CN207423852U - 液体比热容流动测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种液体比热容流动测量装置,包括样品储罐、输送泵、恒温箱、测量组件、三通阀以及质量流量计量仪，样品储罐的出口端与输送泵的进口端连通，输送泵的出口端通过换热管与测量组件的进口端连通，换热管置于恒温箱中，测量组件的出口端与三通阀的进口端连通，测量组件包括量热管、温度采集器、电热丝、电压表、电流表以及电源，电热丝置于量热管内，电热丝、电流表、电源以及电压表形成闭合回路，温度采集器具有第一采集端和第二采集端，第一采集端设置在量热管的进口处，第二采集端设置在量热管的出口处。本实用新型具有结构简单，精度高，易于操作、成本低的优点。

Description

液体比热容流动测量装置

技术领域

本实用新型涉及一种液体比热容流动测量装置。

背景技术

液体比热容是衡量液体热力学性质的重要指标，在工业中有着重要的应用。比热容的测定对于了解物质的结构、确定物质的相变、鉴定物质的纯度以及新能源的开发的新材料的研制方面，都起着重要的作用。如制冷剂等化工产品，液态比热容数据对热力学精确状态方程的建立以及热力学能量函数的关系式中具有不可或缺的重要意义。

流体精确的比热容数据主要依靠实验获得。传统的测量方法主要为电热法和比较法。

电加热器对液体加热并检测温度变化就可以获得液体的比热容。由于加热过程中液体会通过容器向周围空气放热，致使检测精度受到影响，且由于液体向周围空气辐射的热量多少难以计量，致使测试结果无法修正，进而导致测得后的液体比热容精度较差。且采用电热法测量液体比热容时，由于搅拌器的搅拌作用，使得回路中的电流极其不稳定，一定程度上影响测量结果的准确度。传统的电热法测量中，为了保证测量结果的准确，在实验装置上采用了内外筒之间加绝热圈，内外筒表面镀金属铬和外筒加盖，同时还采用外界环境温度为中间值的对称测量方法。但是仍不能消除量热系统和外界环境之间的热量交换，存在较大的误差。

而采用比较法时，为了消除因电阻的不同产生的系统误差，需要进行交换测量，导致测量过程十分复杂。

鉴于此，本发明人对上述问题进行深入的研究，遂有本案产生。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种结构简易、精度高、易于操作、成本低的液体比热容流动测量装置。

为了达到上述目的，本实用新型采用这样的技术方案：

液体比热容流动测量装置,包括样品储罐、输送泵、恒温箱、测量组件、三通阀以及质量流量计量仪，三通阀的第一出口与质量流量计量仪连通，三通阀的第二出口与样品储罐的进口端连通，样品储罐的出口端与输送泵的进口端连通，输送泵的出口端通过换热管与测量组件的进口端连通，换热管置于恒温箱中，测量组件的出口端与三通阀的进口端连通，测量组件包括量热管、温度采集器、电热丝、电压表、电流表以及电源，电热丝置于量热管内，电热丝、电流表、电源以及电压表形成闭合回路，温度采集器具有第一采集端和第二采集端，第一采集端设置在量热管的进口处，第二采集端设置在量热管的出口处。

作为本实用新型的一种优选方式，所述量热管包括供液体流动的第一筒体、套设在第一筒体外的第二筒体以及套设在第二筒体外的第三筒体，第一筒体的外壁与第二筒体的内壁之间形成真空腔室，第二筒体的外壁与第三筒体的内壁形成恒温液体腔室。

作为本实用新型的一种优选方式，所述质量流量计量仪上设有收集瓶、收集瓶中设有支架，支架上设有缓冲装置，缓冲装置的进口端与所述三通阀的第一出口连通，缓冲装置的出口端对应收集瓶设置。

作为本实用新型的一种优选方式，所述缓冲装置包括具有第一开口和第二开口的锥筒，第一开口设置在锥筒沿轴向的上端，第二开口设置在锥筒沿轴向的下端，第一开口的孔径小于第二开口的孔径，第二开口上设有缓冲板。

作为本实用新型的一种优选方式，所述换热管为内波纹管换热管。

采用本实用新型的技术方案后，得待测液体与恒温箱内的液体在温度上保持一致，根据热力学第二定律两者之间没有热传递，相互也就没有热辐射，降低热损失，通过采集电压、电流、质量流量、温差等数据，利用公式U*I＝C*q*ΔT求得检测精度较高的比热容，本实用新型具有结构简单，精度高，易于操作、成本低的优点。

