CN115372407A - 一种检测氟碳绝缘冷却液热膨胀系数的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种检测氟碳绝缘冷却液热膨胀系数的装置及方法，装置包括恒温箱、密封管、密封塞、毛细管、温度探头与冷凝组件；密封管内盛装氟碳绝缘冷却液，温度探头穿过密封塞设置于密封管的空腔内，以监测氟碳绝缘冷却液的实时温度；毛细管底部插设于密封塞内，毛细管顶部密封连接冷凝组件，冷凝组件用于冷凝汽化的氟碳绝缘冷却液，并使液态的氟碳绝缘冷却液回流至毛细管；检测方法包括：调节恒温箱温度，记录装置内氟碳绝缘冷却液在不同温度点的体积，通过公式计算氟碳绝缘冷却液的热膨胀系数；本发明装置结构简单，操作方便，能满足氟碳绝缘冷却液这类易挥发液体在不同温度区间的热膨胀系数的检测，检测方法简单，易操作。

Description

一种检测氟碳绝缘冷却液热膨胀系数的装置及方法

技术领域

本发明属于膨胀系数检测技术领域，尤其涉及一种检测氟碳绝缘冷却液热膨胀系数的装置及方法。

背景技术

当物体受热时，组成物质的粒子的运动速度会加快，因此占据了额外的空间，这种现象称为热膨胀。固体、液体、气体都有热膨胀现象，液体的热膨胀率约比固体大10倍，气体的热膨胀率约比液体大100倍左右。

液体的热膨胀系数是指单位体积的液体温度每变化1℃时其体积的变化量，通常指给定温度范围内的平均系数。它对于计算一定温度范围内盛装液体容器的尺寸非常重要，同时它也可用于计算非弹性装置充入液体后，液体冷却到低温时的空隙体积。因此，绝缘液体热膨胀系数在蒸发冷却变压器、电容器等设备的设计方面有重要的作用。而由于氟碳绝缘冷却液易挥发，现有的测量液体热膨胀系数的方法和装置不适用，无法满足氟碳绝缘冷却液热膨胀系数的测量。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的缺陷，提供一种检测氟碳绝缘冷却液热膨胀系数的装置及方法。

本发明解决以上缺陷采用的技术方案是：一种检测氟碳绝缘冷却液热膨胀系数的装置，包括用于提供检测温度的恒温箱、设置于恒温箱内部的具有空腔的密封管、设置于所述密封管开口端用于密封所述密封管的密封塞、毛细管、插设于密封管空腔内的温度探头、冷凝组件；

所述密封管内盛装待测氟碳绝缘冷却液，所述温度探头穿过所述密封塞设置于密封管的空腔内，以监测所述密封管内的氟碳绝缘冷却液的实时温度；

所述毛细管底部插设于所述密封塞内，以监测装置内的氟碳绝缘冷却液在待测温度区间的体积变化，所述毛细管顶部密封连接所述冷凝组件，所述冷凝组件用于冷凝汽化的氟碳绝缘冷却液，并使液态的氟碳绝缘冷却液回流至所述毛细管。

进一步地，在所述的装置中，优选所述恒温箱的温控范围为-60℃～120℃。

进一步地，在所述的装置中，优选所述密封塞的底部为中间高外侧低的拱形结构。

进一步地，在所述的装置中，优选所述密封塞的中心部位开设贯穿孔，所述毛细管插设于所述贯穿孔内，所述毛细管的底部高于所述密封塞的底部，或所述毛细管的底部与所述密封塞的底部齐平。

