CN207163947U - 流体导热系数测量仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种流体导热系数测量仪，包括测量仪主机和恒温测量箱，其测量仪主机上设置有四位数码电流和温度显示、五位数码测量显示、控制信号线输入端、热敏信号输入端、温度信号输入端1、温度信号输入端2、温度调节按键、加热按键、电流调节旋钮、功能选择旋钮；测量仪主机内具有微处理器主芯片，模数转换电路、放大电路、控制电路、电桥、恒流源电路和驱动显示电路；恒温测量箱内设置有加热电阻丝，慢速对流风扇、温度传感器、测量盒和热敏电阻测量杆。本测量仪采用改进型的点热源法，可方便的进行多种流体导热系数的测量，适合于流体力学、热学、物理等课程的测量与教学实验。

Description

流体导热系数测量仪

技术领域

本实用新型涉及一种流体导热系数测量仪，属于电子技术应用和实验应用的领域。

背景技术

导热系数是物质重要的热物理性质之一，对工程设计和科学研究具有重要的作用。目前大量的流体导热系数数据仍需要通过实验方法获得，因此，研制和开发流体导热系数测量仪有着重要的现实意义。

通过对导热系数的数值及其变化规律的研究，可以帮助人们认识和研究流体及其混合物的分子结构以及它们的传热机理。流体导热系数在很多研究领域中有重要的作用。如蔬菜和水果的导热系数可以作为选种的依据，而血液的导热系数是进行血液传热研究的基础数据。

目前实验仪器里常见的是对各种金属的导热系数进行测量，还很少有仪器化的流体导热系数的测量仪器。而本实用新型采用目前较好的改进型的点热源法，同时采用热敏电阻替代传统热丝作为加热元件，该方法速度快、精度高，而且能有效减少对流的影响，可测量多种流体的导热系数，并且具有探针所具有的优点，可直接插到液体中进行测量，测量快，其测量结果精确，平均误差小。

实用新型内容

针对现有的测量和实验仪器的不足，本实用新型的流体导热系数测量仪，采用了热敏电阻作为点热源，制成下端为玻璃包封的珠状热敏电阻作为加热元件的热敏电阻测量杆，将其浸入待测流体中，当给热敏电阻通电加热时，由于不同的介质导热能力不同，引起热敏电阻温度随时间的变化不同，但若通入的电流恒定，则热敏电阻温度随时间的变化率与介质的导热系数成反比，从而可计算得到流体导热系数。

本实用新型包括测量仪主机和恒温测量箱，其测量仪主机上设置有四位数码电流和温度显示、五位数码测量显示、控制信号线输入端、热敏信号输入端、温度信号输入端1、温度信号输入端2、温度调节按键、加热按键、电流调节旋钮、功能选择旋钮；测量仪主机内具有微处理器主芯片，模数转换电路、放大电路、控制电路、电桥、恒流源电路和驱动显示电路；其恒温测量箱内设置有加热电阻丝，慢速对流风扇、温度传感器、测量盒和热敏电阻测量杆。

本实用新型的恒温测量箱的面板上设置有控制信号线输出端，温度信号输出端1和温度信号输出端2；其热敏电阻测量杆，外壳是由玻璃材质制成，下端有热敏电阻，热敏电阻前段由两根铂金丝导出，后段为康铜丝，并经测量杆上端的热敏电阻信号导出线导出。

本实用新型的测量仪主机内微处理器主芯片、恒流源电路、电桥、放大电路、模数转换电路依次相连；微处理器主芯片、控制电路、加热电阻丝依次相连；其温度传感、驱动显示电路、按键分别与微处理器主芯片相连；热敏电阻与电桥相连。

本实用新型流体导热系数测量仪的测量仪内的微处理器芯片采用的是TMS320F28X系列芯片。TMS320F28X芯片是TI公司新推出的数字信处理器，是功能强大的32位控制专用的，运算速度高达150MIPS的数字信号处理器，集成了丰富的电机外设和外围接口，它既有数字信号处理能力，又具有强大的事件管理和控制功能，有12位的ADC和六路PWM控制信号，拥有功能强大的扩展外部接口。

本实用新型的测量仪主机内的恒流源的驱动电路采用运放LF353，LF353是一种带内部微调输入偏差电压技术(BI—FETⅡtechnology)的高速运放；它输入阻抗高，并具有极高的转换率，功耗低。同时为达到驱动的大电流输出，在恒流源输出端增加了由Q1、Q2组成的大功率的NPN型达林顿复合管电路。由于由微处理器通过运算形成相应的输出量，可使输出电流误差小于1mA。

本实用新型的测量仪主机上的热敏信号输入端、温度信号输入端1、温度信号输入端2都采用多芯航空插座；而其恒温测量箱面板上的温度信号输出端1和温度信号输出端2也都采用多芯航空插座；采用多芯电缆将它们相连接。

附图说明

图1是恒温测量箱结构图，其中的14是测量盒，15是热敏电阻测量杆，16热敏电阻信号导出线，17是热敏电阻，18、19是温度传感器，20、21是加热电阻丝，22是慢速对流风扇，23是恒温水，24是待测流体。

