CN201637702U - 一种测定导热系数、共晶点和共熔点的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种测定导热系数、共晶点和共熔点的装置，其特征在于：包括一个测定共晶点的保温容器(1)和一个测定共熔点的保温容器(2)，两个保温容器(1，2)安装在一个保温设备(3)内；两个保温容器(1，2)中分别设有与PLC(Programmable LogicController，可编程逻辑控制器)处理系统(6，7)连接的测量电压和电阻值的测量装置；低温程序控温系统(8)与测定共晶点的保温容器(1)相连；加热程序控温系统(9)与测定共熔点的保温容器(2)相连；真空控制系统(10)与测定共熔点的保温容器(2)相连。本实用新型装置结构紧凑，可以同时测定导热系数、共晶点和共熔点，能够用于现场测定，测试数据准确。

Description

一种测定导热系数、共晶点和共熔点的装置

技术领域

本实用新型涉及一种用于现场直接测定物质(尤其是溶液)的导热系数、共晶点和共熔点的装置。

背景技术

导热系数也叫导热率，导热系数/导热率是指在稳定传热条件下，1m厚的材料，两侧表面的温差为1摄氏度(K，℃)，在1小时内，通过1平方米面积传递的热量，单位为瓦/米×摄氏度。导热系数的获取采用热敏电阻法。导热系数可以确定溶液的一些基本热物性，可以间接反映冻干效果。

溶液并不是在某一固定温度时凝结，而是在某一温度范围内凝结，当冷却时开始析出晶体的温度称为溶液的冰点，而溶液全部凝结的温度叫做溶液的凝固点。同时也是融化的开始温度(既熔点)，对于溶液来说也是溶质和溶媒共同熔化的温度，又叫做共熔点。可见溶液的冰点与共熔点是不相同的。共熔点才是溶液真正全部凝成固体的温度。

在冻结过程中，仅从表观和温度变化确定产品是否完全冻结是不可能的，随着物态变化电性能的变化，特别是电阻率变化能够反映冻结的过程。因为溶液是离子导电，冻结导致溶液离子静止不动，溶液电阻率明显增大。而有少量液体存在时电阻率将显著下降。因此测量产品的电阻率将能确定产品的共熔点。

共晶点的获取：温度-电阻曲线当由液态转变为固态，待测物的电阻发生变化，记录温度-电阻曲线，该曲线的突变点即是凝固点。

共熔点的获取：在一定压强下，温度-电阻曲线当固体转变为液体，待测物的电阻发生变化，记录温度-电阻曲线，该曲线的突变点即是熔点。共晶点和共熔点对确定冷冻范围非常重要。

目前共晶点，共熔点的测定常采用电阻法测定，但是没有固定的设备，测定所得数据的准确性以及重现性无法保证。导热系数的测定常用差示扫描测定法，但该类设备不适于现场测定。而且不适用于一些性质不稳定，常压常温下易变形的待测物。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种用于现场直接测定物质导热系数、共晶点和共熔点的装置。

本实用新型的目的是这样实现的：一种测定导热系数、共晶点和共熔点的装置，包括一个测定共晶点的保温容器和一个测定共熔点的保温容器，两个保温容器安装在一个保温设备内；因为测定共晶点时温度较低，所以整个测定过程中要求装置隔热隔冷；两个保温容器中分别设有与PLC(Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器)处理系统连接的测量电压和电阻值的测量装置，测量装置将采集到的电压及电阻值输入到PLC处理系统中；

低温程序控温系统与测定共晶点的保温容器的中空壁夹层相连，控制保温容器的温度；加热程序控温系统与测定共熔点的保温容器的中空壁夹层相连，控制保温容器的温度；真空控制系统与测定共熔点的保温容器相连，控制保温容器的真空度。

所述测量装置为两个测电阻的探针和一个热敏电阻。

为了使待测物不受外界温度的影响，本装置均使用保温容器，另外保温容器外围最好再包裹保温材料。所述测定共晶点的保温容器为三层结构，内层装待测物品，中间层充满冷媒介质，外层为中空壁夹层；所述测定共熔点的保温容器为三层结构，内层装待测物品，中间层充满热媒介质，外层为中空壁夹层。

