專利名稱：幾種用于瞬態(tài)熱線法測量的熱線固定結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及流體熱物性測試技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及流體導(dǎo)熱系數(shù)實驗測量領(lǐng)域，具 體為幾種用于瞬態(tài)熱線法測量的熱線(線熱源)固定結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
導(dǎo)熱系數(shù)作為物質(zhì)的重要物理參數(shù)，在石油、化工、材料、能源、生物、制藥、動力和 制冷工程等領(lǐng)域有著重要的用途，是許多工業(yè)流程和產(chǎn)品設(shè)計中必不可少的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。隨 著現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展，流體材料的導(dǎo)熱系數(shù)測量日益受到人們的重視。物質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù) 可以通過實驗測量、理論推算或計算機模擬等方法來獲得，但目前仍然以實驗測量為主。根 據(jù)導(dǎo)熱系數(shù)的實驗測量原理，其測量方法大致可以分為穩(wěn)態(tài)法和非穩(wěn)態(tài)法。非穩(wěn)態(tài)法由于 測量時間短，測量精度可以與穩(wěn)態(tài)法相當(dāng)，近年來得到了快速發(fā)展。而其中的瞬態(tài)熱線法是 目前測量流體導(dǎo)熱系數(shù)精度最高的非穩(wěn)態(tài)法。瞬態(tài)熱線法的理想模型為無限大介質(zhì)中的徑向一維非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題，具體為無限 長的熱線在無限大介質(zhì)中處于初始熱平衡狀態(tài)下受到瞬間加熱脈沖而引起的熱傳導(dǎo)過程。 瞬態(tài)熱線法的測量時間極短，在流體發(fā)生自然對流之前就可以完成測量，可以避開對流的 影響。此外，瞬態(tài)熱線法的適用范圍極寬，除了稀薄氣體及臨界附近外都可以進行測量。熱線是瞬態(tài)熱線法測量導(dǎo)熱系數(shù)的主要元件，按照理想模型的要求，該熱線應(yīng)為 直徑無限小、長度無限長、具有零熱容的理想熱源。為了盡量接近理想模型的要求，實際應(yīng) 用中應(yīng)選擇盡量細的加熱絲作為熱源，熱線一般選用直徑為1 500 μ m的鉬絲、鉭絲或鎢 絲等金屬絲。熱線法分為單熱線法和雙熱線法，單熱線法為1根熱線，雙熱線法有2根熱線。國外對熱線法研究具有一定權(quán)威的機構(gòu)及專家主要有美國國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)局 (NIST)、葡萄牙的 C. A. Nieto de Castro、希臘的 M. J. Assael、英國的 W. A. Wakeham 以及日 本的Yugi Nagasaka等；國內(nèi)吳江濤、張可、薛征欣等人在此方面進行了大量的研究，發(fā)表 了多篇國際高水平的論文，目前在此方面的研究水平已達到國際先進水平。雖然熱線法是目前公認測量流體導(dǎo)熱系數(shù)最好的方法，但由于為了滿足理想模型 而采用的熱線非常細，難以固定且極易斷裂，熱線焊接也非常困難，熱線結(jié)構(gòu)非常脆弱，無 法承受一般的振動，更無法進行運輸，因此到目前為止基于瞬態(tài)熱線法的流體導(dǎo)熱系數(shù)測 量儀器只是出現(xiàn)在實驗室中，國內(nèi)外專業(yè)生產(chǎn)導(dǎo)熱系數(shù)測量儀器的公司均無商業(yè)化的熱線 法流體導(dǎo)熱系數(shù)儀器。目前國內(nèi)外所報導(dǎo)的熱線固定方式主要存在兩個問題(1)測量時要保證熱線在不同的溫度和壓力下能夠一直保持張緊狀態(tài)。在實驗室 中，一般采用在熱線端部懸掛金屬重物或在熱線與支架間安裝彈簧的結(jié)構(gòu)，使得熱線非常 容易斷。(2)瞬態(tài)熱線法的原理要求在熱線每個端部各引出兩根導(dǎo)線與儀表或電路相連， 因此單熱線一般有4根引出線，雙熱線則需要8根引出線。對于單熱線，國內(nèi)外通常的做法 是在熱線兩端部附近分別焊接與熱線相似直徑的引線，焊接難度非常大，焊接后也容易從 焊點處脫落；對于雙熱線，一般是將熱線先焊接在金屬鉤上，再從金屬鉤上引出兩根導(dǎo)線，焊接點較多，導(dǎo)致熱線可靠度較低。