CN110411904A - 制冷剂工质接触角的测量装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种制冷剂工质接触角的测量装置，包括：冷光光源、高速摄像机和可视化高压液滴调控装置；冷光光源用于给可视化高压液滴调控装置提供光源；高速摄像机用于拍摄可视化高压液滴调控装置内的制冷剂工质状态，用于制冷剂工质接触角的测量；可视化高压液滴调控装置用于营造形成稳定状态的制冷剂工质液滴所需要的高压测量环境条件，使制冷剂工质处于液滴状态。本装置可实现不同环境气体条件下各种类型制冷剂工质在不同材料基底上的接触角测量需求。

Description

制冷剂工质接触角的测量装置
技术领域
本发明涉及热工设备、仪表仪器、制冷低温技术领域，尤其涉及一种制冷剂工质接触角的测量装置。
背景技术
随着科学技术的进步与发展，制冷剂工质在诸多领域中都得到了广泛的应用，如在制冷与低温领域作为制冷剂使用，在电子器件热管理领域作为冷却介质使用，在化工与制药领域作为发泡剂与萃取剂使用等。制冷剂工质润湿特性的深入研究是进一步探索与拓展其应用价值的关键，而制冷剂工质在不同材料基底上的液滴接触角大小则是衡量其润湿特性最为直观与准确的标准。目前市场上使用的大多数接触角测量仪均是用于测量常压条件下处于液态的工质的接触角，如水、油等工质的接触角。对于制冷剂工质，其常压条件下或处于气态，或由于沸点较低在常压条件下液态工质极易蒸发，难以形成处于稳定状态的液滴，故难以通过获取制冷剂工质的液滴形貌图来测量其接触角。
因此，亟待开发简易可靠的适用于制冷剂工质的接触角测量装置。
发明内容
本发明提供了一种制冷剂工质接触角的测量装置，以解决现有技术中的缺陷。
为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。
本发明提供了一种制冷剂工质接触角的测量装置，包括：
冷光光源、高速摄像机和可视化高压液滴调控装置；
所述的冷光光源用于给所述的可视化高压液滴调控装置提供光源；
所述的高速摄像机用于拍摄所述可视化高压液滴调控装置内的制冷剂工质状态，用于制冷剂工质接触角的测量；
所述的可视化高压液滴调控装置用于营造形成稳定状态的制冷剂工质液滴所需要的高压测量环境条件，使制冷剂工质处于液滴状态。
优选地，可视化高压液滴调控装置包括：高压容器腔体、两个压力传感器、温度传感器、制冷剂工质备液管、针头、基底部件、环境气体进口管、制冷剂工质充液管、推动气体进口管、高压环境气体罐、制冷剂工质罐和高压推动气体罐；
所述高压容器腔体的前后两侧分别安装有高压可视窗，分别用于所述高速摄像机和所述冷光光源从所述高压容器腔体外进行拍照和补光；
所述的两个压力传感器分别安装于所述高压容器腔体内和所述高压容器腔体外，高压容器腔体内的压力传感器用于监控所述高压容器腔体内测量环境条件的压力，高压容器腔体外的压力传感器用于监控制冷剂工质充注压力以及推动气体推动压力；所述温度传感器安装于所述高压容器腔体内，用于监控所述高压容器腔体内测量环境条件的温度；
所述制冷剂工质备液管与所述针头相连，并垂直安装在所述高压容器腔体的盖板内侧，所述基底部件固定于所述针头的下方位置，用于接收所述针头挤出的制冷剂工质液滴；
所述高压环境气体罐与环境气体进口管相连，用于将环境气体通过管路通入所述高压容器腔体内；制冷剂工质罐与制冷剂工质充液管相连，用于将制冷剂工质通过管路充注到所述制冷剂工质备液管内；所述高压推动气体罐与推动气体进口管相连，用于将高压推动气体通过管路通入制冷剂工质备液管内，挤压制冷剂工质经针头滴出形成液滴。