测电阻的探针主要是有三个部分组成的：一是针管：主要是以铜合金为材料；二是弹簧：主要是琴钢线和弹簧钢；三是针头：主要是工具钢(SK)镀镍或者镀金。

探针头部形状由测试点形状决定，尖头探针适用于被测点是凸状的平片状或者有氧化现象；伞型头探针适用于被测点是孔或者是平片状或凹状；平头探针适用于被测点是凸起平片状；内碗口平头探针适用于被测点是凸起；皇冠头探针适用于被测点是凸起或平片状；九爪头探针适用于被测点是平片或者凹状；三针头探针适用于被测点是凹状；圆头探针适用于被测点是间隙较密且凸起或平片状。

对于测液体电阻而言，每种探针都适用。正负两根探针，用于测电阻，并可以据此计算出电导率。热敏电阻为导热系数测定时的探针，通过数据采集并计算可以得出导热系数。

利用本实用新型装置测定共晶点的方法为：

1)在测定共晶点的保温容器中加入待测物品，最好为溶液，打开PLC处理系统；

2)启动低温程序控温系统，向测定共晶点的保温容器的中空壁夹层内通入冷媒介质，介质通常为液氮或氟利昂等，并且逐渐降低温度，温度变化范围为40～-80℃；

3)PLC处理系统记录待测物品的温度和电阻变化，计算得出共晶点。

测定时，两根探针插入在待测物品中，最好为溶液，随着温度的变化，待测物品的电阻发生变化，PLC处理系统会按一定的频率采集待测物品电阻变化值(如2s，5s，10s等，采集频率根据具体实验精度确定)。

测定共熔点的方法为：

1)将已经冻结的物品装入测定共熔点的保温容器中，启动真空控制系统，调节测定共熔点的保温容器内的压强为1Mpa～1.33Pa；打开PLC处理系统；

2)启动加热程序控温系统，向测定共熔点的保温容器的中空壁夹层内通入热媒介质，热媒介质可以是水、甘油、甲基硅油等，逐渐升高温度，温度变化范围为-40至～50℃；

3)PLC处理系统记录待测物品的温度和电阻变化，计算得出共熔点。

测定时，两根探针插入在待测物品中，随着温度的变化，待测物品的电阻发生变化，PLC处理系统会按一定的频率采集待测物品电阻变化值(如2s，5s，10s等，采集频率根据具体实验精度确定)。

共晶点的获取：当待测物由液态转变为固态，其电阻发生变化。记录温度，电阻的值，绘制温度-电阻曲线，曲线的突变点即是共晶点。

共熔点的获取同共晶点。

测定导热系数的方法为：

1)用甘油和水标定热敏电阻的各参数(水和甘油的导热系数参考文献值)：热敏电阻半径a和热敏电阻导热系数k；

2)打开PLC处理系统，记录温度变化时电路中定值电阻上电压的变化，计算得出导热系数。

测定时，由于待测物品温度的变化导致热敏电阻的阻值发生变化，导致PLC处理系统的电路中定值电阻的电压发生变化，按一定频率记录定值电阻的电压变化值(如2s，5s，10s等，记录频率根据具体实验精度确定)，即可计算出导热系数。

PLC处理系统有两个模块组成，一个模块为两个电路系统，一个模块为计算机控制系统。两个电路系统，一个电路系统直接测定电路中的电阻，一个电路系统直接测定电路中定值电阻的电压，经过信号转换，将模拟信号转换成数字信号，被计算机采集，通过程序处理绘制出电阻-温度和导热系数-温度图，获取特定溶液的共熔点、共晶点以及导热系数等参数。程序处理系统可采用现在通用的程序编写语言完成，如C、C++、PASCAL等编程语言。

本实用新型的有益效果为：

1、本实用新型装置结构紧凑，可以同时测定导热系数、共晶点和共熔点，能够用于现场测定，测试数据准确；

2、本实用新型装置设定压强为(1Mpa～1.33Pa)，温度为(-80～40℃)，在设置一定的低温和低压情况下水分可以直接升华，从而有效的抑制热敏性物质发生生物、化学或物理变化，较好的保存原料中的活性物质及原料的色泽；