图2是热敏电阻测量杆结构图，其中的25、26是铂金丝。

图3是恒温测量箱外观图，其中的11是控制信号线输出端，12是温度信号输出端1，13温度信号输出端2。

图4是测量仪主机外观图，其中的1是四位数码电流和温度显示，2是五位数码测量显示，3是控制信号线输入端，4是热敏信号输入端，5是温度信号输入端1，6是温度信号输入端2，7是温度调节按键，8是加热按键，9是电流调节旋钮，10是功能选择旋钮。

图5是系统电路图。

图6是恒流源电路图。

具体实施方式

结合附图，下面具体说明流体导热系数测量仪的工作和电路情况。

本实用新型在使用时，在进行测量中，将待测流体放到由玻璃制成的测量盒中，然后将下端为玻璃包封的珠状热敏电阻的测量杆浸入到待测流体中，并在初始时刻使其处于热平衡，这时当给热敏电阻通入恒定的电流时，热敏电阻发出焦耳热，这时热敏电阻自身会发热而温度升高，但由于不同流体介质的导热能力不同，引起热敏电阻温度随时间的变化不同，热敏电阻温度随时间的变化率与流体介质的导热系数成反比，而经电桥电路，将热敏电阻温度随时间的变化率转换为热敏电阻电压随时间的变化率，从而通过测量热敏电阻端的电压变化关系可计算得到流体导热系数λ。该测量方法的装置较简单，所采用的热敏电阻对温度变化反应灵敏，同时能满足测量精度的要求，平均误差小。

本实用新型的热敏电阻测量杆采用轻薄玻璃包封的热敏电阻作为传感元件，能较好地导热，并能很好的克服漏电，可快速地完成测量特定温度下待测流体的导热系数，并可在实验中，通过改变温度，得到不同温度下，流体导热系数的变化曲线，能用于测定各种流体等介质的导热系数，测定范围较广。测量杆采用精密珠状热敏电阻，阻值精确度要求达到百分之一，阻值变化率为0.1～500KΩ，材料常数B值为3650，采用玻璃封装。

同时实验中，结合功能选择旋钮，可切换对数码显示管对不同测量信号的显示，方便地完成对温度、电流、电压的测量。

由于通用运算放大器一般都具有失调电压及温度漂移，不能直接用于对微弱信号的放大，本实用新型选用测量放大器来实现微信号的放大，并能较好的抑制包括工频、静电和电磁耦合等共模干扰，在本测量仪主机中，选用美国ADI公司的集成测量放大器AD521作为放大电路主芯片，并可调增益。

本实用新型选用的A/D转换器是美国ADI公司的AD7892模数转换器，是高速、低功耗、单+5V电源的逐次逼近型ADC，分辨率为12位，量程为±10V。

本测量仪采用改进型的点热源法，可方便的进行多种流体导热系数的测量，同时克服对流对测量的影响，适合于流体力学、热学、物理等课程的测量与教学实验。

Claims (5)

1.一种流体导热系数测量仪，其特征是：包括测量仪主机和恒温测量箱，其测量仪主机上设置有四位数码电流和温度显示(1)、五位数码测量显示(2)、控制信号线输入端(3)、热敏信号输入端(4)、温度信号输入端1(5)、温度信号输入端2(6)、温度调节按键(7)、加热按键(8)、电流调节旋钮(9)、功能选择旋钮(10)；测量仪主机内具有微处理器主芯片，模数转换电路、放大电路、控制电路、电桥、恒流源电路和驱动显示电路；其恒温测量箱内设置有加热电阻丝(20、21)，慢速对流风扇(22)、温度传感器(18、19)、测量盒(14)和热敏电阻测量杆(15)。

2.根据权利要求1所述的流体导热系数测量仪，其特征是：其恒温测量箱的面板上设置有控制信号线输出端(11)，温度信号输出端1(12)和温度信号输出端2(13)；其热敏电阻测量杆(15)外壳是由玻璃材质制成，下端有热敏电阻(17)，热敏电阻前段由两根铂金丝(25、26)导出，后段为康铜丝，并经测量杆上端的热敏电阻信号导出线(16)导出。

3.根据权利要求1所述的流体导热系数测量仪，其特征是：其测量仪主机内微处理器主芯片、恒流源电路、电桥、放大电路、模数转换电路依次相连；微处理器主芯片、控制电路、加热电阻丝依次相连；其温度传感、驱动显示电路、按键分别与微处理器主芯片相连；热敏电阻与电桥相连。

4.根据权利要求1或权利要求2所述的流体导热系数测量仪，其特征是：其测量仪主机内所采用的微处理器芯片为TMS320F28X系列；测量仪主机内所采用的恒流源运放芯片为LF353，并在输出端具有大功率NPN型达林顿复合管电路；其热敏电阻测量杆的热敏电阻为精密珠状热敏电阻，玻璃封装。

5.根据权利要求1或权利要求2所述的流体导热系数测量仪，其特征是：其测量仪主机上的热敏信号输入端(4)、温度信号输入端1(5)、温度信号输入端2(6)都采用多芯航空插座；其恒温测量箱面板上的温度信号输出端1(12)和温度信号输出端2(13)都采用多芯航空插座。