CN104990954B - 一种液体比热容实验测量系统 - Google Patents

Abstract

一种液体比热容实验测量系统，是一种可以较为准确的测量不同种类流体比热容的测量系统，由加热系统、温度测量系统和实验误差修正系统组成。加热系统由从上至下分布四层的加热丝、搅拌器、稳压器、电流电压表组成；温度测量系统由从上至下分布四层的测温热电偶、样品杯中心热电偶及温度数据采集装置组成；实验修正系统由搅拌器发热量修正和实验系统散热修正组成。该测量系统能均匀加热不同类别的流体，并能准确实时的检测待测液体不同区域的温度，最终通过误差修正因子对实验结果进行修正使其更加趋近真实值。

Description

一种液体比热容实验测量系统

技术领域

本发明涉及一种液体比热容实验测量系统，具体涉及不同种类液体的均匀加热，温度的测定及测量结果误差修正，属于实验测量领域。

背景技术

比热容是一个重要的物理量，物质比热容的测定是热力学的基本测量之一。比热容的测定对于了解物质的结构、确定物质的相变、鉴定物质的纯度以及新能源的开发和新材料的研制方面，都起着重要的作用。

目前，测定液体比热容的方法很多，如混合法，比较法等。但是这些方法都只适用于粘度较小的牛顿流体。对于粘度较大的流体，这些方法无法对待测液体进行均匀加热，致使待测流体在温升过程中不能均匀受热，会使实验结果误差过大而不可信。而实验后，对实验结果的修正也是液体比热容测定的重要部分。为使液体均匀受热而使用搅拌器，搅拌器发热量随待测液体粘度的不同而变化且难以测定，整个测量系统的对外散热量也难以测量，这是实验中的两个重要误差。目前，并没有学者给出两种误差便捷的修正方案。

发明内容

本发明提供一种液体比热容实验测量系统，实现待测液体的均匀加热，并对待测液体的温升给予准确的测定，温度测量精度为0.001℃，最终通过误差修正给出所测液体比热容的准确值。

本发明提供一种液体比热容实验测量系统，包括加热系统、温度测量系统及误差修正系统。其中，加热控制系统包括稳压电源、开关、电流表、电压表、加热丝等附属配件；温度测量系统包括热电偶，温度采集器等组件；误差修正系统包括搅拌器发热修正、系统对外散热修正。

本发明提供的一种液体比热容实验测量系统，其特征在于：待测液体的加热部分从上至下分布四层加热丝，并在待测液体中间区域设置搅拌器，使待测液体无论是牛顿流体还是非牛顿流体都能得到最大程度上的均匀加热。

本发明提供的一种液体比热容实验测量系统，其特征在于：样品杯采用真空保温杯，样品杯内壁1mm处从上至下布置四层热电偶，样品杯中心热电偶测温装置，并与外界温度采集装置相连接实现数据实时采集、更新，以实现实时监测待测液体在不同区域的温升情况。

本发明提供的一种液体比热容实验测量系统，其特征在于：对实验中影响实验结果较大的两个因素搅拌器发热、系统散热进行误差修正，通过对不同类别的待测液体和温升情况进行标定分析以确定相应的误差修正因子，对实验结果进行修正。

附图说明

1—稳压电源，2—开关，3—电压表，4—电流表，5—高精度电极，6—搅拌器，7—测温热电偶连接线，8—绝热盖，9—绝热架，10—样品杯，11—金属内套，12—绝热层，13—金属外筒，14—温度采集器，15—热电偶，16—电热丝，17—绝缘支架，001—加热系统，002—温度测量系统。

其中，加热系统001由1—稳压电源，2—开关，3—电压表，4—电流表，5—高精度电极，6—搅拌器，8—绝热盖，9—绝热架，10—样品杯，11—金属内套，12—绝热层，13—金属外筒，16—电热丝，17—绝缘支架组成；温度测量系统002由7—测温热电偶连接线，14—温度采集器，15—热电偶组成。

图1是本发明提供的一种液体比热容实验测量系统装置图；

图2是四层加热、测温结构的俯视图；

具体实施方式

下面结合附图来详细描述本发明：

其具体测定实施方案为：测试过程分为实验初期、实验主期和实验末期。

实验初期由6-搅拌器对待测液体进行搅拌，15-中心点热电偶和边缘热电偶连续监测样品温度，作为初期修正；

实验主期通过1-稳压电源对加热丝进行加热，并由3-电压表、4-电流表测定，电压U、电流I。加热丝对待测液体进行均匀加热一段时间τ后断开2-开关。其间，6-搅拌器对待测液体进行搅拌，并记录搅拌时间τ1。同时由加热测温结构上的15-热电偶对待测液体进行实时测温传输数据至14-温度采集系统以统一对比观测从而确定液体的温升Δt。

