一种干体温度校验仪的制作方法

1.本发明属于温度仪器仪表校准技术领域，特别是涉及一种干体温度校验仪，具体涉及一种采用蒸汽压缩式制冷实现低温温度校准的干体温度校验仪。


背景技术：

2.传统的温度检定系统往往体积和重量大，不适用于搬运携带，因此应用场景受限。为了解决这个问题，干体温度校验仪应运而生。干体温度校验仪炉芯采用均热块进行加热或制冷,升降温速度快,同时设备体积小,可方便携带至作业现场，目前已广泛应用于现场或实验室温度类仪表的校准。
3.干体温度校验仪用于环境温度以下的计量校准时，需配备制冷系统对炉芯进行降温以获取低温条件。目前干体温度校验仪最常用的制冷方式为半导体制冷，半导体制冷器(thermoelectric cooler)利用半导体的热-电效应制取冷量(又称热电制冷器，用导体连接两块不同的金属,接通直流电,则一个接点处温度降低，另一个接点处温度升高)，该方式的制冷系统体积小巧，制冷响应迅速，但制冷效率低、电能消耗大、散热量大，且最低温度仅能达到约-40℃，极大地限制了其应用场景。另一种干体温度校验仪采用斯特林制冷方式，最低使用温度可达-100℃，其制冷系统硬件集成度和一体化程度高，制冷温度调节灵活，但是其重量大、成本高昂，且在炉芯处于高温状态(高于50℃)时为保护仪器不能开机，也极大地限制了其应用场景。


技术实现要素：

4.本发明的目的，在于提供一种制冷系统能高温启动、可快速降温的干体温度校验仪。
5.本发明提供的干体温度校验仪，包括装设在框架壳体内的炉芯和制冷模块，所述制冷模块至少包括依次连接且管路连通的微小型压缩机(4)、微小型冷凝散热器(6)、节流元件(7)和缠绕细管，管路中装有的介质，介质在管路中能循环流动形成闭合的循环；所述微小型压缩机(4)、微小型冷凝散热器(6)、节流元件(7)均装设于框架壳体上，微小型冷凝散热器(6)安装在能与框架壳体外的空气有热交换的位置，所述缠绕细管缠绕在炉芯外壁。具体的，
6.第一实施方式的干体温度校验仪中，所述缠绕细管为蒸发细管(16)，管路中的介质为制冷剂，蒸发细管(16)出口、微小型压缩机(4)、微小型冷凝散热器(6)、节流元件(7)和蒸发细管(16)进口依次管路连通形成闭合的蒸汽压缩式制冷循环。可选的，微小型压缩机(4)为微型转子压缩机、微型线性无油压缩机或微型活塞压缩机，微小型冷凝散热器(6)为微通道散热器、微通道翅片管散热器或微型管翅换热器，节流元件(7)为自节流阀或节流毛细管；蒸发细管(16)为金属光管或内螺纹管。
7.第二实施方式的干体温度校验仪中，所述缠绕细管为蒸发细管(16)，管路中的介质为制冷剂，在第一实施方式的制冷模块中增设一回热换热器(8)，微小型压缩机(4)的出
口与微小型冷凝散热器(6)的入口连接，微小型冷凝散热器(6)的出口与回热换热器(8)的热介质入口(81)连接，回热换热器(8)的热介质出口(82)与节流元件(7)的入口连接，节流元件(7)的出口连接蒸发细管(16)的入口端，蒸发细管(16)的出口端连接至回热换热器(8)的冷介质入口(83)，回热换热器(8)的冷介质出口(84)与微小型压缩机(4)的入口连接，形成一个闭合的蒸汽压缩式制冷循环。可选的，回热换热器(8)为套管式换热器、铝制板翅式换热器、微通道换热器、或多台小型换热器通过串并联组成的换热器组。
8.第三实施方式的干体温度校验仪中，在第二实施方式的制冷模块中增设一气液分离器(9)，微小型冷凝散热器(6)的出口与气液分离器(9)的入口连接，气液分离器(9)的气相出口接入连通蒸发细管(16)进口的管路，气液分离器(9)的液相出口接入连通蒸发细管(16)出口的管路。可选的，气液分离器(9)为立式重力气液分离器或旋涡气液分离器；优选的，气液分离器(9)内设置丝网除沫器用以捕获沫状液体。优选的，在第二实施方式的制冷模块中增设一气液分离器(9)，微小型冷凝散热器(6)的出口与气液分离器(9)的入口连接，气液分离器(9)的气相出口与回热换热器(8)的热介质入口(81)连接，气液分离器(9)的液相出口通过一次级节流元件(18)连接至回热换热器(8)的冷介质回路中。
9.第四实施方式的干体温度校验仪中，在第二实施方式的制冷模块中增设一管壳式气液分离器(9’)，管壳式气液分离器包括有壳体和置于壳体内的传热管束，其中，传热管束上端的管程入口(91)与回热换热器(8)的冷介质出口(84)连接，传热管束下端的管程出口(92)与所述微小型压缩机(4)入口连接，壳体的壳程入口(93)与微小型冷凝散热器(6)出口连接，壳体上部的气相出口(94)与回热换热器(8)的热介质入口(81)连接，壳体下部的液相出口(95)通过一次级节流元件(18)连接至回热换热器(8)的冷介质回路中。可选的，在管壳式气液分离器(9’)的壳体内安装若干折返挡板。
10.第五实施方式的干体温度校验仪中，在第一实施方式或第二实施方式的制冷模块中增设一前级换热器(10)，微小型冷凝散热器(6)的出口与前级换热器(10)的热介质入口连接，前级换热器(10)的热介质出口接入连通蒸发细管(16)进口的管路，前级换热器(10)的冷介质入口接入连通蒸发细管(16)出口的管路。可选的，前级换热器(10)为套管式换热器、铝制板翅式换热器或微通道换热器。优选的，在第三实施方式的制冷模块中增设一前级换热器(10)，微小型冷凝散热器(6)的出口与前级换热器(10)的热介质入口连接，前级换热器(10)的热介质出口与气液分离器(9)的入口连接，回热换热器(8)的冷介质出口(84)与前级换热器(10)的冷介质入口连接，前级换热器(10)的冷介质出口与微小型压缩机(4)的入口连接。
