流體液相導熱儀的儀器裝置

1、 實驗原理

瞬態法作為測量流體導熱系數的zui準確的方法,已經被廣泛采用并得到公認,它的測量原理是對在無限大的介質中處于熱平衡的無限長線熱源施加脈沖熱流,線熱源的溫度隨即產生變化,根據溫升時間的變化關系,就可以得到介質的導熱系數,基本工作方程為：

ΔTi(r0,t)= （q /4πλ）lnt+ （q /4πλ）ln (4a/ r2 C ) -----(1)

式中: λ和a分別為介質的導熱系數和熱擴散系數; ΔTi為的理想溫升;q為單位長度線熱源的加熱量;t為加熱的時間;r0 為的半徑;C=1.718…為歐拉常數.由式(1)可知,的理想溫升與加熱時間的對數呈線性關系,因此可以從線性回歸的斜率得到被測流體的導熱系數,并且從截距可以得到流體的熱擴散系數,進而可以得到其定壓比熱容.對于實驗裝置的研制,應盡可能接近于理想模型,但是對于不同的測量環境,仍然需要對實測溫升采取一些必要的修正,使其接近于理想線熱源的溫升.通過一系列溫度修正,即可使實測溫升滿足理想溫升.主要有的物理性質、雙的直徑差等,本裝置實驗溫度低于300度,因此不用考慮輻射的影響.試驗模型由計算機模擬完成，修正系數由軟件實現. 瞬態法導熱系數測量實驗系統主要包括恒溫槽與溫度控制系統、溫度測量系統、導熱系數測量裝置、數據采集系統。實驗中所采用的恒溫槽的恒溫范圍為210～500K時，依據溫度區間分別采用無水乙醇和201甲基硅油作為恒溫介質，實驗過程中，恒溫槽每30min的溫度波動小于±5mK，足以滿足液體導熱系數測量的溫度要求。

2、 實驗系統及裝置

2.1 實驗系統的組成

整個實驗系統主要由恒溫槽與溫度控制測量系統、壓力測量系統、導熱系數實驗系統以及一些配套的設備組成.若用低溫槽用酒精作為恒溫介質,恒溫范圍為,高溫槽的恒溫介質為 甲基硅油,,溫度測量采用高精度儀表完成,鉑電阻溫度計,壓力測量使用數字式石英壓力傳感器和差壓變送器,關于溫度測控系統和壓力測量系統的詳細說明].在導熱系數測量過程中,恒溫槽的溫度波動度小于±10mK,壓力波動度小于壓力傳感器的不確定度±0.7kPa,可以滿足測量需求.

2.2 導熱系數測量裝置

本裝置采用雙法測量,分測量裝置和數據采集系統兩部分組成,測量裝置,適用的壓力和溫度范圍分別為0.--30MPa和200--500K.該測量裝置除了電路部分,金屬部件全部采用不銹鋼1Cr18Ni9Ti,壓力腔體的密封均采用耐腐蝕的聚四氟乙烯,因此可以對絕大部分制冷劑和燃料類等物質進行實驗研究.系統中的測量本體中有兩個圓柱形腔體,直徑均為10mm,長度分別為170mm和70mm,腔體中各安裝一根直徑為15 um的退火鉑絲,鉑絲的純度(質量分數)大于99%,長度分別為150mm和50mm左右,.鉑絲的上端點焊在一根直徑為0.5mm的純金接線柱上,下端懸掛重物以保證鉑絲鉛垂在腔體的中線上,重物的質量為1g, 相當于鉑絲抗拉強度的30%.鉑絲的下端和下接線柱通過一根柔軟的金絲點焊連接.兩根鉑絲均采用四線制電阻接線方法,即在鉑絲的兩端焊接單獨的電壓和電流測量引線,以消除阻值標定過程中引線電阻的影響.

本裝置研制的數據采集系統,通過自行開發的虛擬儀器控制及測量軟件,用計算機對測量的整個過程進行控制.經過反復比較選型,采用研華的高性能高增益數據采集卡進行數據采集,它擁有8個差分A/D輸入通道和1個D/A 輸出通道,當輸入電壓增益為1000時,采集頻率可達1kHz,這時的輸入量程為±5mV,測量精度為±0.08%,滿足本實驗的需求.

2.3 裝置的檢定

為了檢驗研制的測量系統的性能,本裝置選用甲苯作為液相導熱系數的標準物質.甲苯試劑規格為ABSOLV,標稱純度(質量分數)大于99.9%,符合本實驗的要求.沿等溫線測量了213----363K溫度區間的甲苯的飽和液相導熱系數.本裝置所測的甲苯導熱系數值與標準值相比較,得到測量的平均偏差為0.37%,zui大偏差為0.73%.