CN105277468A - 热电制冷Brookfield低温粘度测试仪及其测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种热电制冷Brookfield低温粘度测试仪，包括一铝块，其特征在于该铝块上开设有试管安装孔，所述铝块的外侧设置有4~12个热电制冷器，每个热电制冷器的外侧均设置有散热器和小型风扇，所述铝块还设有电加热器，所述铝块的上方设置有Brookfield粘度计和连接Brookfield粘度计的转子。本发明的优点在于尺寸小，是台式机，无震动，噪声低，且加热制冷一体化，专用的密封绝热装置防止结露。因而使用方便、测量准确。
Description
技术领域
本发明是一种测量润滑油低温粘度的测量仪，具体涉及一种热电制冷Brookfield低温粘度测试仪及其测试方法。
背景技术
基于美国ASTMD2983-04a的标淮被测的油样需首先预热加温到50°C保温三十分钟,然后开始降温到要求的温度并恒温一直到完成整个测试。现有技术中无论是是空气浴和酒精浴,都采用复叠式机械压缩机组的低温粘度测试仪来完成这一任务，它包括了复叠式压缩机，冷凝器，蒸发器，膨胀容器，风机和冷却循环泵等设备。它是一种柜式机其体积很大，并且它必须另外配备油品试样的预热设备及标定控温的铂电阻设备,才能完成测试。而且现有的复叠式机械压缩机组为基础的Brookfield转子粘度计,不论是空气浴的还是酒精浴的都无法进行预热加温到50°C,因此油样需由其它的设备来完成，因此造成了测定过程比较繁琐。
发明内容
本发明的目的在于提供一种热电制冷Brookfield低温粘度测试仪，使测定既方便又准确。
为了实现这一目的，本发明的技术方案如下：一种热电制冷低温粘度测试仪，包括一铝块，其特征在于该铝块上开设有试管安装孔，所述铝块的外侧设置有多个热电制冷器，每个热电制冷器的外侧均设置有散热器和小型风扇，所述铝块还设有电加热器，所述铝块的上方设置有Brookfield粘度计和连接Brookfield粘度计的转子。一般来说，铝块两侧对称分布有热电制冷器，铝块的底部也可设置有热电制冷器。在根据本发明的优选实施例，所述铝块的侧面上部还设置有与试管安装孔配合的微型摄像头、发光二极管以及与所述发光二极管连接的光纤。所述热电制冷器的个数为4~12个。
本发明的目的在于提供一种热电制冷Brookfield低温粘度测试仪的测试方法，使测定既方便又准确。
为了实现这一目的，本发明的技术方案如下：一种热电制冷低温粘度测试仪的测试方法，其特征在于该方法包括以下步骤：A、将注入被测油样的玻璃试管插入到试管安装孔中；B、启动电加热器使仪器升温加热到50°C保温三十分钟；C、启动热电制冷器降温到测试温度；D、将Brookfield粘度计的转子插入玻璃试管中，微型摄像头将玻璃试管的图像传送到显示器上，通过观察显示器来调整转子插入深度，使得转子上的插入深度标示和被测油样的液面齐平；E、测量被测油样的粘度。
本发明的热电制冷Brookfield低温粘度测试仪使用非常简便,只要直接将注入油样的玻璃试管插入试管安装孔中,启动电加热器使仪器升温加热到50°C保温三十分钟,然后通过热电制冷器降温到要求的温度一直到完成整个测试。本发明还使用微型摄像头来快速和正确的定位Brookfield粘度计的转子和玻璃试管中油品试样的水平液位，避免了由于控温探头与被测油品试样无法很接近而使其真正的油品试样温度不正确。本发明的优点在于尺寸很小,无震动,噪声低,且加热制冷一体化，因而使用方便、测量准确。
附图说明
图1为本发明第一实施例的结构示意图。
图2为本发明第二实施例的结构示意图。
图3为本发明第三实施例的结构示意图。