3、本实用新型装置可测试溶液升温/降温两种过程中的导热系数，反映溶液的性质，预见溶液的冻干效果；

4、利用本实用新型方法测定的导热系数，共晶点和共熔点，可以用来判断溶液的传热性能以及差异和共性，在判断溶液冷冻干燥性状，设定冷冻干燥参数与控制冷冻干燥过程中，可使干燥过程更加合理高效，充分发挥系统效率。

附图说明

图1为本实用新型装置的结构示意图。

具体实施方式

下面通过实施例的方式，对本实用新型技术方案进行详细说明，但是本实用新型的保护范围不局限于所述实施例。

实施例1

一种测定导热系数、共晶点和共熔点的装置，包括一个测定共晶点的保温容器1和一个测定共熔点的保温容器2，两个保温容器1，2安装在一个保温空间3内；两个保温容器1，2中分别设有两根测电阻的探针4和热敏电阻5，测电阻的探针4和热敏电阻5与PLC处理系统6，7连接；所述测定共晶点的保温容器1为三层结构，内层装待测物品，中间层为冷媒介质，外层为中空壁夹层；所述测定共熔点的保温容器2为三层结构，内层装待测物品，中间层为热媒介质，外层为中空壁夹层；

低温程序控温系统8与测定共晶点的保温容器1的中空壁夹层相连；

加热程序控温系统9与测定共熔点的保温容器2的中空壁夹层相连；真空控制系统10与测定共熔点的保温容器2相连。

利用上述测定导热系数、共晶点和共熔点的装置测定共晶点的方法为：

1)在测定共晶点的保温容器1中加入待测物品，打开PLC处理系统6；

2)启动低温程序控温系统8，向测定共晶点的保温容器1的中空壁夹层内通入液氮，逐渐降低温度，控制温度变化范围为40～-80℃；

3)利用PLC处理系统6记录待测物品的温度和电阻变化，计算得出共晶点。

利用上述测定导热系数、共晶点和共熔点的装置测定共熔点的方法为：

1)将已经冻结的物品装入测定共熔点的保温容器2中，启动真空控制系统10，调节测定共熔点的保温容器2内的压强为1Mpa～1.33Pa；打开PLC处理系统7；

2)启动加热程序控温系统9，向测定共熔点的保温容器2的中空壁夹层内通入热水，逐渐升高温度，温度变化范围为-40至～50℃；

3)PLC处理系统7记录待测物品的温度和电阻变化，计算得出共熔点。

利用上述测定导热系数、共晶点和共熔点的装置测定导热系数的方法为：

1)标定热敏电阻的各参数：热敏电阻半径a，热敏电阻阻温系数β和热敏电阻导热系数k，确保热敏电阻的适用性；

2)打开PLC处理系统6，7，记录温度变化时电路中定值电阻的电压变化，计算得出导热系数。

Claims (3)

1.一种测定导热系数、共晶点和共熔点的装置，其特征在于：包括一个测定共晶点的保温容器(1)和一个测定共熔点的保温容器(2)，两个保温容器(1，2)安装在一个保温设备(3)内；两个保温容器(1，2)中分别设有与PLC处理系统(6，7)连接的测量电压和电阻值的测量装置；低温程序控温系统(8)与测定共晶点的保温容器(1)的中空壁夹层相连；加热程序控温系统(9)与测定共熔点的保温容器(2)的中空壁夹层相连；真空控制系统(10)与测定共熔点的保温容器(2)相连。

2.根据权利要求1所述的测定导热系数、共晶点和共熔点的装置，其特征在于：所述测量装置为两个测电阻的探针(4)和一个热敏电阻(5)。

3.根据权利要求1或2所述的测定导热系数、共晶点和共熔点的装置，其特征在于：所述测定共晶点的保温容器(1)为三层结构，内层装待测物品，中间层充满冷媒介质，外层为中空壁夹层；所述测定共熔点的保温容器(2)为三层结构，内层装待测物品，中间层充满热媒介质，外层为中空壁夹层。

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