本發(fā)明涉及制冷劑測試技術領域，尤其涉及一種測量冷凍機油與制冷劑混合介質(zhì)的裝置及方法。

背景技術：

在替代制冷劑的研究領域，制冷劑與相應冷凍機油的溶解特性一直受到廣泛關注?？照{(diào)系統(tǒng)一般要求冷凍機油與制冷劑有一定的相溶性，兩者相溶性好，制冷劑在冷凍機油中溶解量大，系統(tǒng)回油快，但是可能引發(fā)的另外一個問題是，制冷劑會稀釋冷凍機油，造成兩者混合物的粘度下降，進而影響其潤滑性能。面對新制冷劑的多樣化以及相應冷凍機油研發(fā)的嚴峻形式，快速而準確的獲得制冷劑和相應的冷凍機油中在不同溫度和壓力下的溶解特性數(shù)據(jù)(包括制冷劑在冷凍機油中的溶解度及兩者混合溶液的粘度)對冷凍機油的研發(fā)和壓縮機的設計都具有重大意義。

目前還沒有能同時測試冷凍機油中制冷劑溶解度及兩者混合溶液粘度的標準儀器。中國專利申請?zhí)?01210100945.1公開了一種測量冷凍機油中制冷劑溶解度的裝置及測定方法，但該裝置不能測定混合溶液的粘度指標，且該方法的測試壓力局限性很大。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提出一種測量冷凍機油與制冷劑混合介質(zhì)的裝置及方法，由毛細管粘度計、金屬和磁鐵組成的粘度測試裝置，結構簡單，承壓性能好，測試可重復性高，測試結果準確可靠，所述粘度測試裝置所能承受的最大壓力取決于高壓密封裝置的密封容器的承壓能力，與毛細管粘度計無關，可用于高壓狀態(tài)下液體運動粘度的測定。該裝置具有簡單、操作方便、安全可靠，不僅能夠準確地測量冷凍機油中制冷劑的溶解量，還能測定高壓狀態(tài)下混合溶液的溶解粘度?？筛鶕?jù)所測量液體的粘度范圍選擇不同管徑的毛細管，測量適用范圍廣。

為達此目的，本發(fā)明采用以下技術方案：

一種測量冷凍機油與制冷劑混合介質(zhì)的裝置，包括恒溫系統(tǒng)和設置于恒溫系統(tǒng)中的高壓密封容器，所述高壓密封容器包括耐壓玻璃管，所述耐壓玻璃管內(nèi)設置有粘度測試裝置，所述粘度測試裝置包括毛細管粘度計和升降裝置，所述毛細管粘度計位于耐壓玻璃管的內(nèi)部，所述升降裝置包括設置于耐壓玻璃管外部可沿管壁上下移動的磁鐵和設置于耐壓玻璃管內(nèi)部與毛細管粘度計相連接的可在磁鐵吸附作用下帶動毛細管粘度計上下移動的金屬。

作為本技術方案的優(yōu)選方案之一，所述磁鐵均勻環(huán)設在耐壓玻璃管的外部，所述金屬的重心與所述毛細管粘度計的重心在一條豎直線上，以保證毛細管粘度計保持豎直狀態(tài)上下移動。

作為本技術方案的優(yōu)選方案之一，所述耐壓玻璃管的上部密封連接有上接頭，所述上接頭上開設有與四通接頭的第一個連接口相連接的通孔，所述四通接頭的第二連接口、第三連接口和第四連接口分別連接有壓力傳感器、溫度傳感器和針閥，所述針閥通過連接管路連接抽真空及沖注制冷劑系統(tǒng)。

作為本技術方案的優(yōu)選方案之一，所述抽真空及沖注制冷劑系統(tǒng)包括真空泵和制冷劑容器，所述真空泵通過真空管路連接針閥，所述真空管路上還設置有第一閥門；所述制冷劑容器通過制冷管路連接針閥，所述制冷管路上還設置有第二閥門。

