本发明隶属于回热式低温制冷机领域，具体涉及一种适用于独立评价脉管冷指性能的装置及方法。
背景技术：
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脉管制冷机是一种新型回热式低温制冷机，与传统斯特林制冷机相比，它消除了冷端的机械运动部件，采用热端的调相机构来获得理想的相位关系，具有结构简单、振动小、可靠性高等优点。20世纪80年代以来，脉管制冷机在国内外得到了广泛的重视和研究，在航空航天、超导工业、低温电子、低温医学等方面得到了广泛应用。随着对脉管制冷机理的深入研究以及调向机构的逐步改进，脉管制冷机技术日臻成熟，尤其是80K以上温区的效率已能达到与斯特林制冷机相当的水平。
脉管制冷机由线性振荡压缩机、脉管冷指、调相机构三部分组成，脉管制冷机高效运行时需要三部分耦合匹配协同作用，当整机性能未达到设计目标时，需要甄别出压缩机、脉管冷指抑或调相机构出现了问题，这就要对脉管冷指性能进行独立评价。另外，由于脉管冷指回热器由几百甚至上千片高目数丝网层叠而成，很容易造成多台制作流程完全相同的脉管冷指流动阻力不一致，带来整体阻抗的偏差，进而影响与其他部件耦合匹配效果。目前由于回热式低温制冷机中压缩机与脉管冷指以及调相机构的强耦合特性，只能根据制冷机的整体性能进行间接的问题诊断，并未有一种有效的方法能够完全将脉管冷指从整机中分离开来进行独立评价与问题解决。
技术实现要素：
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本发明的目的是提供一种结构简单、操作便捷的独立评价脉管性能的装置及方法，解决现有回热式低温制冷机无法对脉管冷指设计性能优劣进行独立、有效的评价的问题。
本发明独立评价脉管冷指性能的装置，包括线性压缩机1、第一动态压力传感器2、待评价脉管冷指3、真空杜瓦4、制冷量测量系统5、第二压力传感器6、调相活塞7，驱动电源8，第一位移传感器9，第二位移传感器10；其中：
所述线性压缩机1出气孔截面上开密封槽，安装适配的橡胶密封圈进行密封，并且经第一动态压力传感器2通过螺纹连接；第一动态压力传感器2与待评价脉管冷指3进气口法兰连接，安装适配的金属密封环进行密封；待评价脉管冷指3出气口与第二动态压力传感器6法兰连接，安装适配的金属密封环进行密封；调相活塞7出气口截面上开密封槽，安装适配的橡胶密封圈进行密封，并且与第二动态压力传感器6通过螺纹连接；待评价脉管冷指3外围安装真空杜瓦4，保持测试时高真空度；待评价脉管冷指3冷端换热器3.3安装制冷量测量系统5的测量仪测量制冷温度与制冷量；线性压缩机1压缩活塞上安装第一位移传感器9并与驱动电源8相连接，调相活塞6上安装第二位移传感器10并与驱动电源8相连接，驱动电源8配合第一位移传感器9、第二位移传感器10可测量并控制线性压缩机1压缩活塞与调相活塞7的位移行程与相位差；第一动态压力传感器2和第二动态压力传感器6均为压电传感器类型，其与传感器三通阀座采用螺接形式连接，密封垫圈采用铍青铜材料，并在传感器上绕制生胶带进行辅助密封。
所述线性压缩机1为对置式线性压缩机，压缩活塞直径不小于25mm。最大行程不小于6mm。
所述调相活塞7为线性电机驱动的单压缩机或对置式压缩机，活塞直径10mm～20mm，活塞行程不小于5mm。
所述第一位移传感器9，第二位移传感器10为非接触式位移传感器，测量精度10微米以上。
本发明的独立评价脉管冷指性能的装置的评价方法，包括以下步骤：
1)通过驱动电源(8)调节线性压缩机(1)活塞位移X1、调相活塞(7)的活塞位移X2以及两活塞的相位差θ与理论设计值保持相同；
2)通过第一动态压力传感器2测量得线性压缩机1与待脉管冷指3之间的压力波P1；
3)根据热声学理论间接计算得到线性压缩机1输出声功Wa为：其中A为活塞截面积，f为运行频率，为压力波P1与压缩活塞位移X1的相位差；
4)通过第二动态压力传感器6测量得待评价脉管冷指3与调相活塞7之间的压力波P2，计算冷指出入口的动态压力差ΔP＝P1-P2，通过ΔP值评价批量生产时冷指填充丝网的一致性；