进一步地，在所述的装置中，优选所述冷凝组件为冷凝管。

进一步地，在所述的装置中，优选所述密封塞上开设有穿插孔，所述温度探头穿过所述穿插孔设置于所述密封管的空腔内。

进一步地，在所述的装置中，优选所述毛细管的外壁与所述密封塞紧密贴合；所述毛细管的量程为2-25mL，所述毛细管的最小分度值为0.02-0.1mL。

一种检测氟碳绝缘冷却液热膨胀系数的方法，该方法采用上述所述的装置，包括以下步骤：

S1、向密封管内注满氟碳绝缘冷却液，在密封管顶部塞入密封塞，选择适宜规格的毛细管，将温度探头、毛细管插设于密封塞上；

S2、从毛细管顶端加入满足检测量的氟碳绝缘冷却液，装置内若有气泡，则排出；

S3：放置于恒温箱内，所述毛细管顶部密封连接冷凝组件；

S4：调节恒温箱温度，记录装置内氟碳绝缘冷却液在不同温度点的体积，通过公式

计算不同温度区间内氟碳绝缘冷却液的热膨胀系数，其中α为热膨胀系数，t₀为起始温度，t_i为终止温度，V₀表示装置内氟碳绝缘冷却液在t₀℃时的体积，V_i表示装置内氟碳绝缘冷却液在t_i℃时的体积。

进一步地，在所述的方法中，优选在所述S1步骤中，当检测氟碳绝缘冷却液在-10～0℃的热膨胀系数时，选用量程为2mL、最小分度值为0.02mL的毛细管；

当检测氟碳绝缘冷却液在20℃～40℃的热膨胀系数时，选择量程为5mL、最小分度值为0.05mL的毛细管；

当检测氟碳绝缘冷却液在20℃～90℃的热膨胀系数时，选择量程为10mL、最小分度值为0.1mL的毛细管；

当检测氟碳绝缘冷却液在-25℃～90℃的热膨胀系数时，选择量程为25mL、最小分度值为0.1mL的毛细管。

进一步地，在所述的方法中，优选在所述S2步骤中，所述满足检测量的氟碳绝缘冷却液为：毛细管内的液面高度在零刻度线至最大量程之间。

本发明的有益效果：本发明提供的一种检测氟碳绝缘冷却液热膨胀系数的装置，通过设置恒温箱、密封管、毛细管以及冷凝组件对易挥发的氟碳绝缘冷却液进行热膨胀系数检测；其中，恒温箱对密封管内的氟碳冷却液进行控温，氟碳绝缘冷却液受热汽化，冷凝组件冷凝受热汽化的氟碳绝缘冷却液，使其变为液态的氟碳绝缘冷却液并回流至毛细管内，避免了氟碳绝缘冷却液受热挥发影响检测数据的准确性；本发明的装置结构简单，操作方便，能满足氟碳绝缘冷却液这类易挥发液体在不同温度区间的热膨胀系数的检测，检测方法简单，易操作。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明的检测氟碳绝缘冷却液热膨胀系数的装置的结构示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接或者间接位于该另一个部件上。当一个部件被称为“连接于”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。

术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置为基于附图所示的方位或位置，仅是为了便于描述，不能理解为对本技术方案的限制。术语“第一”、“第二”等仅用于便于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明技术特征的数量。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

如图1所示，一种检测氟碳绝缘冷却液热膨胀系数的装置，包括用于提供检测温度的恒温箱1、设置于恒温箱1内部的具有空腔的密封管2、设置于密封管2开口端用于密封密封管2的密封塞3、毛细管4、插设于密封管2空腔内的温度探头5、冷凝组件6；密封管2内盛装待测氟碳绝缘冷却液，温度探头5穿过密封塞3设置于密封管2的空腔内，以监测密封管2内的氟碳绝缘冷却液的实时温度；毛细管4底部插设于密封塞3内，且与密封管2内空腔连通，以监测装置内的氟碳绝缘冷却液在待测温度区间的体积变化，毛细管4顶部密封连接冷凝组件6，毛细管4管内与冷凝组件6连通，冷凝组件6用于冷凝汽化的氟碳绝缘冷却液，并使液态的氟碳绝缘冷却液回流至毛细管4。