11.第六实施方式的干体温度校验仪中，所述缠绕细管为载冷细管(17)，制冷模块由微小型压缩机(4)、微小型冷凝散热器(6)、节流元件(7)、载冷泵(14)、载冷换热器(15)和载冷细管(17)组成制冷循环单元和载冷循环单元；其中：制冷循环单元中，微小型压缩机(4)、微小型冷凝散热器(6)的入口、节流元件(7)、载冷换热器(15)的冷介质入口(151)、载冷换热器(15)的冷介质出口(152)和微小型压缩机(4)依序管道连接，制冷循环单元管路中的介质为制冷剂，制冷剂在制冷循环单元中形成一个闭合的蒸汽压缩式制冷循环；载冷循环单元中，载冷换热器(15)的热介质出口(154)、载冷泵(14)、载冷细管(17)和载冷换热器(15)的热介质入口(153)依序管道连接，载冷循环单元管路中的介质为载冷剂，载冷剂在载冷循环单元中形成一个闭合的泵驱式载冷循环。可选的，载冷泵为耐低温的液体齿轮泵、活塞泵
或者其它类型的液体泵，载冷换热器为耐低温的板式换热器、板翅换热器、套管换热器、管壳式换热器或者其它类型耐低温换热器，载冷细管为紫铜管、不锈钢管、铝合金管等金属管件。
12.第七实施方式的干体温度校验仪中，在前述第一至第六任一实施方式的制冷模块或制冷循环单元中增加一油分离器(5)，微小型压缩机(4)的出口与油分离器(5)的入口连接，油分离器(5)的工质出口(51)与微小型冷凝散热器(6)的入口连接，油分离器5的排油口(52)与微小型压缩机(4)的入口连接。
13.第八实施方式的干体温度校验仪中，在前述第一至第七任一实施方式的制冷模块或制冷循环单元中增加一制冷剂循环罐(19)，其设置在微小型压缩机(4)入口前管路上，制冷剂循环罐(19)的出口与微小型压缩机(4)的入口连接。
14.第九实施方式的干体温度校验仪中，在前述第一至第六和第八任一实施方式中增加一制冷剂储罐(11)，制冷剂储罐(11)设置两个进出口，一个进出口通过制冷剂进罐阀门(12)连接至微小型压缩机(4)的出口，另一个进出口通过制冷剂出罐阀门(13)连接至微小型压缩机(4)入口。或者，在第七实施方式中增加一台制冷剂储罐(11)，制冷剂储罐(11)设置两个进出口，一个进出口通过制冷剂进罐阀门(12)连接至油分离器(5)的工质出口(51)，另一个进出口通过制冷剂出罐阀门(13)连接至微小型压缩机(4)入口。
15.另一实施方式的干体温度校验仪中，在前述全部实施方式的炉芯(3)内设置加热元器件。加热元器件为电加热棒，插入在炉芯设置的孔内；或加热元器件为电加热丝，错开所述缠绕细管位置设在炉芯(3)的外表面；或加热元器件为电加热片，错开缠绕细管位置贴合在炉芯(3)的外表面。
16.另一实施方式的干体温度校验仪中，在前述全部实施方式的炉芯(3)内设置一个液体盛装空间，液体盛装空间内充注液体。可选的，液体为水、防冻液、硅油、或酒精；可选的，炉芯内的液体盛装空间为圆柱形或方柱形。
17.采取以上技术方案，本发明提供的干体温度校验仪内置有蒸汽压缩式制冷模块，具有较小的体积和重量，满足干体温度校验仪的便携性要求；且具有明显优于其他制冷方式(如半导体制冷方式、斯特林制冷方式等)的制冷效率，节约能源，降温速度快，成本低廉，可以大规模生产应用。本发明干体温度校验仪从150℃降温至-100℃仅用时100分钟，而采用斯特林制冷方式的干体温度校验仪从150℃降温至-90℃需用时180分钟。
18.本发明干体温度校验仪中的制冷模块采用蒸汽压缩式制冷，工作时吸收炉芯的热量，使炉芯降温，为炉芯提供计量检测的低温环境，在保持体积紧凑和重量轻的前提下，还具有优异的快速降温性能，可以实现低于-40℃，最低至-196℃的超低温温度校验；当干体温度校验仪中炉体处于高温(高至150℃)状态制冷系统仍可随时启动，制冷模块可以对炉体快速降温，炉体高温不影响制冷系统的开机，而采用斯特林制冷方式的干体温度校验仪，要等炉芯自然冷却至50℃以下(该过程一般要等待几十分钟)，制冷系统才能开机。
附图说明
19.图1所示为本发明干体温度校验仪实施例1的结构示意图；
20.图2为实施例2干体温度校验仪的内部结构示意图；
21.图3为实施例3干体温度校验仪的内部结构示意图；
22.图4为实施例4干体温度校验仪的内部结构示意图；
23.图5为实施例5干体温度校验仪的内部结构示意图；
24.图6为实施例6干体温度校验仪的内部结构示意图；
25.图7为实施例7干体温度校验仪的内部结构示意图；
26.图8为实施例8干体温度校验仪的内部结构示意图；
27.图9为实施例9干体温度校验仪的内部结构示意图；
28.图10为实施例10干体温度校验仪的内部结构示意图；
29.图11为实施例11干体温度校验仪的内部结构示意图；
30.图12为本发明制冷方式与斯特林制冷方式对炉芯的降温速度曲线图；
31.图13为实施例1干体温度校验仪制冷方式对炉芯的降温曲线。
32.图中：1-框架壳体；2-制冷模块；3-炉芯；4-微小型压缩机；5-油分离器；6-微小型冷凝散热器；7-节流元件；8-回热换热器；9-气液分离器；9
’-
管壳式气液分离器；10-前级换热器；11-制冷剂储罐；12-制冷剂进罐阀门；13-制冷剂出罐阀门；14-载冷泵；15-载冷换热器；16-蒸发细管；17-载冷细管；18-次级节流元件；19-制冷剂循环罐。
具体实施方式
33.蒸汽压缩式制冷方式可利用制冷工质相变产生的潜热，通过压缩、冷凝、节流、蒸发四个过程的封闭循环实现制冷，其具有较高的制冷效率，且成本低廉，是现在应用最广泛的一种循环的制冷方式。