作為本技術方案的優(yōu)選方案之一，所述耐壓玻璃管的外部還套接有下接頭，所述下接頭的外部連接在固定支架上，所述恒溫系統(tǒng)包括恒溫浴槽和設置在恒溫浴槽中的溫浴介質(zhì)，所述恒溫浴槽的槽壁上開設有透明視窗，且所述固定支架位于恒溫浴槽內(nèi)。

作為本技術方案的優(yōu)選方案之一，所述壓力傳感器上連接有壓力顯示儀表，所述溫度傳感器上連接有溫度顯示儀表，所述升降裝置還連接有位于恒溫浴槽外部的升降控制器。

一種測量冷凍機油與制冷劑混合介質(zhì)的方法，包括如下步驟：

步驟1、根據(jù)耐壓玻璃管的容積，用天平稱取定量的待測冷凍機油于耐壓玻璃管內(nèi)，冷凍機油的質(zhì)量記為m₀，同時放入毛細管粘度計，并將毛細管粘度計完全浸沒在冷凍機油中；

步驟2、將耐壓玻璃管與壓力傳感器、溫度傳感器、針閥利用上接頭、下接頭、密封墊片、四通接頭組裝好，保證密封，稱取組合裝置質(zhì)量記為m₁；

步驟3、用連接管路將針閥與真空泵和制冷劑氣瓶連接，關閉第二閥門，打開第一閥門和針閥，抽真空25min-35min，使耐壓玻璃管及管路內(nèi)的真空度至設定真空，關閉第一閥門，打開第二閥門，將制冷劑注入到耐壓玻璃管中，注入一定量后，關閉針閥，拆除連接管路，稱取注入制冷劑后組合裝置的質(zhì)量記為m₂，制冷劑的質(zhì)量M＝m₂-m₁；

步驟4、設置恒溫浴槽的溫度為所測溫度，將上述組合裝置放入恒溫浴槽中，恒溫槽內(nèi)的溫浴介質(zhì)要能淹沒玻璃耐壓管上接頭；

步驟5、在恒溫浴槽面板上方安裝好升降控制器，升降控制器與磁鐵連接，將磁鐵貼近耐壓玻璃管下部并與所述金屬等高，對升降裝置進行上升和下降操作，帶動毛細管進行上升和下降，使得毛細管粘度計中液體無氣泡；

步驟6、利用升降控制裝置和磁鐵將毛細管粘度計提升使其脫離外部液體，管內(nèi)液體從下部流出，當液面下降到粘度計上刻度線時用秒表開始計時，當液面下降到粘度計下刻度線時停止計時；此過程重復測定至少三次，取所測時間的平均值為冷凍機油與制冷劑混合介質(zhì)的平均流動時間t；

步驟7、冷凍機油與制冷劑混合介質(zhì)運動粘度采用下式計算：

ν＝A·t-B/t，ν—運動粘度，mm²/s；t—液面經(jīng)過兩刻度線所需的時間，s；A、B—粘度計常數(shù)。

作為本技術方案的優(yōu)選方案之一，還包括步驟8、待溫度傳感器達到設定溫度時，每隔約15min觀察一次壓力傳感器的數(shù)值，當壓力顯示儀表的顯示值穩(wěn)定25min-35min不變化時，認為已達到平衡，記錄此時的壓力值P(MPa)和玻璃管內(nèi)液面高度h。

步驟9、根據(jù)溫度和對應的壓力確定氣態(tài)制冷劑的密度ρ，根據(jù)耐壓玻璃管、連接接頭管路的總體積和冷凍機油與液態(tài)制冷劑液面高度確定氣態(tài)制冷劑體積V；

c、采用下式計算制冷劑溶解度(溶解質(zhì)量分數(shù))：

$X=\frac{M-\mathrm{\ρ}V}{m_0+M-\mathrm{\ρ}V}$

式中：X-制冷劑溶解度；m₀-冷凍機油質(zhì)量，單位為g；M-制冷劑的質(zhì)量，g；ρ-氣態(tài)制冷劑的密度，單位是g/mL；V-氣態(tài)制冷劑的體積，單位是mL。