本发明提供的一种检测氟碳绝缘冷却液热膨胀系数的装置，通过设置恒温箱、密封管、毛细管以及冷凝组件对易挥发的氟碳绝缘冷却液热膨胀系数进行检测；其中，恒温箱对密封管内的氟碳冷却液进行控温，氟碳绝缘冷却液受热汽化后，冷凝组件冷凝受热汽化的氟碳绝缘冷却液，使其变为液态的氟碳绝缘冷却液并回流至毛细管内，避免了氟碳绝缘冷却液受热挥发影响检测数据的准确性；本发明的装置结构简单，操作方便，能满足氟碳绝缘冷却液这类易挥发液体在不同温度区间的热膨胀系数的检测，检测方法简单，易操作。

进一步地，优选恒温箱1的温控范围为-60℃～120℃；液体的膨胀系数是单位体积温度每变化1℃时液体体积的变化量，通常指给定温度范围内的平均系数。也就是说，检待测物测膨胀系数时必须是在一定的温度范围内，而氟碳绝缘冷却液的凝固点小于-80℃，沸点约为110℃，且应用时的温度范围通常是-40℃～100℃，故至少要检测氟碳绝缘冷却液在-40～-100℃的热膨胀系数，而恒温箱1是用于给氟碳绝缘冷却液提供相应的检测温度，故优选恒温箱1的温控范围略大于氟碳绝缘冷却液的检测范围，优选恒温箱1的温控范围为-60℃～120℃。

进一步地，优选密封塞3的底部为中间高外侧低的拱形结构；当恒温箱1加热时，装置内氟碳绝缘冷却液受热膨胀，当密封塞3的底部为平面结构时，容易使得汽化的氟碳绝缘冷却液在密封塞3的平面底部堆积，形成气室，从而影响测量数据的准确性，而将密封塞3的底部设计为中间高外侧低的拱形结构，可使得汽化的氟碳绝缘冷却液在经过密封塞3拱形结构的底部时自然的向毛细管4上方流动，防止形成气室。

进一步地，优选密封塞3的中心部位开设贯穿孔31，毛细管4插设于贯穿孔31内，毛细管4的底部高于密封塞3的底部，可以理解的毛细管4的一端是设置于密封塞3内部，并没有穿过贯穿孔31伸至密封管2的管内，或毛细管4的底部与密封塞3的底部齐平；当毛细管4穿过贯穿孔31从而伸至密封塞3外，密封管2内也容易形成气室，影响检测数据的准确性。

进一步地，优选冷凝组件6为冷凝管，当检测氟碳绝缘冷却液时，在冷凝管的进水口接入进水管以通入冷媒，出水口连接出水管，进而使得冷凝管内保持较低的温度，汽化的氟碳绝缘冷却液在经过冷凝管时遇冷冷凝，形成液态的氟碳绝缘冷却液，液态的氟碳绝缘冷却液回流至毛细管4；冷凝管的设置避免了氟碳绝缘冷却液遇热后汽化、挥发，减少数据的误差，进而提高了数据检测的可靠性、准确性，并且冷凝管的结构简单，冷凝效果好，成本低；当然冷凝组件6也可以为其他具有冷凝作用的冷凝组件6，如一个密闭冷凝腔室，在密闭冷凝腔室内设置多个金属冷凝件，密闭冷凝腔室设置在毛细管4上方，且密封冷凝腔室与毛细管4管内连通，金属冷凝件对汽化的氟碳绝缘冷却液进行冷凝，并使液态的氟碳绝缘冷却液回流至毛细管4内。

进一步地，装置还包括固定件7，在恒温箱1顶部对应毛细管4的位置开设有安装口11，固定件7通过安装口11安装于恒温箱1上，固定件7顶部开有与冷凝管底端形状大小相匹配的安装槽71，冷凝管底部密封连接至安装槽71内，固定件7底部开有与毛细管4形状大小相匹配的通孔71，毛细管4的顶部密封连接至通孔71内，安装槽71与通孔71连通以使毛细管4与冷凝管连通，使得冷凝管可用于冷凝汽化的氟碳绝缘冷却液，形成液态的氟碳绝缘冷却液，并使液态的氟碳绝缘冷却液回流至毛细管4内，从而提高易挥发的氟碳绝缘冷却液热膨胀系数的数据的可靠性。