34.然而，常规的蒸汽压缩式制冷方式无法用于干体温度校验仪，原因在于：干体温度校验仪为适应轻便灵活，对体积和重量的要求高，而常规蒸汽压缩式制冷循环内的压缩机、冷凝器、换热器，对于干体温度校验仪来说体积重量太大，限制了这种制冷方式在干体温度校验仪中的应用。
35.本发明将由主要由微小型压缩机、微小型冷凝散热器、小型换热器构建成的微小型蒸汽压缩式制冷系统用于干体温度校验仪中，可实现最低制冷温度-196℃的超低温温度校验，且由于回热换热器的设置，可在很宽温区内(从最低温至150℃)随时直接开机进行快速制冷。
36.本发明提供的干体温度校验仪，可参见图1所示，其至少包括装设在框架壳体1内的炉芯3和制冷模块2，炉芯用于放置待校准的温度类仪表，制冷模块2用于对炉芯降温。其中，
37.制冷模块2至少包括依次连接且管路连通的微小型压缩机4、微小型冷凝散热器6、节流元件7和缠绕在炉芯3外壁面的缠绕细管，管路中装有的介质，介质在管路中能循环流动形成闭合的循环。这里，微小型压缩机4、微小型冷凝散热器6、节流元件7均装设于框架壳体上，且将其中微小型冷凝散热器6安装在能与框架壳体外的空气有热交换的位置(包括将框架壳体外的空气抽吸到框架壳体内，换热升温后的空气再排出框架壳体的情形)。微小型压缩机4用于驱动充注于制冷模块管路内的制冷剂，使制冷剂在制冷模块管路内进行循环流动。炉芯3为深槽式结构，由可传热材料制成，槽体置于框架壳体1内部；微小型冷凝散热器6用于向周围环境空气散热；节流元件7是蒸汽压缩式制冷的标准组件，用于制冷系统节流降温，经节流后的制冷剂可以蒸发吸收热量，实现制冷效果。
38.在一种实施方式中(结合实施例1-实施例10)，制冷模块2采用蒸汽压缩式制冷循环制冷方式，炉芯3外壁面的缠绕细管为蒸发细管16，管路中装有的介质为制冷剂。参见图1所示，制冷模块2至少包括微小型压缩机4、微小型冷凝散热器6、节流元件7和蒸发细管16；蒸发细管16出口、微小型压缩机4、微小型冷凝散热器6、节流元件7和蒸发细管16进口依次连接且管路连通，形成闭合的蒸汽压缩式制冷循环。蒸发细管16内部盛装有制冷剂，缠绕在炉芯3的外表面上，蒸发细管16的外表面与炉芯3槽体外表面紧密接触。详细说明参见实施例1-实施例10。
39.在另一种实施方式中(结合实施例11)，制冷模块采用蒸汽压缩式制冷循环和泵驱式载冷循环构建而成，包括制冷循环单元和载冷循环单元，炉芯3外壁面的缠绕细管为载冷细管17，制冷循环单元管路中装有的介质为制冷剂，而载冷循环单元管路中装有的介质为载冷剂。参见图11所示，制冷模块包括微小型压缩机4、微小型冷凝散热器6、节流元件7、载冷泵14、载冷换热器15和载冷细管17，其中：制冷循环单元中，微小型压缩机4、微小型冷凝散热器6的入口、节流元件7、载冷换热器15的冷介质入口151、载冷换热器15的冷介质出口152和微小型压缩机4依序管道连接，制冷剂在制冷循环单元中形成一个闭合的蒸汽压缩式制冷循环；载冷循环单元中，载冷换热器15的热介质出口154、载冷泵14、载冷细管17和载冷换热器15的热介质入口153依序管道连接，载冷剂在载冷循环单元中形成一个闭合的泵驱式载冷循环，载冷细管17内部盛装有载冷剂，缠绕在炉芯3的外表面上，载冷细管17的外表面与炉芯3槽体外表面紧密接触。详细说明参见实施例11。
40.使用本发明的干体温度校验仪对被校验温度仪表进行温度校验，可包括以下操作：
41.1、将被校验温度仪表放入炉芯内，接通干体温度校验仪电源，打开开关，校验仪开始运行。
42.2、设定目标温度点,当设置的目标温度低于当前温度，校验仪的制冷功能开启，制冷系统开始工作，对炉芯开始降温。
43.3、当显示的实际炉芯温度达到设定的目标温度，仪器提示温度稳定后，即可对炉芯内的被校温度仪表(如温度计)的温度进行检测。
44.4、若要进行其它温度点的检测，可重复2、3步。
45.5、检测完毕后，关闭温控仪开关。
46.以下结合具体实施例，更具体地说明本发明的内容，并对本发明作进一步阐述，但这些实施例绝非对本发明进行限制。
47.实施例1
48.本实施例提供的干体温度校验仪，设有框架壳体1，框架壳体1内部设有炉芯3和制冷模块2，如图1所示并结合以上对图1的描述。其中，制冷模块2采用蒸汽压缩式制冷循环构建而成，包括微小型压缩机4、微小型冷凝散热器6、节流元件7和蒸发细管16。微小型压缩机4的出口与微小型冷凝散热器6的入口通过管路连接，微小型冷凝散热器6的出口与节流元件7的入口通过管路连接，节流元件7的出口通过管路连接蒸发细管16的入口端，蒸发细管16的出口端通过管路连接至微小型压缩机4的入口，形成一个闭合的蒸汽压缩式制冷循环。微小型压缩机4驱动充注于制冷模块2管路中用于循环的制冷剂，使制冷剂在制冷模块2内循环流动。微小型冷凝散热器6安装在框架壳体1上与外界空气接触，其自带风扇能将热量
带到校验仪外部。
49.本实施例中，微小型压缩机4可选自微型转子压缩机、微型线性无油压缩机或微型活塞压缩机。微小型冷凝散热器6可选自微通道散热器、微通道翅片管散热器或微型管翅换热器。节流元件7可选自节流阀或节流毛细管。蒸发细管16可选自金属光管或内螺纹管。制冷模块2中的部件均可商购获得。
