CN2272139Y

CN2272139Y - 一种测量气体热导率的装置

Info

Publication number: CN2272139Y
Application number: CN 96229313
Authority: CN
Inventors: 刘才明
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 1996-02-11
Filing date: 1996-02-11
Publication date: 1998-01-07
Anticipated expiration: 2006-02-11

Abstract

一种测量气体热导率的装置,其特征是真空测量装置4由放电管41和U形油压强计42组成,其中U形油压强计42的两端分别通过活塞K4、K5接在导管L2上,该压强计的一侧布置一个刻有标志压强值的可移动标尺B。同现有技术比较,本实用新型具有操作简便、读数准确、且无环境污染等优点。

Description

一种测量气体热导率的装置

本实用新型涉及一种测量热量传导率的装置，特别涉及一种测量气体热导率的装置。

热线法测量气体热导率的装置，用于测量气体的热导率，其测量室是一个沿轴线方向张有一根钨丝的圆柱形容器，置于测量室内钨丝的长度和直径是已知的，测量室的内径已预先确定，利用热线恒温自动调节仪给钨丝供电，当测量室内温度场处于恒定状态时，钨丝上的温度为某一恒定值，待测气体的热导率根据傅里叶热导率定律为

k = \frac{Q}{2 πL} \cdot \frac{l_{n} r_{2} / r_{1}}{T_{1} - T_{2}}

式中1、r₂、r₁分别为测量室长度、钨丝半径、测量室内壁半径，T₁为钨丝温度，T₂为测量室内壁温度，可近似视为室温，Q为常压下气体每秒钟通过测量室柱面传输的热量。

为了消除被测气体内部存在热对流的影响，气体热导率的测量应在133～1333Pa的低气压条件下进行，在不同的压强P下，气体传导的热量Q是不同的，近似关系式为：1/Q＝A/P+1/Q_o，其中A为常数，Q_o为常压下气体热传导热量。以1/Q为横座标、1/P为纵座标作图，两者成线性关系，其截距即为常压下气体热传导热量。

常用的测量气体热导率的装置，由机械泵、测量室、干燥器、真空测量装置、活塞以及连接管导组成，其中测量室接在管导上，其轴线处张设钨丝，钨丝两端与热线恒温自动调节仪连接，干燥器的一端通过一个活塞接管导，其另一端与一个活塞连接，真空测量装置是将旋转式麦克劳压强计接在管导上。该装置存在以下缺陷：

1.真空测量采用的旋转式麦克劳压强计，以水银为工作介质且开管使用，水银在20℃时饱和蒸汽压为0.21Pa，难免会造成对实验环境的污染，若有不慎还会造成水银柱断裂乃至水银倒灌等不良后果。

2.旋转式麦克劳压强计与待测系统连接需采用优质橡皮管，难免给真空检漏带来麻烦。

3.旋转式麦克劳压强计只能作断续的取样测量，操作极为不便，同时，由于以水银作为工作介质，水银比重较大，测量精确度不高。

本实用新型的目的在于提供一种新颖的测量气体热导率的装置，其真空测量装置由放电管和U形油压强计构成，以U形油压强计取代旋转式麦克劳压强计，以硅油为工作介质，可避免由于采用旋转式麦克劳压强计带来的环境污染，使操作简便，同时提高了测量精度。

实现本实用新型目的采用的技术措施是：以U形油压强计取代旋转式麦克劳压强计，U形油压强计的两端分别通过活塞与管导固定连接，其一侧布置一个刻有标志压强刻度的可移动标尺。

图1为一种测量气体热导率的装置的结构示意图。

如图1所示，本测量气体热导率的装置，由机械泵1、测量室2、干燥器3、真空测量装置4、二通活塞K1、两通活塞K2～K5以及连接管导L1和L2构成，其中管导L1为真空橡皮管，管导L2为玻璃管，测量室2接在管导L2上，其轴线处张设钨丝，钨丝的两端与热张恒温自动调节器G连接，干燥器3的一端通过活塞K3接在管导L2上，其另一端与活塞K2连接，其特征是真空测量装置4由放电管41和U形油压强计42组成，其中放电管41的两端接高压直流电源，U形油压强计42的两端分别通过活塞K4、K5接在管导L2上，U形油压强计42其一侧布置一个刻有标志压强刻度的可移动标尺B。