进一步地，优选密封塞3上开设有穿插孔32，温度探头5穿过穿插孔32设置于密封管2的空腔内，温度探头5用于监测密封管2内的氟碳绝缘冷却液的实时温度。

进一步地，优选毛细管4的外壁与密封塞3紧密贴合，防止形成气室；毛细管4的量程为2-25mL，毛细管4的最小分度值为0.02-0.1mL。

一种检测氟碳绝缘冷却液热膨胀系数的方法，该方法采用上述的装置检测，包括以下步骤：

S1、向密封管2内注满氟碳绝缘冷却液，在密封管2顶部塞入密封塞3，选择适宜规格的毛细管4，将温度探头5、毛细管4插设于密封塞3上；其中，装置需提前进行体积标定，可以理解为，室温时，当密封管2内注满氟碳绝缘冷却液，温度探头5、毛细管4插设于密封塞3，毛细管4内灌装有氟碳绝缘冷却液且液面高度处于零刻度线时(装置内无气泡)，测量此时装置内氟碳绝缘冷却液的总体积V₀₁，该体积为标定体积(可通过体积测量法、密度测量法、重量测量法等方法进行测量),毛细管4、密封管2以及密封塞3的尺寸规格的不同，最终的标定体积也不同。

S2、从毛细管4顶端加入满足检测量的氟碳绝缘冷却液，装置内若有气泡，则排出。

进一步地，优选在S2步骤中，满足检测量的氟碳绝缘冷却液指的是在检测过程中，毛细管4内的液面在零刻度线至最大量程之间，进而保证在检测中能读取到氟碳绝缘冷却液在不同温度下的体积。

S3：放置于恒温箱1内，毛细管4顶部密封连接冷凝组件6。

S4：调节恒温箱1温度，记录氟碳绝缘冷却液在不同温度点的体积，可以理解为，调节恒温箱1至待测温度区间的理论起始温度，记录温度探头5监测到的实时起始温度t₀，记录在实时起始温度t₀下毛细管4的液面位置读数V₀₂，此时计算得到实时起始温度t₀下装置内氟碳绝缘冷却液的体积V₀(V₀＝V₀₂+V₀₁)；调节恒温箱1至待测温度区间的理论终止温度，记录温度探头5监测到的实际终止温度t_i，记录在实际终止温度t_i下毛细管4的液面位置读数V_i1，此时计算得到在实际终止温度t_i下装置内氟碳绝缘冷却液的体积V_i(V_i＝V_i1+V₀₁)，进而通过公式

计算不同温度区间内氟碳绝缘冷却液的热膨胀系数，其中α为热膨胀系数，t₀为实际起始温度，t_i为实际终止温度，V₀表示装置内氟碳绝缘冷却液在t₀℃时的体积，V_i表示装置内氟碳绝缘冷却液在t_i℃时的体积。

毛细管4规格的选择及液量的确定：当检测氟碳绝缘冷却液的温度区间跨度小的热膨胀系数时(如-20～0℃、0～20℃、20～40℃等温度区间)，优先选择量程5mL、最小分度值0.05mL的毛细管4进行试测，现以-20℃～0℃为例进行描述：A、在常温时，向密封管2内加满氟碳绝缘冷却液，连接装置各部件(除冷凝组件6外)，从毛细管4顶端加入适量氟碳绝缘冷却液，装置内若有气泡，需排出，然后将装置置于恒温箱1中，将恒温箱1的温度设置成-20℃，静置约1小时，观察液面位置：a、液面如低于毛细管4的零刻度线，则加入少量常温的液样，恒温箱1中静置1小时，再观察，重复操作，直至在-20℃时，液面稍高于毛细管4的零刻度线，此时即可确定在-20℃的液量；b、液面如过高于毛细管4的零刻度线，则吸出少量液样，恒温箱1中静置0.5小时，再观察，重复操作，直至在-20℃时，液面稍高于毛细管4的零刻度线，此时即可确定在-20℃的液量；B、-20℃时的液面位置确定后(即此温度区间的液量已确定)，将恒温箱1设置成0℃，静置1小时，观察液面是否在毛细管4的中段或上段(液面位置不能超过毛细管的量程)，如果液面在毛细管4的中段或上段则表明选择该规格、量程的毛细管4较为合适。如果液面在毛细管4的下段，说明需要选择量程小一些的毛细管4，重新进行A、B两项步骤，确定该规格的毛细管4及液量是否满足试验要求。当检测氟碳绝缘冷却液的温度区间跨度大时，如20℃～90℃，优先选择量程10mL、最小分度值0.1mL的毛细管4，参考以上A、B步骤进行试测毛细管4的规格及液样用量。

