。护罩中液氮循环可为自然循环，也可通过泵进行强制循环。通过置于试验体积的特殊结构上的加热元件（红外灯或发射器）进行被测物体的加热或中温控制。
温度范围介于-196°C至+ 150°C 液氮+辐照器
在此情况下，已使用液氮将护罩完全或部分充满，从而达到-90k的温度（介于-196°C和-185°C之间，具体取决于回路内的压力）。这会在被测物体周围形成辐射低温环境。护罩中液氮循环可为自然循环，也可通过泵进行强制循环。通过置于试验体积的特殊结构上的加热元件（红外灯或发射器）进行被测物体的加热或中温控制。
3. 真空发生装置
真空发生装置由一套优质且知名品牌的真空泵组成。第一个真空阶段（初级或初步抽真空）由干泵执行，其消除了返油风险并具有非常低的维护成本特点。可在短时间内从环境压力转变为约10-2 毫巴的压力。第二个阶段包括更复杂的泵（低温泵），允许实现高真空与高可靠性性能。试验箱内的典型最终压力水平约为1×10-6 毫巴，但根据时间可能降至10-8 毫巴范围内的值。
4. 控制和管理系统
TVC的控制和管理系统由硬件和软件组件的全自动组合而构成。通过控制系统的核心PLC来实现排序、安全联锁和操作员界面操作。如电力、气压源、冷却水循环等公用设施发生故障情况。PLC提供内置的子系统间级联锁，从而确保操作人员、试验对象和设施设备的安全。提供了HMI设备，用于将本地（机载面板）和远程（PC专用软件）控制装置连接到PLC。
ACS品牌在航空航天领域以及最具挑战性的模拟环境中处于领先地位：继1988年生产首个热真空试验箱（TVC）后，安吉拉通力测试技术公司专门为试验卫星、子系统和组件的最重要的国际航空航天研究中心提供标准和定制的解决方案。
