溫控式液體密度測試裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種液體密度測試裝置，尤其涉及一種溫度可變的溫控式液體密度測試裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]液態(tài)作為物質(zhì)存在的一種基本形態(tài)，與固態(tài)、氣態(tài)相比，液態(tài)具有特殊的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和變化規(guī)律。因此對液體的結(jié)構(gòu)及物理性質(zhì)的研宄顯得十分重要。密度是流體性質(zhì)的最基本參數(shù)，反映了物質(zhì)致密的程度，是結(jié)構(gòu)變化敏感物理性質(zhì)之一，從微觀上看，密度反映了平均每個(gè)原子所占有的空間體積，研宄表明，液體的密度變化直接影響液體的對流強(qiáng)度和成分均勻化程度，是反映液態(tài)性質(zhì)和行為的最基本的獨(dú)立變量，是描述熱力學(xué)函數(shù)不可或缺的參數(shù)。另外，在國家節(jié)能減排的背景下，許多新型工質(zhì)應(yīng)運(yùn)而生，例如替代傳統(tǒng)的氟氯烴類及氟氯氫烴類的新型制冷工質(zhì)R134a、R600a、R152a等，強(qiáng)化傳熱的新型傳熱工質(zhì)納米流體等，這些新型材料工作溫度范圍較大，甚至可以在0°C以下工作。在對這些新型工質(zhì)進(jìn)行研宄的過程中，其熱物性是研宄其它性質(zhì)以及設(shè)計(jì)相關(guān)換熱裝置系統(tǒng)必不可少的參數(shù)，在熱物性研宄中，密度對計(jì)算傳熱量以及分析制冷或換熱系統(tǒng)循環(huán)性能起著重要作用。因而，獲得新型材料密度是一個(gè)非常重要的課題。
[0003]現(xiàn)階段密度測試裝置主要用于常溫液體密度的測量。以最為常見的浮子式液體密度測試裝置為例，其以浮力原理進(jìn)行密度測量，主要由浮子、測力傳感器、液池等構(gòu)成，液池大小和傳感器的性能直接關(guān)系到測試結(jié)果的精度，因而裝置體積較大，不便攜帶。并且，在使用一段時(shí)間后，由于操作環(huán)境惡化的緣故，傳感器的疲勞變化，傳感器的特性曲線質(zhì)量降低，導(dǎo)致精度降低，誤差增大。此外，最近開發(fā)的基于超聲光柵衍射原理的液體密度測試裝置，其通過超聲波在盛有液體的玻璃槽中傳播時(shí)液體折射率的周期變化測得衍射條紋進(jìn)而推算出密度，主要由氦一氖激光器、超聲光柵部分及CCD采集三大部分組成，由于該裝置對測試環(huán)境條件要求較高，且氦一氖激光器等部件造價(jià)高昂，系統(tǒng)體積較大，因而推廣上受到了較大的限制。
[0004]上述密度測試裝置除了受到測試精度、使用條件和造價(jià)成本上的限制外，由于沒有主動(dòng)控溫裝置，其測試溫度無法控制，所測工質(zhì)密度對應(yīng)的參考溫度往往不準(zhǔn)確。然而，新型材料的密度測量往往需要關(guān)注密度隨溫度的變化關(guān)系，溫度范圍跨度較大，此時(shí)上述密度測試裝置不再適用。
[0005]綜上，傳統(tǒng)的浮子式液體密度測試裝置、超聲光柵衍射密度測試裝置等密度測試裝置受到成本、體積、重量、工作場合、精確度等限制，使用局限性較大，并且由于這些裝置沒有控溫裝置，僅僅能夠測量常溫情況下的液體密度。因而，不便于獲取新型傳熱材料不同溫度下的密度獲取。具體原因如下:
[0006]1、浮子式液體密度測試裝置質(zhì)量、體積較大，在使用一段時(shí)間后，由于操作環(huán)境惡化的緣故，傳感器的疲勞變化，傳感器的特性曲線質(zhì)量降低，導(dǎo)致精度降低，誤差增大，需要設(shè)計(jì)一套可靠性較高、精度好的密度測試裝置。
[0007]2、超聲光柵衍射密度測試裝置適用環(huán)境條件要求苛刻，且裝置相關(guān)部件造價(jià)高昂，需要設(shè)計(jì)一套環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、成本經(jīng)濟(jì)的密度測試裝置。
[0008]3、常用密度測試裝置因不帶有控溫裝置，特別是0°C以下的低溫區(qū)域無法進(jìn)行主動(dòng)調(diào)控，因而不具主動(dòng)調(diào)節(jié)溫度功能，進(jìn)而不能對不同溫度下的密度進(jìn)行測量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的就在于為了解決上述問題而提供一種溫度可調(diào)、適應(yīng)范圍廣的溫控式液體密度測試裝置。
[0010]本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)上述目的:
[0011]一種溫控式液體密度測試裝置，包括“U”形透明管、溫控包覆層、溫度傳感器和電源控制器，所述“U”形透明管用于盛裝待測液態(tài)工質(zhì)且其第一端低于第二端，所述“U”形透明管的第一端端口封閉且設(shè)有用于監(jiān)測所述第一端內(nèi)部液壓的壓力表和用于向所述第一端內(nèi)充入氣體的氣源，所述溫控包覆層包覆于所述“U”形透明管外，所述溫度傳感器的感應(yīng)端置于所述“U”形透明管內(nèi)，所述溫度傳感器的信號(hào)輸出端與所述電源控制器的信號(hào)輸入端連接，所述電源控制器的控制電源輸出端與所述溫控包覆層的電源輸入端連接。