图4为本发明第四实施例的结构示意图。
图5为本发明第五实施例的结构示意图。
图6a为常规做法下热电制冷器与翅片散热器的连接示意图，图6b为本发明的热电制冷器与翅片散热器的连接示意图。
图7为二级热电制冷器的结构示意图，其中图7a为现有技术的结构示意图，图7b为本发明的结构示意图。
图8为调整转子和被测油样液面的示意图。
图9为密封绝热装置的示意图。
具体实施方式
下面通过具体的实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。
图1为本发明第一实施例的结构示意图。一种热电制冷低温粘度测试仪，包括一铝块2，其特征在于该铝块2上表面开设有一个试管安装孔，所述铝块的两侧均设置有两个热电制冷器4，每个热电制冷器4的外侧均设置有翅片散热器8和小型风扇9，所述铝块的外侧还设有电加热器10，所述铝块2的上方设置有Brookfield粘度计1和连接Brookfield粘度计的转子7。根据本发明的优选实施例，所述铝块上还设有微型摄像头6、发光二极管以及与所述发光二极管连接的光纤5。
图2为本发明第二实施例的结构示意图。该铝块上设有6个试管安装孔，所述铝块的两侧均设置有四个热电制冷器4，每个热电制冷器4的外侧均设置有翅片散热器8和小型风扇9。所述铝块上还设有6个微型摄像头6、6个发光二极管及光纤5。每个微型摄像头6与一个试管安装孔相对应，每个微型摄像头的上设有一个发光二极管及光纤。
图3为本发明第三实施例的结构示意图。该铝块的底部还设有两个热电制冷器4，每个热电制冷器4的外侧均设置有翅片散热器8和小型风扇9。通过在铝块底部设置热电制冷器，可以增加该仪器的制冷性能以达到更低的温度。
铝块2为该热电制冷低温粘度测试仪的核心部件，它是由铝合金6061材料由数控中心精加工而成。四个到十个多级热电制冷器4的冷端精确地定位在铝块2的两侧面,然而将翅片散热器8的底面与多级热电制冷器4紧压在铝块2上。翅片散热器8的外侧安装了小型风扇9。另外微型摄像头6安装在铝块2的相应位置,配合发光二极管和光纤5的组合，以便正确定位Brookfield粘度计的转子和玻璃试管中油品试样的水平液位。
图4为本发明第四实施例的结构示意图。在铝块两侧面各增加一个热电制冷器4，每个热电制冷器4的外侧均设置有翅片散热器8和小型风扇9。从而使热电制冷器增加到12个。使该仪器的制冷性能增强以达到更低的温度。
图5为本发明第五实施例的结构示意图。该铝块设有1个试管安装孔,在铝块侧面设有热电制冷器4，每个热电制冷器4的外侧均设置有翅片散热器8和小型风扇9,减小铝块体积及减少试管数量，可以使该仪器的制冷性能以达到零下50°C以下更低的温度。
图6为本发明的热电制冷器和翅片散热器的连接示意图。将热电制冷器4的冷端与铝块2接触，热端与翅片散热器8连接，铝块2和翅片散热器8之间（热电制冷器4之外的部位）设置有发泡聚氨酯隔热层13。如果按照常规做法，如图6a所示，热电制冷器4的热端15直接与翅片散热器8接触，那么由于在工作状态下，所述热电制冷器4的热端温度即翅片散热器8的低面温度为40度，冷端温度即铝块被冷却面的温度需要在负50度左右，而热电制冷器的厚度仅为9~11mm，即翅片散热器和铝块之间的隔热层的厚度仅为9~11mm，在工作状态下，铝块温度不断下降，但是翅片散热器产生的热量会对铝块被冷却面的低温造成影响，使得铝块无法冷却到负50度的低温。根据本发明的优选实施例，为了增加隔热层的厚度，如图6b所示，在翅片散热器8的底面钎焊一块横截面和热电制冷器4一致的铜块16，将热电制冷器4与铜块16对齐设置，即所述热电制冷器4的冷端14与铝块2连接，所述热电制冷器4的热端15与一铜块16的一端连接，该铜块16的另一端与翅片散热器8的底部连接，所述铝块2与翅片散热器8之间（热电制冷器4和铜块16之外的部位）设置有发泡聚氨酯隔热层13。