50.本实施例干体温度校验仪的工作原理为：制冷模块2的制冷循环管路内充注制冷剂，制冷剂经微小型压缩机4压缩为高压气体后，从出口排至微小型冷凝散热器6；制冷剂在微小型冷凝散热器6内释放热量，热量被排放到干体温度校验仪周边的空气中(风扇吹出的风，把热量带到校验仪外部)，制冷剂经微小型冷凝散热器6后由高压气态转化为高压液态进入节流元件7，经节流后成为低压低温的气-液两相流，再从节流元件7出口经蒸发细管16的入口端进入蒸发细管16，低压低温的制冷剂在蒸发细管16内持续吸收来自炉芯的热量同时蒸发和气化，最后成为低压制冷剂气体从蒸发细管16的出口端流出，返回到微小型压缩机4入口处，完成一个制冷循环。制冷剂在蒸发细管16内蒸发和气化时吸收炉芯3的热量，从而能降低炉芯3的温度，为温度的计量校准提供降温或低温环境。
51.经测试，使用常规制冷剂(如r404a)实施例1的制冷模块可在30分钟内使炉芯从环境温度(室温，如20℃)降温至-40℃，降温曲线参见图13。其它实施例的降温曲线与此类似，不再一一提供。
52.实施例2
53.本实施例提供的干体温度校验仪是基于实施例1的改进，如图2所示，内部设有炉芯3和制冷模块。其中，制冷模块采用蒸汽压缩式制冷循环构建而成，与实施例1不同之处，在制冷模块中增设了一回热换热器8，即制冷模块包括微小型压缩机4、微小型冷凝散热器6、节流元件7、回热换热器8和蒸发细管16。微小型压缩机4的出口与微小型冷凝散热器6的入口连接，微小型冷凝散热器6的出口与回热换热器8的热介质入口81连接，回热换热器8的热介质出口82与节流元件7的入口连接，节流元件7的出口连接蒸发细管16的入口端，蒸发细管16的出口端连接至回热换热器8的冷介质入口83，回热换热器8的冷介质出口84与微小型压缩机4的入口连接，形成一个闭合的蒸汽压缩式制冷循环。
54.回热换热器8为套管式换热器、铝制板翅式换热器、微通道换热器、或多台小型换热器通过串并联组成的换热器组。
55.与实施例1相比，本实施例增设一个回热换热器8，从微小型冷凝散热器6出口流出的制冷剂，和从蒸发细管16流出的制冷剂，在循环中分别作为热流体和冷流体在回热换热器8内进行换热。
56.本实施例以向制冷模块2中充注多组分混合制冷剂(举例：甲烷15％，乙烷30％，丙烷35％，异丁烷20％)为例，实施例2的制冷模块可在60分钟内使炉芯从环境温度(20℃)降温至-80℃。
57.本实施例干体温度校验仪的工作原理为：制冷循环内充注的是多组分混合制冷剂，经所述微小型冷凝散热器6冷却后，仅部分冷却为液体，在进入节流元件7之前，在回热换热器8内通过冷、热液流的换热进一步获得冷却，混合制冷剂更多的组分和更多的气相制冷剂逐步冷却为液体；从所述蒸发细管16流出的制冷剂是未完全蒸发的气-液两相流，在回流到微小型压缩机4吸气口之前，在回热换热器8内进一步通过换热被加热，混合制冷剂更
多的组分和更多的液相制冷剂逐步蒸发为气体，并升温至到更高温度。通过回热换热器8内的回热换热过程后，高压制冷剂在进入节流元件7前有更低的温度，在节流元件7节流后可以获得更低的制冷蒸发温度，而压缩机的回气端低压制冷剂，在进入微小型压缩机4吸气口之前，被加热到常温，避免压缩机的进液损伤和低温损伤。
58.受限于常规制冷剂的物性特点，常规不带回热换热的蒸汽压缩式制冷(如实施例1)，在环境温度20℃以上时，一般可实现的制冷温度不能低于-40℃；而通过上述的流程结构设置，本实施例2的制冷模块，对炉芯可实现最低至-196℃的低温制冷。
59.实施例3
60.本实施例提供的干体温度校验仪是基于实施例2的改进，如图3所示，内部设有炉芯3和制冷模块。其中，制冷模块2采用蒸汽压缩式制冷循环构建而成，与实施例2不同之处，在制冷模块中增设了一气液分离器9，即制冷模块包括微小型压缩机4、微小型冷凝散热器6、节流元件7、回热换热器8、气液分离器9和蒸发细管16。微小型压缩机4的出口与微小型冷凝散热器6的入口连接，微小型冷凝散热器6的出口与气液分离器9的入口连接，气液分离器9的气相出口(图3显示位于上方)与回热换热器8的热介质入口连接，回热换热器8的热介质出口与节流元件7的入口连接，节流元件7的出口连接蒸发细管16的入口端，蒸发细管16的出口端连接至回热换热器8的冷介质入口，回热换热器8的冷介质出口与微小型压缩机4的入口连接，形成一个闭合的蒸汽压缩式制冷循环。此外，气液分离器9的液相出口(图3显示位于下方)通过次级节流元件18连接至回热换热器8的冷介质回路中，如连接至回热换热器8的冷介质入口、冷介质出口、或回热换热器8冷介质回路的中间位置。
61.气液分离器9选自立式重力气液分离器或旋涡气液分离器。气液分离器9内可以设置丝网除沫器用于增加制冷剂气液分离的效果(由于沫状液体重量小，易夹杂在气体中流动而影响气液分离效果)，丝网除沫器能很好的捕获沫状液体，实现更好的分离效果。
62.本实施例以向制冷模块中充注多组分混合制冷剂(举例：乙烯20％，乙烷25％，丙烷40％，异丁烷15％)为例，实施例3的制冷模块可在55分钟内使炉芯从环境温度(20℃)降温至-80℃。
63.本实施例在实施例2干体温度校验仪的工作原理基础上增加了制冷剂在气液分离器中的变化：气液分离器9入口的制冷剂气液两相流在气液分离器9内分离成以高沸点(分子量较大，可实现较高温区制冷)组分为主的液体，和以低沸点(分子量较小，可实现较低温区制冷)组分为主的气体，液体从气液分离器9液相出口流出至次级节流元件18后，在较高温度段提供冷量(较高温区制冷)后回压缩机吸气口；气体从气液分离器9气相出口流出，在回热换热器8内通过换热进一步冷却后在较低温度段提供冷量(较低温区制冷)。气液分离器9的设置可以减少高沸点组分的不必要流动，降低流动阻力，显著的提升系统效率，在提升制冷效率时将增大制冷量，进而使降温更快。此外该设置还有利于压缩机润滑油(压缩机润滑油随制冷剂参加循环)在气液分离器9内提前分离随液体回到压缩机入口端，减少低温段内的润滑油堵塞故障。