[0012]上述結(jié)構(gòu)中，兩端高度不同的“U”形透明管用于盛裝待測液態(tài)工質(zhì)，由于第一端即高度低的一端端口封閉且有氣源供氣，所以待測液態(tài)工質(zhì)在“U”形透明管的第二端即高度高的一端的液面能夠高于第一端的液面，這樣就會(huì)形成高度差，在第二端開口的情況下，其液面的壓力為一個(gè)大氣壓，在第一端封閉的情況下，實(shí)際壓力以壓力表的測量數(shù)據(jù)為準(zhǔn)，在獲得上述已知數(shù)據(jù)的前提下，即可根據(jù)下述公式計(jì)算得到待測液態(tài)工質(zhì)的密度:
[0013]P0= P1+Pgh
[0014]式中，Ptl為“U”形透明管第一端的壓強(qiáng)，P iS“u”形透明管第二端的壓強(qiáng)，P為待測液態(tài)工質(zhì)的密度，g為當(dāng)?shù)刂亓铀俣?，h為“U”形透明管第一端和第二端的液面高度差。
[0015]溫控包覆層、溫度傳感器和電源控制器共同用于控制“U”形透明管的溫度變化，其目的是使“U”形透明管內(nèi)的待測液態(tài)工質(zhì)的溫度按照需要變化，實(shí)現(xiàn)對不同溫度下的待測液態(tài)工質(zhì)的密度測試；其中，溫控包覆層為受控終端，在輸入不同電源時(shí)，其溫度不同，溫度傳感器將溫控包覆層的溫度實(shí)時(shí)檢測后傳送給電源控制器，電源控制器采用常規(guī)電源控制器即可實(shí)現(xiàn)，其根據(jù)溫度傳感器發(fā)送來的溫度信息調(diào)節(jié)輸出電源參數(shù)并輸出相應(yīng)電源給溫控包覆層，實(shí)現(xiàn)控制溫控包覆層的溫度根據(jù)需要實(shí)時(shí)變化的目的，從而控制“U”形透明管內(nèi)的待測液態(tài)工質(zhì)的溫度按照需要變化。
[0016]作為優(yōu)選，所述“U”形透明管的第一端設(shè)有上大下小且上端密封的漏斗形緩沖器，所述壓力表和所述氣源均安裝于所述漏斗形緩沖器的頂部且與所述漏斗形緩沖器的內(nèi)部相通，所述氣源與所述漏斗形緩沖器之間的氣管上安裝有控制閥。漏斗形緩沖器有便于安裝壓力表和氣源的作用，同時(shí)便于通過改變壓力達(dá)到精確控制“U”形透明管的第一端內(nèi)的待測液態(tài)工質(zhì)高度的目的。漏斗形緩沖器與“U”形透明管的第一端可以為一體化結(jié)構(gòu)，也可以為組裝式結(jié)構(gòu)。
[0017]所述漏斗形緩沖器的下段外壁上設(shè)有刻度線。該刻度線有利于實(shí)現(xiàn)對“U”形透明管的第一端內(nèi)的待測液態(tài)工質(zhì)高度的精確控制與測量。進(jìn)一步優(yōu)選為，所述刻度線的量程為80mm，精度為1mm。
[0018]具體地，所述“U”形透明管為有機(jī)玻璃管。所述氣源為惰性氣體氣源。
[0019]為了確定“U”形透明管的第二端內(nèi)的液面高度，所述“U”形透明管的第二端靠近端口的位置相通連接有橫向的旁通管。這樣，每次測試時(shí)使待測液態(tài)工質(zhì)在“U”形透明管的第二端溢出旁通管為止，旁通管所在高度即為待測液態(tài)工質(zhì)在“U”形透明管的第二端的高度，操作非常方便。
[0020]優(yōu)選地，所述溫度傳感器為T型熱電偶。其測量范圍宜選-200°C?200°C。
[0021]作為優(yōu)選，所述溫控包覆層為熱電制冷片。熱電制冷片是一種可制冷、可制熱的溫度控制終端，制冷或制熱是根據(jù)電壓輸入決定的，當(dāng)輸入正向電壓時(shí)，與“U”形透明管貼合部分制熱，起到加熱作用；當(dāng)輸入負(fù)向電壓時(shí)，與“U”形透明管貼合部分制冷，起到降溫目的。電壓的正向、反向由直流電源正負(fù)極連接方式?jīng)Q定。溫度控制范圍在-10?+50°C。
[0022]具體地，所述電源控制器包括處理器和調(diào)壓器，所述溫度傳感器的信號(hào)輸出端與所述處理器的信號(hào)輸入端連接，所述處理器的控制輸出端與所述調(diào)壓器的控制輸入端連接，所述調(diào)壓器的控制電源輸出端與所述溫控包覆層的電源輸入端連接。這種結(jié)構(gòu)為電源控制器的常規(guī)結(jié)構(gòu)，在這里具體說明只是為了使其結(jié)構(gòu)更加清楚。
[0023]本發(fā)明的有益效果在于:
[0024]本發(fā)明所述溫控式液體密度測試裝置基于壓力原理設(shè)計(jì)，具有環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、測試精度高、可靠性強(qiáng)、體積較小的優(yōu)點(diǎn)，具體表現(xiàn)為:
[0025]1、采用的有機(jī)玻璃制作的“U”形透明管、電源控制器、熱電制冷片、氣源等部件，結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、可替代性強(qiáng)，例如氣源可采用人工呼氣方式，電源控制器可利用5號(hào)或者7