所述铜块的厚度优选为10~14mm，这样一来，隔热层的厚度增加到了19~25mm，大大减小了翅片散热器的温度对铝块的低温的影响。根据本发明的具体实施例，所述热电制冷器的厚度为10mm，横截面为40mmX40mm，铜块的尺寸为40mmX40mmX12mm。这样使发泡聚氨酯隔热层厚度增加了2.2倍，试验结果显业所述铝块温度可以顺利下降到-50°C。
根据本发明的优选实施例，该所述热电制冷器为二级热电制冷器，该二级热电制冷器由P型和N型半导体粒子组成，其中第一级热电制冷器由120-130对P型和N型半导体粒子组成，第二级为28-32对P型和N型半导体粒子组成，第二级制冷器与第一级制冷器的尺寸均为38mm-42mmX38mm-42mm，第一级热电制冷器的P型和N型半导体粒子的截面尺寸为1.2mm-1.6mmX1.2mm-1.6mm，高度为1.4-1.8mm，第二级制冷器的P型和N型半导体粒子的的截面尺寸为2.3mm-2.7mmX2.3mm-2.7mm，高度为4.3-4.7mm。
本发明采用的热电制冷器为二级热电制冷器，该二级热电制冷器是由半导体材料碲化铋为基础合成的。当碲化铋通过不同材料的参杂后就形成P型和N型二种配对的材料，它们的组合就成为热电制冷器最基础的单元。P型和N型粒子的尺寸在同一级热电制冷器中是一样的。本发明使用的第一级热电制冷器是由128对P型和N型组成的。其P型和N型的粒子呈长方型,1.4mmX1.4mmX1.5mm。128对P型N型组合焊接到相应的上下二片40mmX40mm铜粉烧结的氧化铝瓷片上。
一级热电制冷无法成为零度以下的冷源。而本发明申请的“热电制冷低温粘度测试仪”需要-50°C的冷源。
为此本发明专门研发了一种二级热电制冷器，它可以提供-50°C的冷源。常规的二级制冷器呈金字塔式，如图7a所示。也就是第二级制冷器21尺寸小于第一级制冷器20。第二级为31对P型和N型半导体粒子焊接到上下二片30mmX30mm的氧化铝瓷片上。第一级的制冷器有足够的制冷量来支持第二级制冷器达到更低的温度。
由于金字塔式的结构的第一级制冷器的冷面没有充分利用。只利用了它的56％面积，从而影响了第二级制冷器的效率。本发明改进了金字塔式的结构，为此重新设计了第二级制冷器，如图7b所示，该二级热电制冷器的结构如下：
把第二级制冷器21的尺寸扩大到与第一级相同的尺寸40mmX40mm，以便把第一级制冷器21的冷量充分运用。
改变第二级制冷器21的31对P型和N型半导体粒子的尺寸从1.4mmX1.4mm的截面增大到2.5mmX2.5mm，以便可以和第一级制冷器20的冷面尺寸40mmX40mm相匹配。第二级31对P型和N型半导体粒子焊接到上下二片氧化铝瓷片22上。
当31对P型和N型半导体粒子的截面尺寸改为2.5mmX2.5mm后，其粒子的高度需相应改变为4.5mm来完成匹配。
上述第二级制冷器P型和N型半导体粒子高度的增加同时产生一个附加的有利效果，因为第二级半导体粒子的高度尺寸加高改为4.5mm后使第二级制冷器热端到冷端之间的空隙导热损失减小而使制冷性能提高。上述一体式二级制冷器的成功与改进型翅片散热器配合之下使热电制冷低温粘度测试仪首次可以达到-50°C的要求。
当然也可以采用其他的热电制冷器来替代所述二级制冷器，比如说使用三级制冷器，第一级为127对P和N型半导体粒子,第二级为63对P和N型半导体粒子,第三级为31对P和N型半导体粒子，但采用该种制冷器的价格相对比较昂贵，不易推广。
