CN201607389U - 一种旋转滴界面张力仪的气热式控温系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种旋转滴界面张力仪的气热式控温系统，属于检测装置领域，其结构上主要由加热棒、旋转腔体、石英玻璃管、温度传感器、旋转轴、保温套、散热片、铝合金块、陶瓷隔热层、观察窗构成，旋转滴界面张力仪的腔体内装有旋转轴、铝合金块、石英玻璃管、加热棒等部件，旋转轴后端固定一保温套，铝合金块中插入一加热棒，铝合金块上涂履导热硅脂后整面装上散热片，石英玻璃样品管装在旋转轴内，腔体四周六面装有陶瓷隔热层，温度传感器装在腔体环境空气中，腔体两侧及上端装有透明石英玻璃制观察窗；本实用新型可提高控温精度、加热效率、温度读值分辨率，降低目标温度与实际样品温度的差值，全面提升旋转滴界面张力仪的测值精度。

Description

一种旋转滴界面张力仪的气热式控温系统

技术领域

本实用新型涉及一种应用于精细化工、石油石化、轻纺、农药等领域中用来检测用的温度控制实现系统，更具体地说，是一种利用旋转滴法测试液/液以及液/气表面或界面张力仪中的气热式控温系统。

背景技术

液/液界面张力、液/气表面张力以及固/液接触角值等基本指标是表征物质物理化学性质的基本参数，目前应用较广的测试方法包括称重法以及光学图像分析法，旋转滴界面张力仪作为一种测试液/液以及液/气界面张力仪为光学图像分析法的一种，通过分析克服离心力而失重情况下一种液体相(或气体)在另一不相溶液体中的外形轮廓计算得出其相应界面(表面)张力值，本方法可广泛应用于微乳、化妆品等界面张力分析以及油田三采、钻井等工艺中研究及现场监控所用。

温度是影响界面张力测值的最重要指标之一，温度控制的精度将会直接影响到界面张力值的大小，同时，针对旋转滴应用于油田三采监控及品质控制使用的实际，温度除影响到界面张力值外，还会影响到被测油样的粘度，进而间接影响界面张力测值效果。

长期以来，旋转滴界面张力仪温度控制系统受科研及制造技术发展程度所限，无论温度准确度以及控制精度、控制方式均存在很大缺陷，完全不符合界面张力测试对温度的高要求；目前发现的旋转滴界面张力仪的温度控制模式为控制加热源本身温度，用恒定温度控制周围环境中气体的温度，进而利用气体的保温效果加热石英玻璃样品管，最后通过石英玻璃管的导热实现加热被测样品的目的，如图1所示的现有温度控制系统，将两根加热棒1外表涂履导热硅脂后，插入一个铝合金材质制作的旋转腔体5内；将一根PT100温度探头2表面涂履导热硅脂后，装入旋转腔体5内；将旋转轴4插入旋转腔体内通孔，中间保证1mm左右间隙，用塑料材质制成的保温套3套住，以起保温作用；加热控制时，通过给加热棒1供电，加热旋转腔体5，温度传感探头2读取旋转腔体温度值并按目标值控制温度；旋转腔体加热后，以恒定温度对外散热加热保温套腔体内环境气体，气体受热后，对装在旋转轴4内的石英玻璃材质样品进行加热，最后加热的石英玻璃对装在石英玻璃样品内的被测试样品加热，以达到控制被测样品温度的目的。

根据牛顿冷却定理以及热力学定理，从理论上讲，如上所述的温度控制结构是不能达到控制温度即为被测试样品温度的控制目的；通过实验，我们进一步证实，如上控制被测样温度的结构，与理想控温目标差值较大，现有数据显示，如上控制温度结构，在室温22℃左右的条件下，加热目标温度控制30℃左右时，实际旋转腔体内空气温度为28.3℃；目标温度控制45℃左右时，实际旋转腔体内空气温度为40.9℃；目标温度控制为65℃时，实际旋转腔体内空气温度为57.5℃；目标温度控制为85℃时，实际旋转腔体内空气温度为72.4℃；由以上可见，该温度控制结构存在非常大的缺陷。

由于采用如上的设计，导致现有的旋转滴界面张力测试过程中会出现如下现象：

1、测值效率差，由于空气保温效果好，加热空气时间较长，且保温套材料为塑料，绝热效果差，导致达到某目标温度时间非常之长；

2、测试界面张力值与某温度条件下界面张力实际值误差大；

3、测值重复性差；

4、测值过程中出现油样回缩现象，测值稳定性不好；

5、温度读值不准，温度读值误差大，无温度校准功能。

发明内容

为了解决现有技术中的不足，本实用新型提供了一种旋转滴界面张力仪的气热式控温系统，可以提高控温精度、温度读值分辨率，降低目标温度与实际样品温度的差值，全面提升旋转滴界面张力仪的测值精度，可广泛应用于精细化工、石油石化、轻纺、农药等领域。