經(jīng)過資料檢索，主要有以下相關(guān)文獻[l]Ke Zhang, Jiangtao Wu, Zhigang Liu. Thermal conductivity of liquid dimethoxymethane and dimethoxymethane+diesel fuel at pressures to 30MPa. Journal of Chemical and Engineering Data,2006, 51(5) 1743-1748. (SCI :083YQ, EI 064210186103)[2]Jiangtao Wu, Zhigang Liu, Xiaogang Jin, Jiang Pan. The Thermal Conductivity of Some Oxygenated Fuels and Additives in the Saturated Liquid Phase. Journal of Chemical and Engineering Data,2005,50 (1) 102-104(SCI :887UG, EI 05058814969)[3]Yugang Wang, Jiangtao Wu, Zhengxin Xue, Zhigang Liu.The Thermal Conductivity of HFC-245fa from(243to 413)K.Journal of Chemical and Engineering Data,2006, 51(4) 1424-1428(SCI :063FA，EI 063310064473)[4]http ://fluidproperties. nist. gov[5]M. J. Assael, E. Karagiannidis, W.A. ffakeham. Measurements of the Thermal Conductivity of Rll and R12in the Temperature Range 250-340K at Pressures Up to 30MPa. International Journal of Thermophysics,1992,13 (5) :735_751[6]E. Charitidou, M. Dix, M. J. Assael, C. A. Nieto de Castro, W. A. ffakeham. A Computer-Controlled Instrument for the Measurement of the Thermal Conductivity of Liquids. International Journal of Thermophysics,1987,8(5) 511-519[7]Yujl Nagasaka, Aklra Nagashlma. Precise Measurements of the Thermal Conductivity of Toluene and n—Heptane by the Absolute Transient Hot-wire Method. Ind. Eng. Chem. Fundam.，1981，20 (3) : 216-220[8]吳江濤，靳曉剛，劉志剛.柴油/碳酸二甲酯混合物液相導(dǎo)熱系數(shù)的實驗研 究·西安交通大學(xué)學(xué)報，2005，39(1) :79-82(EI 05118999572)[9]王玉剛，薛征欣，吳江濤，劉志剛.甲基叔丁基醚飽和液相導(dǎo)熱系數(shù)的實驗研 究·化學(xué)工程，2008，36 (11)，47-49

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出的幾種熱線固定結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定和牢固，從根本上解決了熱線易斷、無 法商業(yè)化的問題。使用本結(jié)構(gòu)形式制作的熱線法導(dǎo)熱系數(shù)測量儀器具有如下優(yōu)點1、熱線 的固定非常牢靠；2、不怕振動和晃動；3、熱線焊接非常容易；4、可測量很寬的溫度和壓力 范圍內(nèi)流體的導(dǎo)熱系數(shù)。以下結(jié)合


和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細說明。

圖1是本發(fā)明中第一種熱線固定結(jié)構(gòu)圖2是本發(fā)明中第二種熱線固定結(jié)構(gòu)圖3是應(yīng)用本發(fā)明的一種結(jié)構(gòu)設(shè)計的一套測試系統(tǒng)圖4是應(yīng)用本發(fā)明的一種結(jié)構(gòu)設(shè)計的另一套測試系統(tǒng)
圖中符號說明1.熱線結(jié)構(gòu)的固定體；2.金屬絲支架；3.熱線；4.熱線容器； 5.隔熱材料；6.被測液體；7.恒溫介質(zhì)；8.恒溫介質(zhì)入口 ；9.恒溫介質(zhì)出口 ； 10.恒溫槽。