5)通过制冷量测量系统5测量此运行状态下冷指的制冷温度Tc与制冷量Qc；
6)最后得到待评价脉管冷指3的比卡诺效率为：其中Ta为环境温度，该效率是评价脉管冷指3性能优劣的重要评价指标。
以上所述参数全部能够通过驱动电源8调节线性压缩机1与调相活塞7的活塞位移与活塞相位差得到，因此本发明装置的等效输入声功与调相能力和待评价脉管冷指3所采用的真实压缩机与调相机构相同，因此得到的评价效率是等效的。
本发明的优点在于：对脉管冷指的输入声功要求、调相要求与工作条件进行等效模拟，使脉管冷指性能评价从整机中独立出来，更加明确了问题根源，提高脉管冷冷指设计优化效率，同时对脉管冷指进行有效的质量检测与规模化筛选，确保产品一致性。
附图说明：
图1为本发明用于独立评价脉管冷指性能的装置原理示意图；
图中：1、线性压缩机；2、第一动态压力传感器；3、待评价脉管冷指；3.1、待评价脉管冷指主热端换热器；3.2、待评价脉管冷指回热器；3.3、待评价脉管冷指冷端换热器；3.4、待评价脉管冷指脉管；3.5、待评价脉管冷指次热端换热器；4、真空杜瓦；5、制冷量测量系统；6、第二压力传感器；7、调相活塞；8、驱动电源；9、第一位移传感器；10、第二位移传感器
具体实施方式：
下面结合附图及实施例进一步描述本发明。
如图1所示，本发明独立评价脉管冷指性能的装置，包括线性压缩机1、第一动态压力传感器2、待评价脉管冷指3、真空杜瓦4、制冷量测量系统5、第二压力传感器6、调相活塞7，驱动电源8，第一位移传感器9，第二位移传感器10。
采用活塞直径为26mm的线性压缩机1出气孔截面上开密封槽，安装适配的橡胶密封圈进行密封，并且经第一动态压力传感器2通过螺纹连接；第一动态压力传感器2与待评价脉管冷指3进气口法兰连接，安装适配的金属密封环进行密封；待评价脉管冷指3出气口与第二动态压力传感器6法兰连接，安装适配的金属密封环进行密封；调相活塞7直径为18mm的对置活塞，出气口截面上开密封槽，安装适配的橡胶密封圈进行密封，并且与第二动态压力传感器6通过螺纹连接；待评价脉管冷指3外围安装真空杜瓦4，保持测试时真空度10-4Pa以上；待评价脉管冷指3冷端换热器3.3安装制冷量测量系统5的测量仪测量制冷温度与制冷量；线性压缩机1压缩活塞上安装第一位移传感器9，调相活塞6上安装第二位移传感器10并与驱动电源8相连接，驱动电源8配合第一位移传感器9、第二位移传感器10可测量并控制线性压缩机1压缩活塞与调相活塞7的位移行程与相位差；第一动态压力传感器9和第二动态压力传感器10均为压电传感器类型，其与传感器三通阀座采用螺接形式连接，密封垫圈采用铍青铜材料，并在传感器上绕制生胶带进行辅助密封。
实际应用时，第一动态压力传感器2和第二动态压力传感器6均为压电传感器类型，其型号为Kistler 5015A1000；第一位移传感器9和第二位移传感器10为LVDT位移传感器。
该发明装置的评价方法按以下步骤进行：
1)通过驱动电源(8)调节线性压缩机(1)活塞位移X1、调相活塞(7)的活塞位移X2以及两活塞的相位差θ与理论设计值保持相同；
2)通过第一动态压力传感器2测量得线性压缩机1与待脉管冷指3之间的压力波P1；
3)根据热声学理论间接计算得到线性压缩机1输出声功Wa为：其中A为活塞截面积，f为运行频率，为压力波P1与压缩活塞位移X1的相位差；
4)通过第二动态压力传感器6测量得待评价脉管冷指3与调相活塞7之间的压力波P2，计算冷指出入口的动态压力差ΔP＝P1-P2，通过ΔP值评价批量生产时冷指填充丝网的一致性；
5)通过制冷量测量系统5测量此运行状态下冷指的制冷温度Tc与制冷量Qc；
6)最后得到待评价脉管冷指3的比卡诺效率为：其中Ta为环境温度，该效率是评价脉管冷指3性能优劣的重要评价指标。
最后应说明的是：本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。