一种气体介质高低温传热系统的制作方法

本实用新型涉及高低温测试装置的技术领域，尤其是涉及一种气体介质高低温传热系统。

背景技术：

电子元器件是小型机器和仪器的组成部分，而集成电路是一种采用特殊工艺，将上述电子元器件集成在硅基片上而形成的具有一定功能的器件，将上述电子元器件和集成电路组装在一起，就能够组装成人们需要使用的电子装置，随着社会的不断发展，电子装置变的越来越复杂，这就要求电子装置必须具有可靠性高、运行速度快、功率消耗小以及质量轻、小型化、成本低等特点，以满足电子装置复杂化的要求。而在电子元器件生产的过程中，经常会出现不合格的产品，这些不合格的产品通常存在着一定的缺陷，如：工艺缺陷、元器件缺陷和设计缺陷等，工艺缺陷主要是指工艺不当造成的，常见的如虚焊、松脱、断裂、开路、短路等，元器件缺陷主要是指元器件本身质量低劣或元器件环境试验筛选不彻底造成的，设计缺陷主要是指设计不合理造成的。

在电子元器件的研制和技术开发的阶段，需要对电子元器件进行环境试验，以便快速、准确的发现和排除不良零件，以及防止电子元器件出现早期失效，所述的环境试验是指电子元器件在环境应力下所进行的一系列试验，其目的是在产品出产前，有意把环境应力施加到产品上，使产品潜在缺陷加速发展成为早期故障，并加以排除，环境应力筛选是剔除产品缺陷和提高产品使用可靠性的一种有效工艺手段，进行环境应力筛选所需的试验设备通常称为环境试验箱，所述的环境试验箱可以采用液氮调温系统，选用的温度区间为－180℃～+160℃，或者采用气氮调温系统，选用的温度区间为－160℃～+160℃，或者采用导热油调温系统，选用的温度区间为－80℃～+150℃，或者采用乙醇调温系统，选用的温度区间为－110℃～+20℃。

在上述现有技术中，通过分析可知，所述的液氮调温系统具有温区广、降温速率大等优点，但是由于液氮有相变，温度均匀度差，需要有配套的液氮系统，造成使用的成本太大，并且使用时液氮不能循环利用，造成一部分液氮浪费；所述的气氮调温系统具有温区广、温度均匀性好等优点，但是缺点是需要有配套的液氮系统，造成使用的成本高，而且使用时氮气不能循环利用；所述的导热油调温系统的优点是温度均匀性好，但是高温时导热油有闪点的限制，超过闪点时容易引发爆炸等安全事故，低温时导热油有倾点的限制，低于倾点导热油就不会流动，造成了凝固，并且导热油的成本高，应用在此设备上投入成本较高；所述的乙醇调温系统在高温时容易受到低闪点的限制，极易燃易爆，有不可消除的安全隐患。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种气体介质高低温传热系统，以解决现有技术中存在的，选用液氮调温系统或者气氮调温系统时，使用的成本高，并且使用时液氮或氮气不能循环利用，选用导热油调温系统使用时，导热油受到温度区间的限制，温度均匀度差，选用乙醇调温系统存在安全隐患等问题。

本实用新型提供的一种气体介质高低温传热系统，包括：进气管道、制冷装置、制热装置、气体驱动装置、测试装置和出气管道；

所述进气管道的一端与空气入口连接，进气管道上依次连接有制冷装置、制热装置、气体驱动装置和测试装置，所述测试装置与出气管道的一端连接，出气管道的另一端与进气管道连接。

进一步地，所述测试装置内的产品为内部具有流道的冷板，或者所述测试装置内的产品为电子元器件，所述电子元器件固定在内部具有流道的冷板上，所述冷板上具有多个与流道相通的出气口。