作為本技術方案的優(yōu)選方案之一，所述步驟6中，若毛細管粘度計出現(xiàn)氣泡，則重新調(diào)整至無氣泡后再開始計時。

作為本技術方案的優(yōu)選方案之一，步驟1之前，需先用已知粘度的液體對毛細管粘度計常數(shù)A、B進行標定，才能直接采用上式計算混合介質(zhì)粘度。

有益效果：由毛細管粘度計、金屬和磁鐵組成的粘度測試裝置，結構簡單，承壓性能好，測試可重復性高，測試結果準確可靠，當毛細管粘度計從液面中被提起后，毛細管粘度計本體內(nèi)外壓力平衡，毛細管粘度計內(nèi)的液體僅在重力作用下開始下流，記錄液體流過粘度計上、下刻度線所用時間即可計算出其運動粘度值。所述粘度測試裝置所能承受的最大壓力取決于高壓密封裝置的密封容器的承壓能力，與毛細管粘度計無關，可用于高壓狀態(tài)下液體運動粘度的測定。該裝置具有簡單、操作方便、安全可靠，不僅能夠準確地測量冷凍機油中制冷劑的溶解量，還能測定高壓狀態(tài)下混合溶液的溶解粘度。可根據(jù)所測量液體的粘度范圍選擇不同管徑的毛細管，測量適用范圍廣。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例1提供的一種測量冷凍機油與制冷劑混合介質(zhì)的裝置的結構示意圖。

圖中：

1、恒溫浴槽；2、溫浴介質(zhì)；3、固定支架；4、耐壓玻璃管；5、毛細管粘度計；6、玻璃管下接頭；7、玻璃管上接頭；8、四通接頭；9、壓力傳感器；10、壓力顯示儀表；11、針閥；12、連接管路；13、第一閥門；14、第二閥門；15、真空泵；16、制冷劑容器；17、溫度傳感器；18、溫度顯示儀表；19、升降控制器；20、磁鐵；21、金屬；22、冷凍機油與制冷劑混合介質(zhì)。

具體實施方式

下面結合附圖并通過具體實施方式來進一步說明本發(fā)明的技術方案。

實施例1

本發(fā)明提供了一種測量冷凍機油與制冷劑混合介質(zhì)的裝置，包括恒溫系統(tǒng)和設置于恒溫系統(tǒng)中的高壓密封容器，所述高壓密封容器包括耐壓玻璃管4，所述耐壓玻璃管4內(nèi)設置有粘度測試裝置，所述粘度測試裝置包括毛細管粘度計5和升降裝置，所述毛細管粘度計5位于耐壓玻璃管4的內(nèi)部，所述升降裝置包括設置于耐壓玻璃管4外部可沿管壁上下移動的磁鐵20和設置于耐壓玻璃管4內(nèi)部與毛細管粘度計5相連接的可在磁鐵20吸附作用下帶動毛細管粘度計5上下移動的金屬21。所述金屬21以金屬環(huán)的結構包裹在毛細管粘度計5的下部，所述金屬環(huán)為鐵環(huán)，所述磁鐵20均勻環(huán)設在耐壓玻璃管4的外部，所述金屬21的重心與所述毛細管粘度計5的重心在一條豎直線上，以保證毛細管粘度計5保持豎直狀態(tài)上下移動。

由毛細管粘度計5、金屬21和磁鐵20組成的粘度測試裝置，結構簡單，承壓性能好，測試可重復性高，測試結果準確可靠，當毛細管粘度計5從液面中被提起后，毛細管粘度計5本體內(nèi)外壓力平衡，毛細管粘度計5內(nèi)的液體僅在重力作用下開始下流，記錄液體流過粘度計上、下刻度線所用時間即可計算出其運動粘度值。所述粘度測試裝置所能承受的最大壓力取決于高壓密封裝置的密封容器的承壓能力，與毛細管粘度計5無關，可用于高壓狀態(tài)下液體運動粘度的測定。該裝置具有簡單、操作方便、安全可靠，不僅能夠準確地測量冷凍機油中制冷劑的溶解量，還能測定高壓狀態(tài)下混合溶液的溶解粘度?？筛鶕?jù)所測量液體的粘度范圍選擇不同管徑的毛細管，測量適用范圍廣。