优选地，基底部件包括：被测基底、基底托盘、托盘倾角调节旋钮、托盘支撑架和支撑架高度调节旋钮；
所述被测基底固定于所述托盘支撑架上的基底托盘上，所述托盘倾角调节旋钮和所述支撑架高度调节旋钮分别用于调节基底托盘的倾斜角和托盘支撑架的高度。
优选地，环境气体进口管上安装有针阀；所述制冷剂工质充液管上安装有针阀；所述推动气体进口管上安装有针阀；分别用于通过针阀将气体或制冷剂工质充入。
优选地，高压容器腔体上还安装有针阀，用于对所述高压容器腔体进行抽真空处理，以及辅助调节所述高压容器腔体内的高压测试环境条件。
由上述本发明的制冷剂工质接触角的测量装置提供的技术方案可以看出，本发明装置将环境气体通入可视化高压液滴调控装置，营造制冷剂工质稳定状态液滴形成所需要的高压测量的环境条件，进而利用流控元件配合测量器件将推动气体通入高压容器腔体的制冷剂工质备液管内，将制冷剂工质备液管内的制冷剂工质经针头挤出，在基底上形成处于稳定状态的液滴，利用高速相机配合冷光光源获取液滴形貌图，进而测得制冷剂工质的接触角；本装置是一种简易可靠的制冷剂工质接触角测量装置，可实现不同环境气体条件下各种类型制冷剂工质在不同材料基底上的接触角测量需求；该测量装置结构精巧简易、操作方式简便、测量结果可靠，投入与制造成本较低，使用与维护成本也较低，且可视化高压液滴调控装置可作为单独部件，与市场上的各类商用接触角测量仪配合使用，便于制冷剂工质接触角测量装置的产业化推广与应用。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实施例提供的一种制冷剂工质接触角的测量装置示意图。
附图标记说明：
1可视化高压液滴调控装置 2冷光光源 3高速摄像机 4高压容器腔体 5-1高压可视窗 5-2高压可视窗 6盖板 7-1针阀 7-2针阀 7-3针阀 7-4针阀 8-1压力传感器 8-2压力传感器 9温度传感器 10制冷剂工质备液管 11针头 12被测基底 13基底托盘 14托盘倾角调节旋钮 15托盘支撑架 16支撑架高度调节旋钮 17环境气体进口管 18制冷剂工质充液管 19推动气体进口管 20管路 21高压环境气体罐 22制冷剂工质罐 23高压推动气体罐
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例做进一步的解释说明。
实施例
图1为本实施例提供的一种制冷剂工质接触角的测量装置示意图，参照图1，该装置包括：
冷光光源2、高速摄像机3和可视化高压液滴调控装置1。本发明的制冷剂工质接触角的测量装置利用流控元件与测量器件的匹配协调技术实现制冷剂工质稳定状态液滴的生成以及液滴所处测量环境条件的调控，配合高速相机与冷光光源以获取制冷剂工质的液滴形貌图，进而对其接触角进行测量，接触角测量仪本身就具备有光源和相机，是一个测试系统，但是接触角测量仪绝大部分都是大气环境测量，无法测量制冷剂工质，该可视化高压液滴调控装置相当于为现有的各类接触角测量仪提供了一个测量环境，因此，可视化高压液滴调控装置亦可单独作为部件配合接触角测量仪使用。
冷光光源2用于给可视化高压液滴调控装置1提供光源；高速摄像机3用于拍摄可视化高压液滴调控装置1内的制冷剂工质状态，用于制冷剂工质接触角的测量；可视化高压液滴调控装置1用于营造形成稳定状态的制冷剂工质液滴所需要的高压测量环境条件，使制冷剂工质处于液滴状态。
具体地，可视化高压液滴调控装置1包括：高压容器腔体4、两个压力传感器(8-1、8-2)、温度传感器9、制冷剂工质备液管10、针头11、基底部件、环境气体进口管17、制冷剂工质充液管18、推动气体进口管19、高压环境气体罐21、制冷剂工质罐22和高压推动气体罐23。