进一步地，所述测试装置为热沉，被测试产品设置在热沉内。

进一步地，所述进气管道上还连接有能够除水、除油、除尘和压缩气体的气体处理装置。

进一步地，所述制冷装置连接有防止冷气回流的第一单向阀，所述制热装置连接有防止热气回流的第二单向阀。

进一步地，所述气体驱动装置连接有变频器。

进一步地，所述气体驱动装置还连接有温度传感器。

进一步地，所述进气管道的气体介质温度范围为－120℃～+160℃，气体介质压力范围为0barg～10barg。

进一步地，所述制冷装置采用自然复叠制冷方式，或者采用三级复叠制冷方式，所述制冷装置的最低蒸发温度范围为－123℃±3℃。

进一步地，所述制热装置为气体加热器，热流密度范围为2.0W/cm²～4.0W/cm²。

本实用新型提供的一种气体介质高低温传热系统，包括依次连接在进气管道上的制冷装置、制热装置、气体驱动装置和测试装置，所述的制冷装置可以对进气管道内通过的气体进行气体介质的温度降低，所述的制热装置可以对进气管道内通过的气体进行气体介质的温度升高，所述气体驱动装置是气体介质的循环系统动力源，驱动气体介质流动，所述测试装置内放置需要测试的产品，对产品的位置进行固定，在本系统中，所述制冷装置和制热装置串联连接在进气管道上，使用时可以单独启动制冷装置，或者单独启动制热装置，分别采用制冷装置或者制热装置对产品进行降温过程或者升温过程，所述测试装置连接出气管道的一端，出气管道的另一端与进气管道连接，气体介质使用完毕后，可以沿着出气管道回流至进气管道，进行循环使用，从而节约了能源，本实用新型的上述系统投资成本低，使用安全，可靠性好。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式，下面将对具体实施方式所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型实施例一的结构示意图；

图3为本实用新型实施例二的结构示意图；

图4为本实用新型实施例三的结构示意图。

附图标记：

11－进气管道； 12－制冷装置； 13－制热装置；

14－气体驱动装置； 15－测试装置； 16－出气管道；

17－气体处理装置； 121－第一单向阀； 131－第二单向阀；

141－变频器； 142－温度传感器。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶面”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

图1为本实用新型的结构示意图；图2为本实用新型实施例一的结构示意图；图3为本实用新型实施例二的结构示意图；图4为本实用新型实施例三的结构示意图。

如图1所示，本实用新型提供一种气体介质高低温传热系统，包括：进气管道11、制冷装置12、制热装置13、气体驱动装置14、测试装置15和出气管道16；

所述进气管道11的一端与空气入口连接，进气管道11上依次连接有制冷装置12、制热装置13、气体驱动装置14和测试装置15，所述测试装置15与出气管道16的一端连接，出气管道16的另一端与进气管道11连接。

所述的一种气体介质高低温传热系统采用封闭式系统，所述制冷装置12用于降低气体介质在循环系统内的温度，所述制热装置13用于提高气体介质在循环系统内的温度，所述气体驱动装置14驱动冷的气体介质或者热的气体介质，使气体介质流向被测试产品，对被测试产品进行升温或者降温，所述气体介质在规定的温度、压力范围内无相变，并且气体介质采用不易燃、不易爆、无毒、无腐蚀性的气体，所述的气体可以采用氮气，氩气，R14和空气中的任何一种。

进一步地，所述测试装置15内的产品为内部具有流道的冷板，或者所述测试装置15内的产品为电子元器件，所述电子元器件固定在内部具有流道的冷板上，所述冷板上具有多个与流道相通的出气口。

所述被测产品为内部具有流道的冷板时，气体介质沿着流道的一端流入，气体介质进入流道，对冷板的内侧面进行升温或降温后，气体介质沿着流道的另一端流出，从而达到了对冷板进行升温或降温的目的；所述被测产品为电子元器件时，由于电子元器件的体积小，不方便固定，可以将电子元器件固定在内部具有流道的冷板上部，气体介质沿着冷板的流道一端流入，气体介质沿着冷板上部的出气口流出，出气口处的气体介质直接吹扫电子元器件的表面，对电子元器件进行升温或者降温后，气体介质再沿着流道的另一端流出，从而达到了对电子元器件进行升温或者降温的目的。

进一步地，所述测试装置15为热沉，被测试产品设置在热沉内。

所述被测产品为圆筒状时，可以将被测产品直接放置在测试装置15内，测试装置15采用热真空试验设备中的热沉，使产品牢固的固定在热沉内，气体介质直接进入热真空罐内的热沉，沿着热沉的管道或者内壁流动，沿着产品的周围对产品进行升温或者降温，使产品周围的温度更加均匀，对产品进行升温或者降温后，气体介质沿着热沉的管道流出，达到了对产品进行升温或者降温的目的。