进一步地，优选在S1步骤中，当检测氟碳绝缘冷却液在-10～0℃的热膨胀系数时，选用量程为2mL、最小分度值为0.02mL的毛细管4；当检测氟碳绝缘冷却液在20℃～40℃的热膨胀系数时，选择量程为5mL、最小分度值为0.05mL的毛细管4；当检测氟碳绝缘冷却液在20℃～90℃的热膨胀系数时，选择量程为10mL、最小分度值为0.1mL的毛细管4；当检测氟碳绝缘冷却液在-25℃～90℃的热膨胀系数时，选择量程为25mL、最小分度值为0.1mL的毛细管4。

在一具体实施方式中，检测氟碳绝缘冷却液在20℃～90℃的温度区间的热膨胀系数，首先向密封管2内注满氟碳绝缘冷却液，在密封管2顶部塞入密封塞3，选择适宜规格的毛细管4(量程10mL、最小分度值0.1mL)，将温度探头5插设于密封塞3并伸至密封管2内腔内，将毛细管4插设于密封塞3且使毛细管4底部与密封塞3底部对应位置齐平；对装置进行体积标定，得到从密封管2到毛细管4的零刻度时装置内的氟碳绝缘冷却液的体积为72.7mL，从毛细管4顶端加入适量的氟碳绝缘冷却液(加入的氟碳绝缘冷却液的量必须保证在试验过程中液面位置在毛细管4的零刻度线至最大量程之间)，装置内若有气泡，则排出；将以上装置放置于恒温箱1中，毛细管4顶部连接冷凝管；将恒温箱1的起始温度设置为20℃，静置1.5小时后，此时温度探头5检测到的温度t₀为19.9℃，装置内的氟碳绝缘冷却液的体积V₀为73.52mL(该体积为密封管2以及毛细管4内的氟碳绝缘冷却液体积之和，其中读取到毛细管4内由零刻度线至液面高度的氟碳绝缘冷却液的体积为0.82mL，由密封管2底部到毛细管4零刻度线的氟碳绝缘冷却液为标定体积，该标定体积为72.7mL)，再将恒温箱1终止温度设置为90℃，静置1.5小时后，此时温度探头5检测到的温度t_i为90.3℃，装置内的氟碳绝缘冷却液的体积V_i为82.33mL(该体积为密封管2以及毛细管4内的氟碳绝缘冷却液体积之和，其中读取到毛细管4内由零刻度线至液面高度的氟碳绝缘冷却液的体积为9.63mL，由密封管2底部到毛细管4零刻度线的氟碳绝缘冷却液为标定体积，该标定体积为72.7mL)，按照公式

计算在温度区间为19.9℃～90.3℃下氟碳绝缘冷却液的热膨胀系数是0.001702。

Claims (10)

1.一种检测氟碳绝缘冷却液热膨胀系数的装置，其特征在于，包括用于提供检测温度的恒温箱(1)、设置于恒温箱(1)内部的具有空腔的密封管(2)、设置于所述密封管(2)开口端用于密封所述密封管(2)的密封塞(3)、毛细管(4)、插设于密封管(2)空腔内的温度探头(5)、冷凝组件(6)；