所述毛細管粘度計5的毛細管材質(zhì)應透明、耐高低溫、耐氟，優(yōu)選石英玻璃。毛細管粘度計5中毛細管管徑的選擇和常數(shù)的標定根據(jù)哈根-泊蕭葉定律，如果流體僅在重力作用下在圓管中層流流動，則流體的運動粘度ν＝A·t-B/t，當毛細管的管長、管徑、流體在毛細管中流過的體積確定后，A、B為常數(shù)。毛細管的管長、管徑利用管徑與雷諾數(shù)Re之間的關系且Re<2000來設計調(diào)整，常數(shù)A、B采用相對測量方法，即使用兩種或以上已知粘度的標準流體來通過粘度計，測出介質(zhì)流過粘度計上、下刻度線所用時間，根據(jù)上述哈根-泊蕭葉定律方程即可確定A、B。當毛細管常數(shù)A、B確定后，測出待測流體介質(zhì)在本毛細管中流過的時間，即可計算出待測介質(zhì)的運動粘度。經(jīng)過多次測試，使用該裝置所測同批次冷凍機油與制冷劑的溶解特性數(shù)據(jù)的極限誤差小于5％。

所述耐壓玻璃管4的上部密封連接有上接頭7，所述上接頭7上開設有與四通接頭8的第一個連接口相連接的通孔，所述耐壓玻璃管4的外部還套接有下接頭6，所述下接頭6位于所述上接頭的下方，且所述下接頭6的外部連接在固定支架3上。

耐壓玻璃管4底部密封，所述耐壓玻璃管4的頂部翻邊或焊接法蘭，其表面沿高度方向有從底部往上逐漸增大的刻度，所述上接頭6和所述下接頭7均通過螺紋連接在所述耐壓玻璃管上，且所述上接頭6和所述下接頭7和耐壓玻璃管4之間通過密封墊片壓緊進行密封連接，所述密封墊片材質(zhì)優(yōu)選聚四氟乙烯墊片，所述耐壓玻璃管4的整體耐壓能力不低于10Mpa。

所述耐壓玻璃管4具有良好的透光性、耐高低溫性、耐氟性以滿足高低溫、高低壓的測試環(huán)境的需要，其材質(zhì)優(yōu)選為石英玻璃，更優(yōu)選采用藍寶石玻璃制成的耐壓玻璃管4具有更好的透光性、耐高低溫性、耐氟性。

所述四通接頭8的第二連接口、第三連接口和第四連接口分別連接有壓力傳感器9、溫度傳感器17和針閥11，所述針閥11通過連接管路12連接抽真空及沖注制冷劑系統(tǒng)。所述連接管路12優(yōu)選為耐壓軟管，所述四通接頭8、針閥11、耐壓軟管的耐壓能力均≥10MPa，以滿足高壓密封系統(tǒng)內(nèi)部的耐高壓性能的要求。

所述壓力傳感器9上連接有壓力顯示儀表10，所述溫度傳感器17上連接有溫度顯示儀表18，以準確及時的顯示耐壓玻璃管4內(nèi)的壓力和溫度，確保測試環(huán)境的準確性。所述升降裝置還連接有位于恒溫浴槽1外部的升降控制器19。所述升降控制器19位于所述恒溫浴槽1的外部，便于測試人員進行操作。

所述恒溫系統(tǒng)包括恒溫浴槽1和設置在恒溫浴槽1中的溫浴介質(zhì)2，且所述固定支架3位于恒溫浴槽1內(nèi)。所述恒溫浴槽1的槽壁上開設有透明視窗，用于實驗人員隨時觀察恒溫浴槽1內(nèi)的動態(tài)情況。恒溫浴槽1內(nèi)的溫浴介質(zhì)溫度波動度和不均勻度小于±0.3℃。恒溫浴槽1內(nèi)的溫浴介質(zhì)2根據(jù)測試溫度條件選擇：當測量溫度范圍為-50～20℃時，溫浴介質(zhì)優(yōu)選高純度酒精,優(yōu)選的，高純度酒精的酒精含量大于99.5％；當測量溫度范圍為20～90℃時，溫浴介質(zhì)優(yōu)選水。