进一步地，所述进气管道11上还连接有能够除水、除油、除尘和压缩气体的气体处理装置17。

分别采用汽水分离器、油水分离器、除尘过滤器和空气压缩机对气体介质进行除水、除油、除尘和压缩气体处理，将气体处理成能够达到使用需求的气体介质。

进一步地，所述制冷装置12连接有防止冷气回流的第一单向阀121，所述制热装置13连接有防止热气回流的第二单向阀131。

所述制冷装置12启动后，关闭时，会产生一部分气体介质回流，为防止气体介质回流造成的污染，在制冷装置12上连接第一单向阀121，所述制热装置13启动后，关闭时，也会产生一部分气体介质回流，为防止气体介质回流造成的污染，在制热装置13上连接第二单向阀131。

进一步地，所述气体驱动装置14连接有变频器141。

所述变频器141连接在气体驱动装置14上，可以随时对出风口处的气体介质的流量进行调节，根据被测产品的需要，使气体介质的流量增大或者减小。

进一步地，所述气体驱动装置14还连接有温度传感器142。

所述的温度传感器142连接在气体驱动装置14的出风口处，便于及时对出风口的温度进行测量。

所述气体驱动装置14采用高压风机，高压风机的型号为F－2000，高压风机是整个气体介质循环系统的动力源，属于核心部件，所述的高压风机须满足以下条件：工作压力最高值为10barg，全压足够大，可以克服系统的所有阻力，密封结构的耐温范围在－120℃～+160℃之间。

进一步地，所述进气管道11的气体介质温度范围为－120℃～+160℃，气体介质压力范围为0barg～10barg。

进一步地，所述制冷装置12采用自然复叠制冷方式，或者采用三级复叠制冷方式，所述制冷装置12的最低蒸发温度范围为－123℃±3℃。

所述制冷装置12的型号为ZL－120，通过蒸发器交换热量，以实现气体介质的温度降低；所述制冷装置12采用自然复叠的方式，由于只采用一个压缩机，占用空间小，成本低，但是不能进行控温，所述制冷装置12采用三级复叠的方式，由于采用三个压缩机，虽然占用空间大，但是能够进行控温。

进一步地，所述制热装置13为气体加热器，热流密度范围为2.0W/cm²～4.0W/cm²。

所述气体加热器的型号为H－10，所述气体加热器为地热流密度的加热器，由于本系统气体介质的密度比普通液体介质的密度小，约为1％，本系统气体介质的比热容与普通液体介质相比也小，不足50％，为了避免气体加热器表面的温度过高而出现故障，气体加热器表面的热流密度范围在2.0W/cm²～4.0W/cm²之间，气体介质从进口进入气体加热器，加热后，气体介质从出口离开气体加热器，所述气体加热器的内径比较大，以减小气体阻力，从而降低气体的流速。所述气体驱动装置14的出口处连接有第一安全阀，所述测试装置15的进口处连接有第二安全阀，当系统内部压力过高时，所述的第一安全阀和第二安全阀能够起到泄压的作用，从而保护系统的安全。

实施例一

如图2所示，本实用新型的测试装置15内放置的产品为：内部具有流道的冷板，被测试冷板的当前表面温度为20℃，即常温状态，试验目的为测试冷板在+150℃环境下的性能。依次打开第一单向阀121和第二单向阀131，当系统内部气体压力值低于预期值时，打开进气管道11的一端，使外部气体沿着进气管道11进入气体处理装置17，对气体进行除水、除油、除尘和压缩处理，关闭制冷装置12，第一单向阀121防止冷气介质回流，打开制热装置13，第二单向阀131防止热气介质回流，当系统内部气体压力值达到预期值时，此时进气管道11内的气体逐渐进入制热装置13进行加热，加热完毕后，气体介质的温度升至+150℃，然后沿着进气管道11通过气体驱动装置14驱动，利用变频器141对气体介质的流速进行调整，温度传感器142及时对气体介质的当前温度传递，气体驱动装置14将加热后的气体介质推送入测试装置15内，此时气体介质沿着冷板内部的流道流动，对冷板进行降温，气体介质流过冷板后，沿着出气管道16流至进气管道11，打开制冷装置12，对气体介质进行制冷，再打开制热装置13，对气体介质进行加热，气体介质沿着进气管道11进入出气管道16，完成气体介质的循环。