高压容器腔体4的前后两侧分别安装有高压可视窗(5-1、5-2)，分别用于高速摄像机3和冷光光源2从高压容器腔体4外进行拍照和补光。
两个压力传感器(8-1、8-2)分别安装于高压容器腔体4内和高压容器腔体4外，高压容器腔体4内的压力传感器8-1用于监控所述高压容器腔体4内测量环境条件的压力，高压容器腔体4外的压力传感器用于监控制冷剂工质充注压力以及推动气体推动压力，(该压力传感器是与制冷剂备液管连通的，所以充注制冷剂时可测量充注压力，充注好之后，推动气体推动备液管内制冷剂时，可测量推动压力)；温度传感器9安装于高压容器腔体4内，用于监控高压容器腔体4内测量环境条件的温度。
制冷剂工质备液管10与针头11相连，并垂直安装在高压容器腔体4的盖板6内侧，基底部件固定于针头11的下方位置，用于接收针头11挤出的制冷剂工质液滴。
基底部件包括：被测基底12、基底托盘13、托盘倾角调节旋钮14、托盘支撑架15和支撑架高度调节旋钮16。
被测基底12固定于托盘支撑架15上的基底托盘13上，托盘倾角调节旋钮14和支撑架高度调节旋钮16分别用于调节基底托盘13的倾斜角和托盘支撑架15的高度。
高压环境气体罐21与环境气体进口管17相连，用于将环境气体通过管路通入高压容器腔体4内；制冷剂工质罐22与制冷剂工质充液管18相连，用于将制冷剂工质通过管路充注到制冷剂工质备液管10内；高压推动气体罐23与推动气体进口管19相连，用于将高压推动气体通过管路通入制冷剂工质备液管10内，挤压制冷剂工质经针头11滴出形成液滴。高压容器腔体4配套高压环境气体罐、制冷剂工质罐22以及高压推动气体罐23使用。
环境气体进口管17上安装有针阀；制冷剂工质充液管18上安装有针阀；推动气体进口管19上安装有针阀；分别用于通过针阀将气体或制冷剂工质充入。
高压容器腔体4上还安装有针阀，用于对所述高压容器腔体进行抽真空处理，以及辅助调节所述高压容器腔体内的高压测试环境条件。
使用本实施例制冷剂工质接触角的测量装置具体步骤如下：使用本发明装置测量制冷剂工质接触角之前，应确保可视化高压液滴调控装置1的耐压性与气密性良好。进行制冷剂工质接触角测量时，首先打开针阀7-4，并确保针阀7-1至7-3处于关闭状态，将与针阀7-4相连的连接管路接入真空泵，对可视化高压液滴调控装置1进行抽真空处理，之后关闭针阀7-4；通过温度传感器9测得高压容器腔体4内常温环境条件下的温度值，根据选定的被测制冷剂工质在常温环境条件下的饱和压力以及形成处于稳定状态液滴所需求的过冷度，确定高压容器腔体4内的高压测量环境条件压力，进而，将高压环境气体接入环境气体进口管17，打开并调节针阀7-1，将高压环境气体罐21中的高压环境气体通入高压容器腔体4内，同时监测压力传感器8-2的数值，达到高压测量环境条件压力时，关闭针阀7-1；接着，将制冷剂工质接入制冷剂工质充液管18，打开并调节针阀7-2，对制冷剂工质罐22采用加热辅助或高压气体辅助方式将制冷剂工质罐22中的制冷剂工质通入制冷剂工质备液管10中，达到一定量之后，关闭针阀7-2；然后，打开高速相机3与冷光光源2，实时聚焦针头11正下方的被测基底12，根据高压测量环境条件的压力，确定合适的推动气体压力，进而，将高压推动气体接入推动气体进口管19，打开并调节针阀7-3，将高压推动气体罐23中的高压推动气体通入制冷剂工质备液管10中，同时监测压力传感器8-1的数值，高压推动气体挤压制冷剂工质备液管10中的制冷剂工质，制冷剂工质经针头11滴出，在被测基底12上形成处于稳定状态的制冷剂工质液滴；最后，利用高速相机3对被测基底12上的制冷剂工质液滴进行对焦，并记录液滴形貌图，通过对液滴形貌图进行后处理与分析，获得制冷剂工质的接触角大小。