所述抽真空及沖注制冷劑系統(tǒng)包括真空泵15和制冷劑容器16，所述真空泵15通過真空管路連接針閥11，所述真空管路上還設置有第一閥門13；所述制冷劑容器16通過制冷管路連接針閥11，所述連接管路12上還設置有第二閥門14。測試者通過控制第一閥門13和真空泵15實現(xiàn)所述耐壓玻璃管4內(nèi)的氣壓達到設定的測試范圍，測試者通過控制第二閥門14和制冷劑容器16控制耐壓玻璃管4內(nèi)的制冷劑的含量。

本發(fā)明還提供了一種測量冷凍機油與制冷劑混合介質(zhì)的方法，包括如下步驟：

在步驟1進行之前需要做好準備工作：清洗耐壓玻璃管4、毛細管粘度計5及相關連接配件，烘干待用；如果之前的測試中沒有準確測試出毛細管粘度計5的常數(shù)A、B，需要首先對此次試驗所采用的毛細管粘度計5的常數(shù)A、B進行標定，才能直接采用上式計算混合介質(zhì)粘度。

步驟1、根據(jù)耐壓玻璃管4的容積，用天平稱取定量的待測冷凍機油于耐壓玻璃管4內(nèi)，冷凍機油的質(zhì)量記為m₀，同時放入毛細管粘度計5，并將毛細管粘度計5完全浸沒于冷凍機油中；毛細管粘度計5的管徑優(yōu)選為0.2～1mm。

步驟2、將耐壓玻璃管4與壓力傳感器9、溫度傳感器17、針閥11利用上接頭7、下接頭6、密封墊片、四通接頭8組裝好，保證密封，稱取組合裝置質(zhì)量記為m₁；所述組合裝置為除恒溫系統(tǒng)之外的裝置。

步驟3、用耐壓軟管將針閥11與真空泵15和制冷劑氣瓶連接，關閉第二閥門14，打開第一閥門13和針閥11，抽真空25min-35min，優(yōu)選的，抽真空30min，使耐壓玻璃管4及與耐壓玻璃管4相連通的管路內(nèi)的真空度至設定真空，具體實施時，真空值控制在12-15Pa，優(yōu)選的真空值為13.3Pa。關閉第一閥門13，打開第二閥門14，從制冷劑容器16內(nèi)將制冷劑通過針閥11注入到耐壓玻璃管4中，注入一定量后，關閉針閥11，拆除耐壓軟管，稱取注入制冷劑后組合裝置的質(zhì)量記為m₂，制冷劑的質(zhì)量M＝m₂-m₁。

步驟4、設置恒溫浴槽1的溫度為所測溫度，將上述組合裝置放入恒溫浴槽1中，恒溫槽內(nèi)的溫浴介質(zhì)2要能淹沒玻璃耐壓管上接頭7；當測量溫度范圍為-50～20℃時，溫浴介質(zhì)優(yōu)選高純度酒精,優(yōu)選的，高純度酒精的酒精含量大于99.5％；當測量溫度范圍為20～90℃時，溫浴介質(zhì)優(yōu)選水。

步驟5、在恒溫浴槽1面板上方安裝好升降控制器19，升降控制器19與磁鐵20連接，將磁鐵20貼近耐壓玻璃管4下部并與所述鐵環(huán)等高，對升降裝置進行上升和下降操作，帶動毛細管進行上升和下降，使得毛細管粘度計5中液體無氣泡。

然后進行相應的冷凍機油與制冷劑混合介質(zhì)的粘度測試和/或溶解度測試。

進行冷凍機油與制冷劑混合介質(zhì)的粘度測試時，采用步驟6的方式，先利用升降控制裝置19和磁鐵20將毛細管粘度計5提升使其脫離位于耐壓玻璃管4內(nèi)部的冷凍機油與制冷劑混合介質(zhì)，管內(nèi)液體從下部流出，當液面下降到粘度計上刻度線時用秒表開始計時，當液面下降到粘度計下刻度線時停止計時；此過程重復測定至少三次，取所測時間的平均值為冷凍機油與制冷劑混合介質(zhì)22的平均流動時間t；若毛細管粘度計5出現(xiàn)氣泡，則重新調(diào)整至無氣泡后再開始計時。