附图说明

图1为本实用新型的工作原理图；

图2为本实用新型中测量组件的工作原理图；

图3为本实用新型中量热管的结构示意图；

1-恒温箱、2-换热管、3-测量组件、30-量热管、31-第一筒体、32-第二筒体、33、第三筒体、4-三通阀、5-缓冲装置、51-缓冲板、52-支架、 6-质量流量计量仪、61、收集瓶、7-样品储罐、8-输送泵、9-电热丝、10- 电压表、11-电流表、12-直流稳压电源、131-第一采集端、132-第二采集端、14-温度采集器

具体实施方式

为了进一步解释本实用新型的技术方案，下面结合附图进行详细阐述。

参照图1至图3，液体比热容流动测量装置,包括样品储罐7、输送泵8、恒温箱1、测量组件3、三通阀4以及质量流量计量仪6，样品储罐7、输送泵8、恒温箱1、测量组件3以及三通阀4形成循环通路，三通阀4的第一出口与质量流量计量仪7连通，三通阀4的第二出口与样品储罐7的进口端连通，样品储罐7的出口端与输送泵8的进口端连通，输送泵8的出口端通过换热管2与测量组件3的进口端连通，换热管2置于恒温箱1中，测量组件3的出口端与三通阀4的进口端连通，测量组件3包括量热管30、温度采集器14、电热丝9、电压表10、电流表11以及电源12，电热丝9 置于量热管30内，电热丝9、电流表11、电源12以及电压表10形成闭合回路，温度采集器14具有第一采集端131和第二采集端132，第一采集端 131设置在量热管30的进口处，第二采集端132设置在量热管30的出口处。作为本实用新型的一种优选方式，所述换热管2为内波纹管换热管。

作为本实用新型的一种优选方式，所述量热管30包括供液体流动的第一筒体31、套设在第一筒体31外的第二筒体32以及套设在第二筒体32外的第三筒体33，第一筒体31的外壁与第二筒体32的内壁之间形成真空腔室，第二筒体32的外壁与第三筒体33的内壁形成恒温液体腔室。真空腔的设置降低了待测液体通过导热的方式造成的散热热损失。恒温液体腔室使用的是恒温箱内的液体，待测液体与恒温液在温度上基本保持一致，根据热力学第二定律两者之间没有热传递，相互也就没有热辐射。两者的结合最大限度的降低检测过程中待测液体的热量损失，从而获得较高的测试精度。

作为本实用新型的一种优选方式，所述质量流量计量仪6上设有收集瓶61、收集瓶61中设有支架52，支架52上设有缓冲装置5，缓冲装置5 的进口端与所述三通阀4的第一出口连通，缓冲装置5的出口端对应收集瓶61设置。作为本实用新型的一种优选方式，所述缓冲装置5包括具有第一开口和第二开口的锥筒，第一开口设置在锥筒沿轴向的上端，第二开口设置在锥筒沿轴向的下端，第一开口的孔径小于第二开口的孔径，第二开口上设有缓冲板51。

其中，恒温箱1内充满了用于换热的液体和设置内波纹管换热管2，内波纹管内部为待测溶液，管外部为恒温箱的液体恒温液。换热管为内波纹管，使得待测溶液在绕流的作用下处于湍流的状态，且采用波纹管也增大了换热面积，提高换热效率。恒温箱1主要有三方面的作用：1、使得样品溶液在测量组件3中的入口温度恒定不变。2、为测量组件3提供恒温液，以减少热辐射的影响。3、通过内置的波纹管，使得各个部分的样品温度均匀。

质量流量计量仪6用于称量收集瓶61内待测液体的质量，具有实时监测的功能。数据的采集结果包含质量和时间，通过质量随时间的变化曲线，可以求得在系统稳态测定时待测液体的质量流量。其中，待测液体流入收集瓶61时，出口处具有冲击收集瓶61的作用，为减少此作用力，在锥筒上安装缓冲板51，以减小因冲击力而带来的误差。

测量组件3包括加热测温控制系统，加热测温控制系统包括加热和测温两部分。温度测量系统包括温度采集器14，温度采集器14具有第一采集端131和第二采集端132，第一采集端131和第二采集端132为热电偶。热电偶放置于测量组件3进出口处，对待测液体进行实时测温传输数据至温度采集系统14，实现数据实时采集、更新，以统一对比观测从而确定液体的温升。加热控制系统包括：直流稳压电源12、电流表11、电压表10、电热丝9等附属配件。加热控制系统通过直流稳压电源12对电热丝9进行持续加热，对电压表10和电流表11进行实时监测，待系统达到稳态时，测定并记录电压值和电流值。