实验末期，继续监测中心点和边缘点温度变化，对实验结果进行误差修订。

对于功率为P的搅拌器发热量修正，由于不同流体的粘度不同，在搅拌过程中搅拌器的发热量会有不同。所以对于搅拌器发热量，根据不同粘度的待测流体进行测试确定修正因子α，以最终确定搅拌器的发热量。对于系统散热修正，可以用标准标定物(水)对不同温升情况进行标定以确定系统散热因子β。最终得出待测液体的比热容计算公式为：

式中：c-待测液体比热容，kJ/(kg·℃)；I-电流，A；U-电压，V；τ-加热时间，S；P-搅拌器功率，kW；τ₁-搅拌时间，S；m-待测液体质量，kg；△T-待测液体温升，℃；α-搅拌器发热量修正因子；β-系统散热量修正因子。

附图2详细给出了加热测温结构中加热丝及热电偶的排布方式，这样排布不仅可以能使待测液体得到充分均匀的加热，还能有效地利用较小样品杯的空间，以实时的检测待测液体不同区域的温升情况。

本发明技术可以实现的效果：

1)在本套测量系统中，通过多层加热和搅拌可以实现对不同种类待测液体的均匀加热；

2)通过对待测液体的不同区域的温度实时监测，可以判定待测液体的均匀加热程度，更好的控制加热时间；

3)通过后期对搅拌器发热修正和系统散热修正可以减小实验误差，并用标准物进行标定确定误差因子以供后期处理误差数据。

举例说明本专利的实际效果：

以稠油比热容的测定为例，来详细介绍本发明。将100.015g的稠油置于加热内筒中，通入电压10.05V，电流2.01A，加热时间1min，在开始加热初期开启额定功率为10.00W的搅拌器，搅拌器搅拌时间2min后发现稠油的不同区域温差小于0.005℃，认为一致，记录温升为10.135℃。该稠油粘度为80000mPa·S，故取搅拌器发热修正因子为0.992。又由标准物标定得在该温升下系统的散热修正因子为0.955。最终通过公式计算出稠油的比热容为2.2634J/(g·K)。

Claims (1)

1.一种液体比热容实验测量系统，包括加热系统、温度测量系统及误差修正系统；其中，加热控制系统包括稳压电源、开关、电流表、电压表、加热丝附属配件；温度测量系统包括热电偶，温度采集器组件；误差修正系统包括搅拌器发热修正、系统对外散热修正；

待测液体的加热部分从上至下分布四层加热丝，并在待测液体中间区域设置搅拌器，每层加热丝均包括设置在搅拌器两侧的两组加热丝；

样品杯采用真空保温杯，样品杯内壁1mm处从上至下布置四层热电偶，每层热电偶均包括设置在样品杯内壁的边缘热电偶和设置在样品杯中部的中心点热电偶，形成了样品杯中心热电偶测温装置，并与外界温度采集装置相连接；

对实验中影响实验结果较大的两个因素搅拌器发热、系统散热进行误差修正，通过对不同类别的待测液体和温升情况进行标定分析以确定相应的误差修正因子，对实验结果进行修正；

在实验初期由搅拌器对待测液体进行搅拌，中心点热电偶和边缘热电偶连续监测样品温度，作为初期修正；

在实验主期通过稳压电源对加热丝进行加热，并由电压表、电流表测定，电压U、电流I；加热丝对待测液体进行均匀加热一段时间τ后断开开关；其间，搅拌器对待测液体进行搅拌，并记录搅拌时间τ1；同时由加热测温结构上的热电偶对待测液体进行实时测温传输数据至温度采集系统以统一对比观测从而确定液体的温升Δt；

实验末期，继续监测中心点和边缘点温度变化，对实验结果进行误差修订；

对于功率为P的搅拌器发热量修正，由于不同流体的粘度不同，在搅拌过程中搅拌器的发热量会有不同；所以对于搅拌器发热量，根据不同粘度的待测流体进行测试确定修正因子α，以最终确定搅拌器的发热量；对于系统散热修正，可以用标准标定物对不同温升情况进行标定以确定系统散热因子β，最终得出待测液体的比热容计算公式为：

式中：с-待测液体比热容；I-电流，A；U-电压，V；τ-加热时间，S；P-搅拌器功率，kW；τ₁-搅拌时间，S；m-待测液体质量，kg；△T-待测液体温升，℃；α-搅拌器发热量修正因子；β-系统散热量修正因子。