64.实施例4
65.本实施例提供的干体温度校验仪与实施例3描述的基本相同，如图4所示，内部设有炉芯3和制冷模块。其中，制冷模块采用蒸汽压缩式制冷循环构建而成，包括微小型压缩机4、微小型冷凝散热器6、节流元件7、回热换热器8、管壳式气液分离器9’和蒸发细管16。与
实施例3不同之处是采用管壳式气液分离器9’代替实施例3的气液分离器9。本实施例中，管壳式气液分离器9’是一台集成换热功能的多功能气液分离器，其结构基于立式放置的管壳式换热器，包括有壳体、传热管束、管板、折流板(挡板)和管箱等部件。壳体为圆筒形，内部装有传热管束，传热管束两端固定在管板上。进行换热的冷、热流体(制冷剂)，其一在管内流动，称为管程流体(本例为低温流体)；另一在管外流动，称为壳程流体(本例为高温流体)。管壳式换热器传热管束上端的管程入口91与回热换热器8的冷介质出口84(结合图2)通过管件连接，传热管束下端的管程出口92与所述微小型压缩机4入口通过管件连接，壳体的壳程入口93与微小型冷凝散热器6出口通过管件连接，壳体上部的气相出口94与回热换热器8的热介质入口81通过管件连接，壳体下部的液相出口95连至次级节流元件18后通过管件连接至回热换热器8的冷介质回路中。
66.为提高管外流体的传热分系数，在管壳式换热器的壳体内安装若干挡板。挡板可提高壳程流体速度，迫使流体按规定路程多次横向通过管束，增强流体湍流程度。管壳式气液分离器9’的壳体内在壳程流体流动区域设置折返挡板，能使壳程内的气液两相流在壳程内折返流动，提高了壳程流体的流动速度，壳程流体按设计的路程多次横向冲刷管束，能进一步加强换热，提升气液分离效率。
67.本实施例以向制冷模块中充注多组分混合制冷剂，例如：甲烷(15％)、乙烷(35％)、丙烷(35％)、异丁烷(15％)，实施例4的制冷模块可在65分钟内使炉芯从环境温度(20℃)降温至-100℃。
68.本实施例中，管壳式气液分离器9’在有限的空间占用下，兼具良好的换热功能，更理想的气液分离效率，更理想的润滑油分离效率，其原理在于，气液分离器9壳程入口的气液两相流，其在壳程内流动的空间中，具有广泛存在的冷管壁面(管程的管内有低温的制冷剂流动)，冷壁面的“冷捕集效应”将会提升气液分离效率，带来三个益处：其一，冷热介质很好的换热，降低回热换热器的热负荷，提升系统效率；其二，更理想的气液分离效果，更好的制冷循环稳定性；其三，进一步促使压缩机润滑油沉降至液体内回流至压缩机入口，减少低温区的油堵风险，例如，在使用相同的制冷剂条件下，使用实施例3的气液分离器9在降温至-100℃时管路会发生油堵，而使用本实施例的管壳式气液分离器9’在降温至-100℃时管路内介质流动正常，没有油堵现象发生。
69.实施例5
70.本实施例提供的干体温度校验仪是基于实施例3的改进，如图5所示，内部设有炉芯3和制冷模块。其中，制冷模块采用蒸汽压缩式制冷循环构建而成，包括微小型压缩机4、微小型冷凝散热器6、节流元件7、回热换热器8、气液分离器9、前级换热器10和蒸发细管16。与实施例3不同之处，增加了前级换热器10，微小型压缩机4的出口与微小型冷凝散热器6的入口连接，微小型冷凝散热器6的出口与前级换热器10的热介质入口连接，前级换热器10的热介质出口与气液分离器9的入口连接，气液分离器9的气相出口(图5显示位于上方)与回热换热器8的热介质入口连接，回热换热器8的热介质出口与节流元件7的入口连接，节流元件7的出口连接蒸发细管16的入口端，蒸发细管16的出口端连接至回热换热器8的冷介质入口，回热换热器8的冷介质出口与前级换热器10的冷介质入口连接，前级换热器10的冷介质出口与微小型压缩机4的入口连接，由此形成一个闭合的蒸汽压缩式制冷循环。与实施例3相同，气液分离器9的液相出口(图5显示位于下方)通过次级节流元件18连接至回热换热器
8的冷介质回路中。
71.前级换热器10为套管式换热器、铝制板翅式换热器或微通道换热器。
72.本实施例在制冷模块2的循环流程内增设一个前级换热器10，微小型冷凝散热器6出口的制冷剂和从回热换热器8低温流体出口的制冷剂，分别作为热流体和冷流体在前级换热器10内进行换热。
73.本实施例以向制冷模块中充注多组分混合制冷剂(举例：甲烷10％，乙烷30％，丙烷30％，异丁烷20％，异戊烷10％)为例，实施例5的制冷模块可在60分钟内使炉芯从环境温度(20℃)降温至-105℃。
74.本实施例中，经过前级换热器10再进入气液分离器9中的气液两相制冷剂具有更低的温度，通过调节前级换热器10的换热面积和多组分混合制冷剂的组分比例，可以调节两相流的分离点和分离组分，进一步实现制冷温度的调节。另外通过该设置，所述微小型压缩机4入口的制冷剂温度更高，可以避免回气管结霜凝露。
75.作为增加前级换热器10的补充例，可以在实施例1和实施例2的基础上增加前级换热器10，此情形，微小型冷凝散热器6的出口与前级换热器10的热介质入口连接，前级换热器10的热介质出口接入连通蒸发细管16进口的管路，例如与节流元件7连接，而前级换热器(10)的冷介质入口接入连通蒸发细管16出口的管路，例如与微小型压缩机4的入口连接。前级换热器10在该补充例中的作用与前述相同，不再赘述。
76.实施例6