本实施例装置测量的方法，包括以下步骤：

切断三通阀4与缓冲装置5之间的流体，保持样品储罐7与测量组件3 之间的流体畅通。打开输送泵8，使得样品储罐7内的待测液体在输送泵8 的作用下进入内波纹管换热管2，由于内波纹管的绕流作用，使得液体处于湍流状态，并与恒温箱1中的恒温液进行热交换，待液体混合均匀后通过管路流入测量组件3。在量热管30内，待测液体受到电热丝9的加热作用，温度升高，之后待测液体流回到样品储罐7中等待下一个循环。其中，量热管30通过直流稳压电源12对电热丝9进行加热，并由电压表10和电流表11测定电压和电流。同时，第一采集端131和第二采集端132放置于量热管30进出口处，对待测液体的进出口温度T1和T2进行实时测温传输数据至温度采集器14。为获得可靠的测量数据，量热管30采用了外置真空腔和外流恒温箱内液体的方式减少流体的散热热损失。

待T1和T2温度不变时，开启质量质量流量计量仪6，切换三通阀4，使得测量组件3与缓冲装置5之间的流体畅通，样品储罐7与测量组件3 之间的流体切断。此时的样品溶液会通过缓冲装置5落到缓冲板51后流入收集瓶61中。质量流量计量仪6采集质量与时间两者的数据，然而测量系统刚开始工作时，液体质量流量会有一段处于暂态不平衡的阶段，这段时间内流入收集瓶61的液体重量应不计入测试数据。待液体质量流量稳定后，获取时间间隔内的液体质量流量。

通过计算得到被测液体的比热容，计算公式为：U*I＝C*q*ΔT。其中,ΔT是温度采集器14采集到的温度信号T1和T2的差值，q是获取的液体质量流量，U是电压，I是电流。

本实用新型至少具有如下优点：

1、使得待测液体与恒温箱1内的液体在温度上保持一致，根据热力学第二定律两者之间没有热传递，相互也就没有热辐射，且使用真空腔，降低了导热的效果，使得检测过程中待测液体的热量损失减少，从而获得较高的测试精度。因此具有检测精度不受热辐射和导热的影响，检测精度较高的特点。

2、根据采集的时间与质量的关系图，使用斜率得到质量流量，可以避免开关切换时对测量产生的影响。

3、恒温箱1内的换热管2采用内波纹管，增加湍流效应，使得各个部分的样品温度均匀，减小其对测量的影响。

3、输送泵的安装提供整个循环的动力，将其放置于恒温箱1前，使得其对样品溶液的能量影响在后面的恒温箱1内进行消除，使得测量组件3 的入口段T1的温度保持不变。

4、用于推算的数据是采集稳态过程时的测量值，排除电热丝、温度计等对测量结果的影响。整个测定过程的精度与操作技巧无关，各个参数均为稳定值，易于操作。与现有的技术相比，本发明具有精度高、成本低的特点。

本实用新型的产品形式并非限于本案图示和实施例，任何人对其进行类似思路的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本实用新型的专利范畴。

Claims (5)

1.液体比热容流动测量装置,其特征在于：包括样品储罐、输送泵、恒温箱、测量组件、三通阀以及质量流量计量仪，三通阀的第一出口与质量流量计量仪连通，三通阀的第二出口与样品储罐的进口端连通，样品储罐的出口端与输送泵的进口端连通，输送泵的出口端通过换热管与测量组件的进口端连通，换热管置于恒温箱中，测量组件的出口端与三通阀的进口端连通，测量组件包括量热管、温度采集器、电热丝、电压表、电流表以及电源，电热丝置于量热管内，电热丝、电流表、电源以及电压表形成闭合回路，温度采集器具有第一采集端和第二采集端，第一采集端设置在量热管的进口处，第二采集端设置在量热管的出口处。

2.如权利要求1所述的液体比热容流动测量装置,其特征在于：所述量热管包括供液体流动的第一筒体、套设在第一筒体外的第二筒体以及套设在第二筒体外的第三筒体，第一筒体的外壁与第二筒体的内壁之间形成真空腔室，第二筒体的外壁与第三筒体的内壁形成恒温液体腔室。

3.如权利要求2所述的液体比热容流动测量装置,其特征在于：所述质量流量计量仪上设有收集瓶、收集瓶中设有支架，支架上设有缓冲装置，缓冲装置的进口端与所述三通阀的第一出口连通，缓冲装置的出口端对应收集瓶设置。

4.如权利要求3所述的液体比热容流动测量装置,其特征在于：所述缓冲装置包括具有第一开口和第二开口的锥筒，第一开口设置在锥筒沿轴向的上端，第二开口设置在锥筒沿轴向的下端，第一开口的孔径小于第二开口的孔径，第二开口上设有缓冲板。

5.如权利要求4所述的液体比热容流动测量装置,其特征在于：所述换热管为内波纹管换热管。