采用步驟7對粘度進行相應的計算，所述冷凍機油與制冷劑混合介質(zhì)22運動粘度采用下式計算：

ν＝A·t-B/t，ν—運動粘度，mm²/s；t—液面經(jīng)過兩刻度線所需的時間，s；A、B—粘度計常數(shù)。毛細管粘度計5中毛細管管徑的選擇和常數(shù)的標定根據(jù)哈根-泊蕭葉定律，如果流體僅在重力作用下在圓管中層流流動，則流體的運動粘度ν＝A·t-B/t，當毛細管的管長、管徑、流體在毛細管中流過的體積確定后，A、B為常數(shù)。

進行冷凍機油與制冷劑混合介質(zhì)的溶解度測試時，采用步驟8進行測試：首先待溫度傳感器17達到設定溫度時，每隔約15min觀察一次壓力傳感器9的數(shù)值，當壓力顯示儀表10的顯示值穩(wěn)定25min-35min不變化時，在測試理論上認為已達到平衡，記錄此時的壓力值P和玻璃管內(nèi)液面高度h；

根據(jù)溫度和對應的壓力確定氣態(tài)制冷劑的密度ρ，根據(jù)耐壓玻璃管4、連接接頭管路的總體積和冷凍機油與液態(tài)制冷劑液面高度確定氣態(tài)制冷劑體積V；采用下式計算制冷劑溶解度溶解質(zhì)量分數(shù)：

$X=\frac{M-\mathrm{\&rho;}V}{m_0+M-\mathrm{\&rho;}V}$

式中：X為制冷劑溶解度；m₀為冷凍機油質(zhì)量，單位為g；M為制冷劑的質(zhì)量，單位為g；ρ為氣態(tài)制冷劑的密度，單位是g/mL；V為氣態(tài)制冷劑的體積，單位是mL。所述連接接頭管路體積指的是四通接頭8、玻璃管上接頭7和玻璃管下接頭7的空腔體積。

具體實施時，以68#冷凍機油為例，測得制冷劑R410A與冷凍機油在40℃和80℃下的溶解度及溶解粘度見表1、表2。

40℃下，R410A在68#冷凍機油中不同壓力下的溶解度和溶解粘度

表1

80℃下，R410A在68#冷凍機油中不同壓力下的溶解度和溶解粘度

表2

綜上所述，由毛細管粘度計5、金屬21和磁鐵20組成的粘度測試裝置，結構簡單，承壓性能好，測試可重復性高，測試結果準確可靠，當毛細管粘度計5從液面中被提起后，毛細管粘度計5本體內(nèi)外壓力平衡，毛細管粘度計5內(nèi)的液體僅在重力作用下開始下流，記錄液體流過粘度計上、下刻度線所用時間即可計算出其運動粘度值。所述粘度測試裝置所能承受的最大壓力取決于高壓密封裝置的密封容器的承壓能力，與毛細管粘度計5無關，可用于高壓狀態(tài)下液體運動粘度的測定。該裝置具有簡單、操作方便、安全可靠，不僅能夠準確地測量冷凍機油中制冷劑的溶解量，還能測定高壓狀態(tài)下混合溶液的溶解粘度?？筛鶕?jù)所測量液體的粘度范圍選擇不同管徑的毛細管，測量適用范圍廣。

以上結合具體實施例描述了本發(fā)明的技術原理。這些描述只是為了解釋本發(fā)明的原理，而不能以任何方式解釋為對本發(fā)明保護范圍的限制?；诖颂幍慕忉?，本領域的技術人員不需要付出創(chuàng)造性的勞動即可聯(lián)想到本發(fā)明的其它具體實施方式，這些方式都將落入本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。