77.本实施例提供的干体温度校验仪是基于实施例1的改进，如图6所示，内部设有炉芯3和制冷模块。其中，制冷模块2采用蒸汽压缩式制冷循环构建而成，包括微小型压缩机4、微小型冷凝散热器6、节流元件7、油分离器5、和蒸发细管16。与实施例1不同之处是增加了油分离器5，微小型压缩机4的出口与油分离器5的入口连接，油分离器5的工质出口51(图6显示位于上方)与微小型冷凝散热器6的入口连接，油分离器5的排油口52(图6显示位于下方)与微小型压缩机4的入口连接，微小型冷凝散热器6的出口与节流元件7的入口连接，节流元件7的出口连接蒸发细管16的入口端，蒸发细管16的出口端连接至微小型压缩机4的入口，由此形成一个闭合的蒸汽压缩式制冷循环。
78.本实施例以向制冷模块中充注多组分混合制冷剂(例如：甲烷5％、乙烯20％、乙烷30％、丙烷30％、异丁烷5％、异戊烷10％)为例，实施例6的制冷模块可在55分钟内使炉芯从环境温度降温至-105℃。
79.本实施例以向制冷模块中充注常规制冷剂r404a为例，实施例6的制冷模块可在30分钟内使炉芯从环境温度(20℃)降温至-45℃，较实施例1降温效果更优。
80.本实施例在制冷模块的循环流程内增加一个油分离器5用于预先分离压缩机润滑油，设置在微小型压缩机4出口至微小型冷凝散热器6入口管路上，油分离器5的排油出口连接至微小型压缩机4入口。压缩机的润滑油可以更好的通过油分离器5的排油出口及时回到压缩机，利于压缩机的润滑，并且减少制冷循环回路油堵的风险。
81.在实施例2、实施例3、实施例4和实施例5的基础上可以同样增加油分离器5，连接方式和作用与前述相同，不再逐一赘述。
82.实施例7
83.本实施例提供的干体温度校验仪是基于实施例1的改进，如图7所示，内部设有炉
芯3和制冷模块。其中，制冷模块2采用蒸汽压缩式制冷循环构建而成，包括微小型压缩机4、微小型冷凝散热器6、节流元件7、制冷剂储罐11、制冷剂进罐阀门12、制冷剂出罐阀门13和蒸发细管16。
84.本实施例与实施例1不同之处是在制冷模块的循环流程内增加一台制冷剂储罐11和控制阀，制冷剂储罐11设置两个进出口，一个进出口通过制冷剂进罐阀门12连接至微小型压缩机4的出口，另一个进出口通过制冷剂出罐阀门13连接至微小型压缩机4入口。制冷剂储罐11可以为制冷系统提供更加理想的制冷剂循环压力和制冷剂循环量。当制冷系统压力高于预期值时，可以打开微小型压缩机4出口至制冷剂储罐11的制冷剂进罐阀门12使制冷剂进入储罐11，从而使制冷循环系统的压力降低；当制冷系统压力低于预期值时，可以打开微小型压缩机4入口与制冷剂储罐11之间的制冷剂出罐阀门13，制冷剂离开储罐11进入制冷循环，制冷循环系统的压力升高。此外，在系统停机的时候，为避免液相蒸发导致制冷循环系统内部压力太高，可以将制冷剂通过制冷剂进罐阀门12排入制冷剂储罐11，降低压力以保护系统，待下次开机运行时视需求再通过制冷剂出罐阀门13将制冷剂补回制冷循环系统。
85.本实施例以向制冷模块中充注常规制冷剂r404a为例，实施例7的制冷模块可在25分钟内使炉芯从环境温度(20℃)降温至-45℃，由于能精准控制制冷系统压力，较实施例1降温效率更高，降温效果更优。
86.在实施例2、实施例3和实施例4的基础上可以同样增加该制冷剂储罐11和制冷剂进罐阀门12、制冷剂出罐阀门13，连接方式和作用与前述相同，不再逐一赘述。
87.实施例8
88.本实施例提供的干体温度校验仪是基于实施例1的改进，如图8所示，内部设有炉芯3和制冷模块。其中，制冷模块采用蒸汽压缩式制冷循环构建而成，包括微小型压缩机4、微小型冷凝散热器6、节流元件7、蒸发细管16和制冷剂循环罐19。微小型压缩机4的出口与微小型冷凝散热器6的入口连接，微小型冷凝散热器6的出口与节流元件7的入口连接，节流元件7的出口连接蒸发细管16的入口端，蒸发细管16的出口端连接至制冷剂循环罐19的入口制冷剂循环罐19的出口与微小型压缩机4的入口连接，由此形成一个闭合的蒸汽压缩式制冷循环。
89.本实施例与实施例1不同之处是在制冷模块的循环流程内增加一台制冷剂循环罐19，设置在微小型压缩机4入口前管路上，循环系统中的制冷剂来流从制冷剂循环罐19入口流入罐体，再从制冷剂循环罐19出口流出通往微小型压缩机4入口。该制冷剂循环罐19除了具备储存制冷剂的功能以外，还可以避免储存工质的组分变化带来的循环制冷剂组成组分的变化。在本实施例中，制冷剂循环罐19内的制冷剂始终参与循环流动，因此可以保证系统内循环流动制冷剂的各组分浓度维持稳定。其余与实施例1相同内容不再赘述。
90.本实施例以向制冷模块中充注常规制冷剂r404a为例，实施例8的制冷模块可在27分钟内使炉芯从环境温度(20℃)降温至-45℃，较实施例1降温效率更高，降温效果更优。
91.在实施例2、实施例3、实施例4、实施例5、实施例6和实施例7的基础上可以同样增加该制冷剂循环罐19，连接方式与前述相同，即设置在微小型压缩机4入口前管路上，制冷剂循环罐19的入口连通蒸发细管16出口所在管路，制冷剂循环罐19的出口与微小型压缩机4的入口连接。制冷剂循环罐19的作用与前述相同，不再逐一赘述。
92.实施例9
93.本实施例提供的干体温度校验仪是基于实施例6的改进，如图9所示，内部设有炉芯3和制冷模块。其中，制冷模块采用蒸汽压缩式制冷循环构建而成，包括微小型压缩机4、油分离器5、微小型冷凝散热器6、节流元件7、制冷剂储罐11、制冷剂进罐阀门12、制冷剂出罐阀门13和蒸发细管16。与实施例6不同之处是增加了制冷剂储罐11及控制阀，该制冷剂储罐11及控制阀的作用与实施例7相同：