实施例二

如图3所示，本实用新型的测试装置15内放置的产品为：内部没有流道的多个电子元器件，将多个电子元器件卡合连接在冷板上的固定孔内，被测试电子元器件的当前表面温度为+150℃，即高温状态，试验目的为测试电子元器件在－100℃环境下的性能。依次打开第一单向阀121和第二单向阀131，当系统内部气体压力值低于预期值时，打开进气管道11的一端，使外部气体沿着进气管道11进入气体处理装置17，对气体进行除水、除油、除尘和压缩处理，打开制冷装置12，第一单向阀121防止冷气介质回流，关闭制热装置13，第二单向阀131防止热气介质回流，当系统内部气体压力值达到预期值时，此时进气管道11内的气体逐渐进入制冷装置12进行制冷，制冷完毕后，气体介质的温度降低至－100℃，然后沿着进气管道11通过气体驱动装置14驱动，利用变频器141对气体介质的流速进行调整，温度传感器142及时对气体介质的当前温度传递，气体驱动装置14将制冷后的气体介质推送入测试装置15内，此时气体介质沿着冷板内部的流道流动，从冷板上部的出气口流出，对冷板上的多个电子元器件的表面进行降温，气体介质流过冷板后，气体介质的温度得到了升高，升高到了－80℃，沿着出气管道16流至进气管道11，打开制冷装置12，对气体介质进行制冷，使气体介质的温度降低至－100℃，关闭制热装置13，制冷后的气体介质推送入测试装置15内，对电子元器件再次进行制冷，制冷完毕后，气体介质沿着进气管道11进入出气管道16，完成气体介质的循环。

实施例三

如图4所示，本实用新型的测试装置15的结构为：热真空试验设备中的热沉，将被测试产品放置在热沉内，被测试产品的当前表面温度为+150℃，即高温状态，试验目的为测试产品在－100℃环境下的性能。依次打开第一单向阀121和第二单向阀131，当系统内部气体压力值低于预期值时，打开进气管道11的一端，使外部气体沿着进气管道11进入气体处理装置17，对气体进行除水、除油、除尘和压缩处理，打开制冷装置12，第一单向阀121防止气体介质回流，关闭制热装置13，第二单向阀131防止气体介质回流，当系统内部气体压力值达到预期值时，此时进气管道11内的气体逐渐进入制冷装置12进行制冷，制冷完毕后，气体介质的温度降低至－100℃，然后沿着进气管道11通过气体驱动装置14驱动，利用变频器141对气体介质的流速进行调整，温度传感器142及时对气体介质的当前温度传递，气体驱动装置14将制冷后的气体介质推送入测试装置15内，此时气体介质沿着热沉的管道或者内壁流动，从产品的周围对产品进行降温，气体介质流过热沉后，气体介质的温度得到了升高，升高到了－80℃，沿着出气管道16流至进气管道11，打开制冷装置12，对气体介质进行制冷，使气体介质的温度降低至－100℃，关闭制热装置13，制冷后的气体介质推送入测试装置15内，对产品再次进行制冷，制冷完毕后，气体介质沿着进气管道11进入出气管道16，完成气体介质的循环。

由以上实施例的分析得出以下结论，表1为本实用新型的气体介质高低温传热系统与现有技术中所采用的多个环境试验装置的性能对比：

表1

由以上数据对比可知，本实用新型与现有技术相比，突破了液体导热介质所实现的高温与低温的极限，消除了液体导热介质温度超过闪点时的安全隐患，突破了气氮调温系统高成本的限制，本实用新型的使用温度范围宽，温度变化速率稳定，均匀度好，使用时安全性好，投资成本低。

本实用新型提供的一种气体介质高低温传热系统，所述进气管道上依次连接气体处理装置、制冷装置、制热装置、气体驱动装置和测试装置，气体介质进入进气管道后先进行除水、除油、除尘和压缩处理，可以只打开制冷装置，对气体介质进行降温处理，降温后的气体介质对被测产品进行降温处理，也可以只打开制热装置，对气体介质进行升温处理，升温后的气体介质对被测产品进行升温处理，所述气体驱动装置驱动气体介质的流动，使气体介质的传输效率高，最终使被测产品接收到气体介质的冷量或者热量，达到对被测产品进行降温或者升温的目的。在进行试验时，所述的气体介质可以通入被测产品内部，例如：冷板，也可以直接吹扫被测试产品的表面，例如：安装在冷板上的电子元器件，还可以给被测试产品营造一种高温或者低温环境，例如：将被测产品安装在热沉内，从而达到了对被测产品进行升温或者降温的目的，采用上述三种不同的方式，能够对产品进行均匀的升温或者降温，测试效果好，测量准确。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。