所述密封管(2)内盛装待测氟碳绝缘冷却液，所述温度探头(5)穿过所述密封塞(3)设置于密封管(2)的空腔内，以监测所述密封管(2)内的氟碳绝缘冷却液的实时温度；

所述毛细管(4)底部插设于所述密封塞(3)内，以监测装置内的氟碳绝缘冷却液在待测温度区间的体积变化，所述毛细管(4)顶部密封连接所述冷凝组件(6)，所述冷凝组件(6)用于冷凝汽化的氟碳绝缘冷却液，并使液态的氟碳绝缘冷却液回流至所述毛细管(4)。

2.根据权利要求1所述的检测氟碳绝缘冷却液热膨胀系数的装置，其特征在于，所述恒温箱(1)的温控范围为-60℃～120℃。

3.根据权利要求1所述的检测氟碳绝缘冷却液热膨胀系数的装置，其特征在于，所述密封塞(3)的底部为中间高外侧低的拱形结构。

4.根据权利要求1所述的检测氟碳绝缘冷却液热膨胀系数的装置，其特征在于，所述密封塞(3)的中心部位开设贯穿孔(31)，所述毛细管(4)插设于所述贯穿孔(31)内，所述毛细管(4)的底部高于所述密封塞(3)的底部，或所述毛细管(4)的底部与所述密封塞(3)的底部齐平。

5.根据权利要求1所述的检测氟碳绝缘冷却液热膨胀系数的装置，其特征在于，所述冷凝组件(6)为冷凝管。

6.根据权利要求1所述的检测氟碳绝缘冷却液热膨胀系数的装置，其特征在于，所述密封塞(3)上开设有穿插孔(32)，所述温度探头(5)穿过所述穿插孔(32)设置于所述密封管(2)的空腔内。

7.根据权利要求1所述的氟碳绝缘冷却液热膨胀系数的装置，其特征在于，所述毛细管(4)的外壁与所述密封塞(3)紧密贴合；所述毛细管(4)的量程为2-25mL，所述毛细管(4)的最小分度值为0.02-0.1mL。

8.一种检测氟碳绝缘冷却液热膨胀系数的方法，该方法采用权利要求1-7任意一项所述的装置进行检测，其特征在于，包括以下步骤：

S1、向密封管(2)内注满氟碳绝缘冷却液，在密封管(2)顶部塞入密封塞(3)，选择适宜规格的毛细管(4)，将温度探头(5)、毛细管(4)插设于密封塞(3)上；

S2、从毛细管(4)顶端加入满足检测量的氟碳绝缘冷却液，装置内若有气泡，需排出；

S3：放置于恒温箱(1)内，所述毛细管(4)顶部密封连接冷凝组件(6)；

S4：调节恒温箱(1)温度，记录装置内氟碳绝缘冷却液在不同温度点的体积，通过公式

计算不同温度区间内氟碳绝缘冷却液的热膨胀系数，其中α为热膨胀系数，t₀为起始温度，t_i为终止温度，V₀表示装置内氟碳绝缘冷却液在t₀℃时的体积，V_i表示装置内氟碳绝缘冷却液在t_i℃时的体积。

9.根据权利要求8所述的检测氟碳绝缘冷却液热膨胀系数的方法，其特征在于，在所述S1步骤中，当检测氟碳绝缘冷却液在-10～0℃的热膨胀系数时，选用量程为2mL、最小分度值为0.02mL的毛细管(4)；

当检测氟碳绝缘冷却液在20℃～40℃的热膨胀系数时，选择量程为5mL、最小分度值为0.05mL的毛细管(4)；

当检测氟碳绝缘冷却液在20℃～90℃的热膨胀系数时，选择量程为10mL、最小分度值为0.1mL的毛细管(4)；

当检测氟碳绝缘冷却液在-25℃～90℃的热膨胀系数时，选择量程为25mL、最小分度值为0.1mL的毛细管(4)。

10.根据权利要求8所述的检测氟碳绝缘冷却液热膨胀系数的方法，其特征在于，在所述S2步骤中，所述满足检测量的氟碳绝缘冷却液为：在检测过程中，毛细管(4)内的液面高度在零刻度线至最大量程之间。

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