94.制冷剂储罐11设置两个进出口，一个进出口通过制冷剂进罐阀门12连接至油分离器5的工质出口(图9显示为上方)，另一个进出口通过制冷剂出罐阀门13连接至微小型压缩机4入口。制冷剂储罐11可以为制冷系统提供更加理想的制冷剂循环压力和制冷剂循环量。当制冷系统压力高于预期值时，可以打开油分离器5工质出口至制冷剂储罐11的制冷剂进罐阀门12使制冷剂进入储罐11，从而使制冷循环系统的压力降低；当制冷系统压力低于预期值时，可以打开制冷剂储罐11与微小型压缩机4入口之间的制冷剂出罐阀门13，制冷剂离开储罐11进入制冷循环，制冷循环系统的压力升高。此外，在系统停机的时候，为避免液相蒸发导致制冷循环系统内部压力太高，可以将制冷剂通过制冷剂进罐阀门12排入制冷剂储罐11，降低压力以保护系统，待下次开机运行时视需求再通过制冷剂出罐阀门13将制冷剂补回制冷循环系统。其余与实施例6相同内容不再赘述。
95.本实施例以向制冷模块中充注常规制冷剂r404a为例，实施例9的制冷模块可在24分钟内使炉芯从环境温度(20℃)降温至-45℃，较实施例1降温效率更高。
96.另外，在实施例9的基础上可以增加如实施例8同样的制冷剂循环罐19，连接方式与实施例8相同，即设置在微小型压缩机4入口前管路上，制冷剂循环罐19的入口连通蒸发细管16出口所在管路，制冷剂循环罐19的出口与微小型压缩机4的入口连接。制冷剂循环罐19的作用与实施例8相同，不再逐一赘述。
97.实施例10
98.本实施例提供的干体温度校验仪是基于实施例5的改进，如图10所示，内部设有炉芯3和制冷模块。其中，制冷模块采用蒸汽压缩式制冷循环构建而成，包括微小型压缩机4、微小型冷凝散热器6、节流元件7、回热换热器8、气液分离器9、前级换热器10、蒸发细管16、制冷剂储罐11、制冷剂进罐阀门12和制冷剂出罐阀门13。与实施例5不同之处，增加了制冷剂储罐11及控制阀，该制冷剂储罐11及控制阀的作用与实施例7相同：
99.制冷剂储罐11设置两个进出口，一个进出口通过制冷剂进罐阀门12连接至微小型压缩机4的出口，另一个进出口通过制冷剂出罐阀门13连接至微小型压缩机4入口。制冷剂储罐11可以为制冷系统提供更加理想的制冷剂循环压力和制冷剂循环量。当制冷系统压力高于预期值时，可以打开微小型压缩机4的出口至制冷剂储罐11的制冷剂进罐阀门12使制冷剂进入储罐11，从而使制冷循环系统的压力降低；当制冷系统压力低于预期值时，可以打开制冷剂储罐11与微小型压缩机4入口之间的制冷剂出罐阀门13，制冷剂离开储罐11进入制冷循环，制冷循环系统的压力升高。此外，在系统停机的时候，为避免液相蒸发导致制冷循环系统内部压力太高，可以将制冷剂通过制冷剂进罐阀门12排入制冷剂储罐11，降低压力以保护系统，待下次开机运行时视需求再通过制冷剂出罐阀门13将制冷剂补回制冷循环系统。其余与实施例5相同内容不再赘述。
100.本实施例以向制冷模块中充注多组分混合制冷剂(例如：甲烷10％，乙烷30％，丙
烷30％，异丁烷20％，异戊烷10％)为例，实施例10的制冷模块可在55分钟内使炉芯从环境温度(20℃)降温至-105℃，较实施例5降温效率更高。
101.另外，在实施例10的基础上可以增加如实施例8同样的制冷剂循环罐19，连接方式与实施例8相同，即设置在微小型压缩机4入口前管路上，制冷剂循环罐19的入口连通蒸发细管16出口所在管路，制冷剂循环罐19的出口与微小型压缩机4的入口连接。制冷剂循环罐19的作用与实施例8相同，不再逐一赘述。
102.实施例11
103.本实施例提供的干体温度校验仪，包含有框架壳体(参见图1)，还包括内部设有的炉芯3和制冷模块。其中，制冷模块采用蒸汽压缩式制冷循环和泵驱式载冷循环构建而成，如图11所示，包括微小型压缩机4、微小型冷凝散热器6、节流元件7、载冷泵14、载冷换热器15和载冷细管17，组成制冷循环和载冷循环两个单元。制冷循环单元中，微小型压缩机4的出口与微小型冷凝散热器6的入口管道连接，微小型冷凝散热器6的出口与节流元件7的入口管道连接，节流元件7的出口管道连接载冷换热器15的冷介质入口151(位于图11中左侧上方)，载冷换热器15的冷介质出口152(位于图11中左侧下方)与微小型压缩机4的入口管道连接，制冷循环单元管路中灌注有制冷剂，由此形成一个闭合的蒸汽压缩式制冷循环。载冷循环单元中，载冷换热器15的热介质出口154(位于图11中右侧上方)与载冷泵14的入口管道连接，载冷泵14的出口与载冷细管17的入口端管道连接，载冷细管17的出口端管道连接至载冷换热器15的热介质入口153(位于图11中右侧下方)，载冷循环单元管路中灌注有载冷剂液体介质，由此形成一个闭合的泵驱式载冷循环。炉芯3为深槽式结构，由可传热材料制成，槽体置于框架壳体内部，载冷细管17缠绕在炉芯3的外表面。与实施例1相同，微小型冷凝散热器6安装在框架壳体上能与外界空气接触，其自带风扇能将热量带到校验仪外部。
104.本实施例制冷模块包括了制冷循环和载冷循环两部分，制冷循环和载冷循环通过载冷换热器15串接，与实施例1相比，增设一个载冷循环单元(包括但不限于载冷泵14、载冷换热器15和载冷细管17)，实施例1原蒸发细管16在制冷循环中的功能被本例载冷换热器15替代，载冷换热器15低温流体(冷介质，即制冷剂)入口和出口相当于分别连接于原蒸发细管16入口和出口处，载冷换热器15高温流体(热介质)出口与载冷泵14入口连接，载冷泵14出口与载冷细管17连接，载冷细管17另一端连接至载冷换热器15高温流体(热介质)入口，载冷细管17外壁面与炉芯3部分表面紧密接触。
