[发明专利]一种基于微波谐振法的热物性测量装置

说明书

本发明涉及一种基于微波谐振法的热物性测量装置，包括：形成热开关的密闭空间；位于所述密闭空间内的谐振腔；低温制冷机，其为谐振腔提供室温至极低温区连续可调的温度环境；控制及采集系统，其用于对谐振腔的温度、微波等信号的测控和采集。本发明采用高效绝热结构和“热开关”特殊设计的低温制冷机，可实现室温至极低温区(5K‑300K)连续可调的高精度控温；采用先进的微波探测手段，可精确分辨气体液化相变点，获得高精度的相平衡特性；基于热物性参数与微波谐振频率的数理关系，一套装置可用于多个热物性参数的高精度测量。

技术领域

本发明涉及一种测量装置，特别是涉及一种基于微波谐振法的热物性测量装置。

背景技术

流体被广泛应用于科学研究、工业发展和社会生活等诸多方面，而相平衡、密度等流体热物理性质是其获得高效环保利用的基础：科学研究方面，对流体相关理论的发展至关重要；工业发展方面，是低温、制冷、能源、化工等领域设计和优化的关键依据，亦是相关行业标准制定的基础；社会生活方面，有利于开发筛选更加健康、环保的生活用品。

实验测量是获得流体相平衡等热物性最直接和最可靠的手段。在传统的相平衡测量装置中，混合物的组分通常由分析方法确定，即用色谱仪分析样品来获得。混合物组分的准确度受限于混合物组分测量的重复性和色谱仪探测器的精度。相比之下，合成方法在已知流体组成的情况下进行测量，不会存在上述采样相关的缺点，由于很难通过可视窗用肉眼直接观察到混合物(或纯质)气体何时开始液化，也即很难精确判断露点(气体液化相变点)的形成，因此，需要能精确探测气液相变的技术手段。传统的相平衡测量装置多采用节流制冷机，以恒温液体来提供恒温环境，然而节流制冷机固有的缺点使其很难突破液氮(77K)以下温区，加之，真空罩、防辐射屏等结构设计不合理，增大了来自室温环境的热传导漏热，使得液氮温区的控温精度较差，不能满足测量稳定性的需求。

综上，要实现宽温区、高精度的热物性(相平衡)测量，需要采用合理的(相变)探测手段以及高效的绝热结构。

发明内容

本发明的目的是解决传统相平衡测量装置测量温度区间小、低温控温精度差、混合物组分测量准确度低等问题，基于微波谐振法和高效绝热结构的低温制冷机，提供一种宽温区、高精度的热物性(相平衡)测量装置。

本发明提供了一种基于微波谐振法的热物性测量装置，包括：形成热开关的密闭空间；位于所述密闭空间内的谐振腔；其特征在于：低温制冷机，其为谐振腔提供室温至极低温区连续可调的温度环境；控制及采集系统，其用于对谐振腔的温度、微波等信号的测控和采集。

其中，所述控制及采集系统分别通过信号线与数字压力计、电桥、数字流量计、网络分析仪相连接。

其中，所述谐振腔采用准球形结构。

其中，所述谐振腔充入采用称重法配置的一定比例的混合气体或纯质。

其中，所述谐振腔的腔体材料为高导无氧铜、不锈钢等金属材料、或蓝宝石、有机玻璃、钢化玻璃等非金属材料、或铜氧化合物、铁(镍)基等超导材料；或者由金属材料、非金属材料、超导材料组合而成的复合型材料；金属材料谐振腔的内壁还可镀金、银等高导金属层。

其中，在所述密闭空间外包括第一道绝热密闭空间和第二道绝热密闭空间。

其中，所述第一道绝热密闭空间包括真空筒和零级法兰。

其中，所述真空筒采用多层复合结构，其最外层为恒温夹层，所述恒温夹层的恒温液体包含但不限于水、或矿物油、或烷烃类及其衍生物、或烯烃类及其衍生物、或醇类及其衍生物、或醚类及其衍生物等纯质；或者上述物质组成的混合物。

其中，低温制冷机至少包括两个冷头。

其中，所述装置可用于纯质或混合物的相平衡、密度、介电系数、折射率、密度维里系数、介电维里系数等多个热物性的测量。