具體實施例方式本發(fā)明成功克服了影響熱線結(jié)構(gòu)可靠度的兩個因素。(1)使用與熱線相同(或線膨脹系數(shù)非常接近)材料的金屬絲或金屬棒做支架，將 熱線拉直并保持一定的張力焊于支架上，可以保證熱線在任何溫度下都保持張緊狀態(tài)。這 種做法不需要懸掛重物或加彈簧，大大增強了熱線的可靠性。(2)將熱線直接焊接在金屬絲支架上，這樣單熱線僅需2個焊點，雙熱線僅需3個 焊點，焊接也非常容易。在本發(fā)明的結(jié)構(gòu)中，雙熱線僅需引出6根導(dǎo)線，簡化了雙熱線的結(jié) 構(gòu)。圖1 2是本發(fā)明提出的三種熱線固定結(jié)構(gòu)圖，圖1將與金屬絲2彎成U型結(jié)構(gòu)，將熱線3焊接于U型金屬絲上。金屬絲直接引 出作為導(dǎo)線與測量儀表相連。圖2是圖1的一種簡化形式，其特點是只使用圖1 一半的結(jié)構(gòu)形式，僅需引出2根 (單熱線)或3根(雙熱線)L型金屬絲，弓I出后可在每根金屬絲端部分別連接2根導(dǎo)線接至 測量儀表或電路，從而大大簡化了熱線結(jié)構(gòu)。在圖2的結(jié)構(gòu)中，2根(單熱線)或3根(雙 熱線)金屬絲的長度基本相同，由于金屬絲支架2相對于熱線的電阻非常小，因此忽略金屬 絲電阻隨溫度的變化率對導(dǎo)熱系數(shù)的測量結(jié)果影響不是很大，可以滿足一般的工業(yè)測量要 求。 本發(fā)明中的焊接處均為熱線與金屬絲的焊接，焊接十分容易，U型金屬絲結(jié)構(gòu)大大 增強了結(jié)構(gòu)的抗震性，L型金屬絲結(jié)構(gòu)也能經(jīng)受住較大的振動。測量裝置實例將按照圖1 2結(jié)構(gòu)制作的熱線支架結(jié)構(gòu)懸于不銹鋼或其它材料制作的容器中并 密封，容器中充入待測液體，可以測量不同溫度和壓力下流體的導(dǎo)熱系數(shù)。圖3是本發(fā)明的一種測量裝置實例，控溫裝置為一絕熱容器，容器內(nèi)、外層采用不 銹鋼或其它金屬材料，內(nèi)外層之間填充聚氨酯、石棉等絕熱材料或抽真空。測量本體置于容 器中，控溫時可通入經(jīng)過外部恒溫器恒溫的液體或氣體。圖4是本發(fā)明的另一種測量裝置實例，將熱線容器置于恒溫槽中，可以通過控制 恒溫槽的溫度來實現(xiàn)對流體溫度的控制。
權(quán)利要求
幾種用于瞬態(tài)熱線法測量的熱線(線熱源)固定結(jié)構(gòu)及導(dǎo)熱系數(shù)測量裝置應(yīng)用實例，其特征在于，采用了可靠穩(wěn)定的熱線固定結(jié)構(gòu)，可以測量不同溫度和壓力下流體的導(dǎo)熱系數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱線固定結(jié)構(gòu)，其特征在于，如圖1所示，熱線固定結(jié)構(gòu)采用 U型及類似U型的金屬絲(棒)結(jié)構(gòu)。金屬絲(棒)采用與熱線相同(或線膨脹系數(shù)非常 接近)的材料。對于雙熱線法，中間的焊點可代替一般雙熱線的兩個焊點。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱線固定結(jié)構(gòu)，其特征在于，如圖2所示，熱線固定結(jié)構(gòu)采用 2根(單熱線)或3根(雙熱線)長度基本相同的L型金屬絲(棒)結(jié)構(gòu)。金屬絲(棒) 采用與熱線相同(或線膨脹系數(shù)非常接近)的材料。對于雙熱線法，中間的焊點可代替一 般雙熱線的兩個焊點。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的瞬態(tài)熱線法導(dǎo)熱系數(shù)測量裝置應(yīng)用實例，其特征在于，如圖 3所示，將依照本結(jié)構(gòu)制作的導(dǎo)熱系數(shù)測量本體置于絕熱容器中進行測試，通過向絕熱容器 通入恒溫介質(zhì)來實現(xiàn)對待測流體的溫度控制，從而可以對待測流體進行不同溫度和壓力下 導(dǎo)熱系數(shù)的測試。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的瞬態(tài)熱線法導(dǎo)熱系數(shù)測量裝置應(yīng)用實例，其特征在于，如圖 4所示，將依照本結(jié)構(gòu)制作的導(dǎo)熱系數(shù)測量本體置于恒溫槽中，通過控制恒溫槽的溫度對待 測流體進行不同溫度和壓力下導(dǎo)熱系數(shù)的測試。
全文摘要
本發(fā)明公開了幾種瞬態(tài)熱線法導(dǎo)熱系數(shù)測量裝置的熱線(線熱源)固定結(jié)構(gòu)及測量裝置應(yīng)用實例，其特征在于實現(xiàn)了可靠穩(wěn)定的熱線固定結(jié)構(gòu)，結(jié)合所示例的測量裝置應(yīng)用實例可實現(xiàn)不同溫度和壓力下流體導(dǎo)熱系數(shù)的測量。本發(fā)明經(jīng)過實驗驗證，證明其結(jié)構(gòu)非常牢固，測量精度非常高。
文檔編號G01N25/18GK101806760SQ200910021139
公開日2010年8月18日 申請日期2009年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月17日
發(fā)明者吳江濤, 張可, 薛征欣 申請人:西安夏溪電子科技有限公司