105.本实施例中，载冷泵14可使用耐低温的液体齿轮泵、活塞泵或者其它类型的液体泵，载冷换热器15可使用耐低温的板式换热器、板翅换热器、套管换热器、管壳式换热器或者其它类型耐低温换热器，载冷细管17可使用紫铜管、不锈钢管、铝合金管等金属管件。
106.本实施例的工作原理为：制冷模块的制冷循环管路内充注制冷剂(冷介质)，制冷剂经微小型压缩机4压缩为高压气体后，从出口排至微小型冷凝散热器6；制冷剂在微小型冷凝散热器6内释放热量，热量被排放到干体温度校验仪周边的空气中(风扇吹出的风，把热量带到校验仪外部)，制冷剂经微小型冷凝散热器6后由高压气态转化为高压液态进入节流元件7，经节流后成为低压低温的气-液两相流，再从节流元件7出口经连接管进入载冷换热器15冷介质入口151，低压低温的制冷剂在载冷换热器15内持续吸收来自载冷换热器15热介质(载冷剂)的热量同时蒸发和气化，最后成为低压制冷剂气体从载冷换热器15冷介质
出口152流出，返回到微小型压缩机4入口处，完成一个制冷循环。制冷模块的载冷循环管路内充注载冷剂(热介质)，载冷泵14驱动载冷剂从载冷泵14的出口流至载冷细管17的入口，在载冷细管17内吸热升高温度，再从载冷细管17的出口流动至载冷换热器15的热介质入口153，在载冷换热器15内，被来自载冷换热器15的冷介质(制冷剂)吸收热量，载冷剂在载冷换热器15内释放热量温度降低，从载冷换热器15热介质出口154流出，经管道回到载冷泵14的入口，完成一个载冷循环。载冷剂在载冷细管17吸收炉芯3的热量，从而能降低炉芯3的温度，为温度的计量校准提供降温或低温环境。
107.本实施例中，制冷剂不会输送至炉芯3位置处，增加的载冷循环可以很好的将制冷循环和炉芯进行隔离，带来的益处在于：其一，炉芯温度高时，制冷循环单元免受高温冲击可以直接开机运行；其二，制冷剂的蒸发过程换热剧烈且两相流存在波动，载冷介质(载冷剂)则保持单相流动状态，可以对炉芯3的供冷维持较稳定的状态，利于炉芯3温场的稳定性和均匀性。
108.本实施例以向制冷循环管路中充注多组分混合制冷剂(例如：甲烷10％、乙烷30％、丙烷30％、异丁烷20％、异戊烷10％)，载冷循环管路中充注液态异丁烷为例，实施例11的制冷循环单元可在70分钟内通过载冷换热器将载冷剂从环境温度(20℃)降温至-105℃，载冷循环同步运行，载冷剂使炉芯温度在70分钟内从环境温度(20℃)降温至-100℃。
109.作为实施11的补充，可在制冷循环单元中增加一油分离器5(参见图6)，此情形中，微小型压缩机4的出口与油分离器5的入口连接，油分离器5的工质出口51与微小型冷凝散热器6的入口连接，油分离器5的排油口52与微小型压缩机4的入口连接。油分离器5的作用与实施例6描述相同，不再赘述。
110.作为实施11的另一补充，可在制冷循环单元中增加一制冷剂储罐11(参见图7)，制冷剂储罐11设置两个进出口，一个进出口通过制冷剂进罐阀门12连接至微小型压缩机4的出口，另一个进出口通过制冷剂出罐阀门13连接至微小型压缩机4入口。制冷剂储罐11的作用与实施例7描述相同，不再赘述。
111.作为实施11的另一补充，可在制冷循环单元中增加一制冷剂循环罐19(参见图8)，制冷剂循环罐19设置在微小型压缩机4入口前管路上，制冷剂储罐19的入口与载冷换热器15冷介质出口152连接，制冷剂循环罐19的出口与微小型压缩机4入口连接。制冷剂循环罐19的作用与实施例8描述相同，不再赘述。
112.实施例12
113.在实施例1至实施例11提供的任一种干体温度校验仪的炉芯3内设置加热元器件，通过控制所述的加热元器件输入电功，配合制冷模块对炉芯的降温控制，实现炉芯温度的精准控制和保持温度稳定。
114.加热元器件为电加热棒，插入在炉芯3设置的孔内；或加热元器件为电加热丝，错开蒸发细管16或载冷细管17缠绕在炉芯3的外表面上；或加热元器件为电加热片，错开蒸发细管16或载冷细管17位置贴合在炉芯3的外表面上。
115.实施例12可控制炉芯3内温度波动在
±
0.02℃范围内。匹配采用实施例10的制冷模块，可在55分钟内使炉芯从环境温度降温至-105℃。
116.实施例13
117.在实施例1至实施例11提供的任一种干体温度校验仪的炉芯3内设置一个液体盛
装空间，液体盛装空间内充注液体，作为小型、便携式的液体恒温槽使用。
118.炉芯3内的液体盛装空间为圆柱形或方柱形；其中充注的液体为水、防冻液、硅油、或酒精。
119.实施例13液体恒温槽的设计，结合实施例10的制冷模块设计，可在-100℃至150℃的工作温度区间内，维持炉芯3内液体在10分钟内温度波动
±
0.01℃范围内。
120.降温比较
121.针对同一炉芯，使用本发明制冷模块蒸汽压缩式制冷方式和采用斯特林制冷方式进行降温比较，降温曲线见图12(其中“本发明制冷方式”以实施例10为例)。其中受斯特林制冷技术的限制，只有炉芯温度自然冷却降低到50℃以下时才能开机(否则高温损坏)，而本发明制冷方式可在150℃内可随时开机；另一方面，本发明制冷方式可在100分钟内使炉芯温度从150℃降低至-105℃，而斯特林制冷方式需要180分钟，从50℃降至-100℃本发明制冷方式仅需60分钟，而斯特林制冷方式需要100分钟。可见无论是从降温启动点还是降温效率方面，本发明制冷方式都远优于现常用的斯特林制冷方式。其它实施例也有相同的特点，降温数据已在各实施例中给出，不再一一图示。
122.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的内容。