本装置中热线恒温自动调节仪可控制热线在不同压强下情况下皆保持同一温度T1。三通活塞K1转至机械泵1与管导L2按通，打开活塞K4、K5，关闭活塞K2、K3，启动机械泵1抽气，观察放电管3中气体辉光放电现象，当放电管中由紫色转为淡红色，再转为暗白色后即可认为装置中的本底压强为0.133～1.33Pa。关闭活塞K1、K4/K5，打开活塞K2并立即关闭，转动活塞K3对系统充气，U形油压强计42两侧显示出高度差h，经单位换算，系统中压强P＝10.7h(Pa)。

同现有的技术比较，本实用新型具有以下优点：

1.使测量装置的结构更为合理；

2.实现了对系统压强的连续测量，方便了操作，且提高了测量的精确度；

3.有效地克服了水银污染问题。

实施例：

一种测量气体热导率的装置，采用如图1所示的结构，被测气体为空气，测量室的钨丝长度为19.9mm，直径为0.009mm，测量室内径为10.49mm，U形油压强计最大高度为400mm，内径为10mm。

应用本装置在133～1333Pa低压下测定空气的热导率。钨丝在273K温度下电阻R_o＝41.4Ω，温度系数α＝5.00×10^-3/K，空气热导率k_o＝2.38×10^-4W/cm·K。当通过钨丝上的电流I＝168mA，两端电压V＝15.2V，则电阻R＝90.5Ω，计算钨丝温度

T_{1} = 273 + \frac{R - R_{O}}{α R_{O}} = 510 K

T₂为室温283K。

在系统为本底真空时，钨丝两端电压值V_o＝3.40V，流经电流值I_o＝37.0mA，此时钨丝热辐射及电极棒耗散的热量I_oV_o＝0.126W。

低气压下的实验数据如下：

序号	1	2	3	4	5
序号	1	2	3	4	5	电压(V)	7.90	9.00	9.80	10.2	10.9
电流(mA)	84.0	95.0	105	111	117	电压(V)	7.90	9.00	9.80	10.2	10.9
电流(mA)	84.0	95.0	105	111	117	气压(Pa)	225	425	665	905	1225
Q＝VI-V_oI_o(W)	0.538	0.729	0.903	1.01	1.15	气压(Pa)	225	425	665	905	1225
Q＝VI-V_oI_o(W)	0.538	0.729	0.903	1.01	1.15	P^-1(10^-3Pa^-1)	3.92	2.35	1.50	1.10	0.816
Q^-1(W^-1)	1.86	1.37	1.11	0.994	0.870	P^-1(10^-3Pa^-1)	3.92	2.35	1.50	1.10	0.816

经回归计算得截距＝0.610，其倒数即为常压下空气热传导传递的热量Q＝1.64W。

对应于气层T₁～T₂间的平均热导率

k = \frac{Q}{2 πL} \cdot \frac{l_{n} r_{2} / r_{1}}{T_{1} - T_{2}} = 4.12 \times 10^{- 4} W / cmK

与理论值比较，其误差为2.4％。本实用新型为压强值测定提供诸多方便。

Claims

1.一种测量气体热导率的装置，由机械泵[1]、测量室[2]、干燥器[3]、真空测量装置[4]、三通活塞[K1]、两通活塞[K2]～[K5]以及连接管导[L1]和[L2]构成，其中管导[L1]为真空橡皮管，管导[L2]为玻璃管，测量室[2]接在管导[L2]上，其轴线处张设钨丝，钨丝的两端与热线恒温自动调节仪[G]连接，干燥器[3]的一端通过活塞[K3]接在管导[L2]上，其另一端与活塞[K2]连接，其特征在于：真空测量装置[4]由放电管[41]和U形油压强计[42]组成，其中放电管[41]的两端接高压直流电源，U形油压强计[42]的两端分别通过活塞[K4]、[K5]接在管导[L2]上。

2.根据权利要求1的装置，其特征在于：所述的U形油压强计[42]其一侧布置一个刻有标志压强刻度的可移动标尺[B]。