由于Brookfield粘度计的转子和玻璃试管中油品试样的水平液位之间的定位非常重要，转子位置过高或过低均会影响到测量的精度，因此本发明的另一特点是采用了正确和快速的定位方法,使粘度计转子7的插入深度正确地定位在玻璃试管3中的被测油样的水平面上(如图8).在铝块2的适当部位设置一个圆形小孔,此小孔有双层玻璃加以密封,而微型摄像头6就安装在双层玻璃外侧.其光源是由发光二极管加光纤的组合提供的。微型摄像头6摄取的定位图像可显示在显示屏上，供操作人员观看。
该测试仪中设置有用于控温的铂电阻，为此，在本发明中还设置有二级标准温度计11来标定仪器内部用来控温的铂电阻，此二级标准温度计11插入鈻块2的相应孔中。而现有技术的转子粘度计则无法进行此标定。
为了避免在低温状况下测试件上结露，通常采用充氮气的方法，这就需要配备纯氮气钢瓶和降压装置。在所述铝块上方设置一个密封绝热装置12，其内部装有硅胶干燥剂。在-40°C以下的低温下保证了正常测试。将玻璃试管放入铝块孔中上，加温到50°C保温三十分钟后，将所述密封绝热装置放置在所述铝块的上方使之密封。这样可以在测试件冷却过程中，防止结露。
Claims (8)
1.一种热电制冷Brookfield低温粘度测试仪，包括一铝块，其特征在于该铝块上开设有试管安装孔，所述铝块的外侧设置有多个热电制冷器，每个热电制冷器的外侧均设置有散热器和小型风扇，所述铝块还配有电加热器，所述铝块的上方设置有Brookfield粘度计和连接Brookfield粘度计的转子。
2.根据权利要求1所述的测试仪，其特征在于：所述铝块的侧面上部还设置有与试管安装孔配合的微型摄像头、发光二极管以及与所述发光二极管连接的光纤，所述微型摄像头与显示器连接。
3.根据权利要求1所述的测试仪，其特征在于：所述热电制冷器的冷端与铝块连接，所述热电制冷器的热端与一铜块的一端连接，该铜块的另一端与翅片散热器的底部连接，所述铝块与翅片散热器之间设置有发泡聚氨酯隔热层。
4.根据权利要求1所述的测试仪，其特征在于：所述热电制冷器为二级热电制冷器，该二级热电制冷器由P型和N型半导体粒子组成，其中第一级热电制冷器由120-130对P型和N型半导体粒子组成，第二级为28-32对P型和N型半导体粒子组成，第二级制冷器与第一级制冷器的尺寸均为38mm-42mmX38mm-42mm，第一级热电制冷器的P型和N型半导体粒子的截面尺寸为1.2mm-1.6mmX1.2mm-1.6mm，高度为1.4-1.8mm，第二级制冷器的P型和N型半导体粒子的的截面尺寸为2.3mm-2.7mmX2.3mm-2.7mm，高度为4.3-4.7mm。
5.根据权利要求1所述的测试仪，其特征在于：所述铝块上方设置一个密封绝热装置。
6.根据权利要求5所述的测试仪，其特征在于：所述试管安装孔内设置有玻璃试管，所述密封绝热装置的外围与所述玻璃试管或铝块密封连接，以便对玻璃试管及Brookfield粘度计的转子进行保温及防止结露。
7.根据权利要求1所述的测试仪，其特征在于：所述铝块内还设有专用孔用于安装二级标准温度计来标定用于本仪器控温的铂电阻RTD。
8.一种热电制冷Brookfield低温粘度测试仪的测试方法，其特征在于该方法包括以下步骤：A、将注入被测油样的玻璃试管插入到试管安装孔中；B、启动电加热器使仪器升温加热到50°C保温三十分钟；C、启动热电制冷器降温到测试温度；D、将Brookfield粘度计的转子插入玻璃试管中，微型摄像头将玻璃试管的图像传送到显示器上，通过观察显示器来调整转子插入深度，使得转子上的插入深度标示和被测油样的液面齐平；E、测量被测油样的粘度。
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