[发明专利]一种低温区导热系数测试装置

说明书

技术领域

本发明涉及低温环境测试领域，特别是一种低温区导热系数测试装置。

背景技术

导热系数是物质的基本热物性参数之一。目前，随着低温技术的快速发展，液氮、液氧和LNG等低温液体在民用生活、工业、医疗、航空航天等各领域应用越来越广泛，运输及保存这些低温液体需要导热系数极低的固体绝热材料，而绝热材料导热系数在低温区的数据相当缺乏，给研究工作带来不便。

导热系数的测量方法有稳态法和非稳态法两种，测量低温导热系数时，任何一种方法都需要稳定的低温环境。目前，各研究所、公司单位大多采用液氮这一单一介质作为环境冷源，通过控制液氮输入量来实现低温环境。当所需环境温度高于液氮沸点后，温度实际由低温氮气来控制，但这种方法实现的温度场分布不均，温度精度不高。

发明内容

为解决单一冷源控制温度精确度不高的问题，本发明提供一种可实现温度精确控制的低温区导热系数测试装置，该装置采用多种制冷剂的压力控制的方法，只需计算出环境所需温度（制冷液体的沸点温度）对应的压力值，通过控制电热增压装置和调压电动阀，即实现精确控制温度的目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种低温区导热系数测试装置，其特征在于，低温绝热压力容器底部设有电热增压装置和支撑架，支撑架上设置有测试组件容器；低温绝热压力容器顶部设有绝热容器盖，绝热容器盖上依次设有进气口、安全阀接口、中心引线接口、传感器接口以及排气口；测试用气瓶通过进液电动阀与进气口相连，安全阀通过安全阀接口与容器内部连接，测试组件引线通过不锈钢软管与中心引线接口连接；低温绝热压力容器内还设有液位传感器和温度传感器，它们的引线通过传感器接口分别经信号转换控制模块与计算机连接，排气口的出口端连有气体回收装置。

优选的，本发明中，电热增压装置包括圆形电加热薄膜、保护壳体和电线，其中，圆形电加热薄膜紧贴保护壳体上表面，保护壳体焊接在低温绝热压力容器底部中心并设有电线开口，电线越过电线开口与传感器接口与可编程电源连接，并通过计算机控制电源的通断。

优选的，本发明中，测试用气瓶与进液电动阀的管路之间还设有热交换器，热交换器通过电动阀连有液氮瓶。

优选的，本发明中，所述测试用气瓶内装有液氮；氪气、制冷剂R23或制冷剂R125中的一种。

优选的，本发明中，所述述气体回收装置包括缓冲容器和收集容器，缓冲容器顶部设有第一进气口与第一排气口，第一排气口出口端依次设有第二手动阀和第三压力传感器，收集容器顶部设有第二进气口，第二进气口入口端依次连有第二压力传感器和第三手动阀，第三手动阀入口端设有四通；排气口的出口端、第二手动阀出口端均设有三通，排气口的出口端由三通经过管路，一路经第一手动阀与四通对接，一路依次经第一压力传感器、调压电动阀、第一单向阀与第一进气口对接；第二手动阀出口端由三通经过管路，一路经压缩机与四通对接，一路依次经第二单向阀、真空泵与四通对接。

本发明中，所述的低温绝热压力容器按照大口径液氮容器GB/T14174-2012标准制造。

本发明利用液体的沸点依所处环境压力的变化而变化，当液体所受的压力增大时，沸点升高；压力减小时，沸点降低。通过改变容器内的压力环境，得到对应的液态沸点温度，通过测试组件的内部加热量和外部环境加热量加热使之稳定在沸点。加热功率、外界环境对低温绝热压力容器(包括连接管路)的加热量与测试组件加热量之和大于等于低温绝热压力容器内液体保持在沸点温度所需的热量。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)通过控制电热增压装置和调压电动阀来调节低温绝热容器内压力，使液态气体始终处于沸点温度，提高了控制精度；

(2)处于沸点温度的液体，其内部的温度均匀性要极大的优于气体，提高了环境温度的稳定性；

(3)本发明同时适用于实现稳态法和瞬态法测量导热系数的低温稳定环境，具有普遍适用性；

(4)本发明可以根据实际需要，任意选择液态气体工质，如以液氮实现-195.8～-153℃温区，液态氪实现-153～-82℃温区，制冷剂R23实现-82～-48℃温区，制冷剂R125实现-48～25℃温区，可以通过搭配多种的液态气体工质以得到更广泛的低温下的温区；

(5)低温绝热容器按照GB/T14174-2012标准制造，绝热效果好，有利于温度环境的稳定。

附图说明

图1为液位控制原理示意图。

图2为压力控制原理示意图。

图3为压缩机控制原理示意图。