本实施例的制冷剂工质接触角的测量装置的工作原理是：基于制冷剂工质两相状态调控的技术基础，为了使制冷剂工质可以在常温环境条件下形成处于稳定状态的液滴，需首先营造制冷剂工质接触角测量所需求的高压测量环境条件，使处于常温环境条件下的制冷剂工质处于过冷液态，确保其不易汽化或蒸发，进而利用高压推动气体挤压制冷剂工质备液管中的制冷剂工质，使其经针头滴出到被测基底上，形成处于稳定状态的制冷剂工质液滴，然后利用高速摄像机拍摄并记录制冷剂工质的液滴形貌，最终通过对制冷剂工质液滴形貌图的后处理与分析来获得与其接触角相关的具体信息。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种制冷剂工质接触角的测量装置，其特征在于，包括：
冷光光源、高速摄像机和可视化高压液滴调控装置；
所述的冷光光源用于给所述的可视化高压液滴调控装置提供光源；
所述的高速摄像机用于拍摄所述可视化高压液滴调控装置内的制冷剂工质状态，用于制冷剂工质接触角的测量；
所述的可视化高压液滴调控装置用于营造形成稳定状态的制冷剂工质液滴所需要的高压测量环境条件，使制冷剂工质处于液滴状态。
2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述的可视化高压液滴调控装置包括：高压容器腔体、两个压力传感器、温度传感器、制冷剂工质备液管、针头、基底部件、环境气体进口管、制冷剂工质充液管、推动气体进口管、高压环境气体罐、制冷剂工质罐和高压推动气体罐；
所述高压容器腔体的前后两侧分别安装有高压可视窗，分别用于所述高速摄像机和所述冷光光源从所述高压容器腔体外进行拍照和补光；
所述的两个压力传感器分别安装于所述高压容器腔体内和所述高压容器腔体外，高压容器腔体内的压力传感器用于监控所述高压容器腔体内测量环境条件的压力，高压容器腔体外的压力传感器用于监控制冷剂工质充注压力以及推动气体推动压力；所述温度传感器安装于所述高压容器腔体内，用于监控所述高压容器腔体内测量环境条件的温度；
所述制冷剂工质备液管与所述针头相连，并垂直安装在所述高压容器腔体的盖板内侧，所述基底部件固定于所述针头的下方位置，用于接收所述针头挤出的制冷剂工质液滴；
所述高压环境气体罐与环境气体进口管相连，用于将环境气体通过管路通入所述高压容器腔体内；制冷剂工质罐与制冷剂工质充液管相连，用于将制冷剂工质通过管路充注到所述制冷剂工质备液管内；所述高压推动气体罐与推动气体进口管相连，用于将高压推动气体通过管路通入制冷剂工质备液管内，挤压制冷剂工质经针头滴出形成液滴。
3.根据权利要求2所述的测量装置，其特征在于，所述的基底部件包括：被测基底、基底托盘、托盘倾角调节旋钮、托盘支撑架和支撑架高度调节旋钮；
所述被测基底固定于所述托盘支撑架上的基底托盘上，所述托盘倾角调节旋钮和所述支撑架高度调节旋钮分别用于调节基底托盘的倾斜角和托盘支撑架的高度。
4.根据权利要求2所述的测量装置，其特征在于，所述的环境气体进口管上安装有针阀；所述制冷剂工质充液管上安装有针阀；所述推动气体进口管上安装有针阀；分别用于通过针阀将气体或制冷剂工质充入。
5.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述的高压容器腔体上还安装有针阀，用于对所述高压容器腔体进行抽真空处理，以及辅助调节所述高压容器腔体内的高压测试环境条件。
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