本实用新型的目的是能过如下的技术方案来实现的：

一种旋转滴界面张力仪的气热式控温系统，主要由加热棒、旋转腔体、石英玻璃管、温度传感器、旋转轴、保温套、散热片、铝合金块、陶瓷隔热层、观察窗构成，旋转滴界面张力仪的腔体内装有旋转轴、铝合金块、加热棒、石英玻璃管等部件，铝合金块中插入一个加热棒(半导体硅片、电热丝、陶瓷等)，使铝合金块形成为一个热源，铝合金块上涂履导热硅脂后整面装上散热片，将石英玻璃样品管装在旋转轴内，旋转轴上套有保温套，腔体四周六面装有陶瓷隔热层，温度传感器装在腔体环境空气中，腔体两侧以及上门装有透明石英玻璃制观察窗。

所述的温度传感器，采用新型半导体数字式温度传感器芯片，测值精度可高达0.0625℃，测值范围可高达-55℃-125℃，作为温度探测器，将其置于旋转轴所在空气环境中，而不是放在加热源上。

所述的加热棒，其外表涂履导热硅脂后插入铝合金制加热块中。

所述的铝合金块，其上面涂履导热硅脂后，安装散热片。

所述的腔体，其外表采用绝热效果非常好的陶瓷材料绝热。

本实用新型通过如下散热过程实现控制被测样温度：用加热棒加热具有散热片的整面铝合金块，形成加热源，加热源加热旋转轴所在腔体的空气，通过温度传感器读取腔体内空气的温度值，并控制其在目标温度的正常波动范围内波动，以恒定温度的空气加热装有被测样品的石英玻璃样品管，通过石英玻璃样品管加热被测样品。

由于采用了以上的技术方案，本实用新型具有如下的有益效果：

1、采用新型半导体数字式温度传感器，温度读取控制电路集中到芯片并以数字方式传输，无需校准，全面提高了温度读取值的精度；

2、采用新的加热并控制样品所在环境里空气的气热式控温方式，间接控制被测液体样的温度值，精度更高，误差更小，全面提高了界面张力测值精度，降低了温度对界面张力测值的影响；

3、采用新的气热式控温方式，使目标温度与真实温度更接近，加热效果更高，全面提高了界面张力测值效率，且多次重复测值，测值偏离小，无明显油滴回缩现象。

附图说明

图1为现有的旋转滴界面张力仪温度控制结构分解示意图；

图2为本实用新型的旋转滴界面张力仪气热式温度控制系统结构示意图。

图1中：1-加热棒，2-温度探头，3-保温套，4-旋转轴，5-旋转腔体；

图2中：1-腔体，2-铝合金块，3-加热棒，4-散热片，5-石英玻璃管，6-温度传感器，7-旋转轴，8-陶瓷隔热层，9-观察窗，10-保温套。

具体实施方式

下面结合附图对实用新型进一步的进行实施描述；

如图2所示，旋转滴界面张力仪腔体1内装有旋转轴、加热器、石英玻璃管等部件；在铝合金块2中插入一个加热棒3，使铝合金块2形成为一个热源；在铝合金块2上涂履导热硅脂后整面装上散热片4，以提升散热效率；加热过程中冷空气下降，热空气上升，利用旋转轴7的转动形成空气对流，实现加热腔体1内部空气的目的；温度传感器6装在腔体环境空气中，读取腔体内空气温度值并利用PID方式控制加热源的加热通断实现控制腔体1内空气温度的目的；将石英玻璃样品管5装在旋转轴7内，利用腔体1内的气体温度散热效应，加热石英玻璃样品管5，进而将热传导给被测液体样品；腔体1四周六面装有陶瓷隔热层8，旋转轴7上套有保温套10，以起到隔热保温效果；腔体两侧以及上门装有透明石英玻璃制观察窗9，从而使得CCD可以捕捉到液滴的外表轮廓形态以测试气热式控温条件下的液/液界面张力或液/气表面张力值等物性指标。

优选地，所述的加热棒，采用半导体硅片、电热丝或陶瓷等。

本实用新型适用于旋转滴界面张力仪控制被测样品温度，以考虑不同温度条件下液/液界面张力值或液/气表面张力值，通过高精度控制被测样品温度，达到提高界面张力精度、提高测值复复性、提高测值效果、减少油样回缩的目的，可广泛应用于石油化工、精细化工、微乳、化妆品等行业的精确测值需要。

Claims (4)

1.一种旋转滴界面张力仪的气热式控温系统，主要由加热棒、旋转腔体、石英玻璃管、温度传感器、旋转轴、保温套、散热片、铝合金块、陶瓷隔热层、观察窗构成，其特征在于，旋转滴界面张力仪的腔体内装有旋转轴、铝合金块、加热棒、石英玻璃管等部件，旋转轴后端固定一保温套，铝合金块中插有一个加热棒，加热棒上部的铝合金块上整面装上散热片，石英玻璃样品管装在旋转轴内，腔体四周六面装有陶瓷隔热层，腔体两侧以及上门装有透明石英玻璃制观察窗。

2.根据权利要求1所述的一种旋转滴界面张力仪的气热式控温系统，其特征在于：所述的铝合金块，中间安装有加热棒且上部的铝合金块表面上涂履导热硅脂。

3.根据权利要求1所述的一种旋转滴界面张力仪的气热式控温系统，其特征在于：所述的温度传感器装置在腔体环境空气中。

4.根据权利要求1所述的一种旋转滴界面张力仪的气热式控温系统，其特征在于：所述的加热棒，为半导体硅片、电热丝或陶瓷。