本实用新型专利技术公开了一种超声波测材料相变温度/相变率装置。该装置包括超声波发射/接收装置，可控温加热装置、温度测量装置和电脑四部分组成。所述超声波发射/接收装置包括超声波产生发射部分和超声波接收部分；所述可控温加热装置包括电加热丝和部分保温承装容器；所述温度测量装置包括两组热电偶，分别测量容器内空气层温度和相变材料温度；所述电脑用于记录温度变化和计算超声波走过路程。本实用新型专利技术利用超声波走过的路程来计算得待测材料相变的体积变化，联合热电偶测得的温度变化，得到待测材料的相变温度曲线和相变率。
【技术实现步骤摘要】
一种超声波测材料相变温度/相变率装置
本技术涉及一种超声波测距装置，尤其涉及一种超声波测量液位高度变化计算体积变化率和温度变化的装置。
技术介绍
超声波因其指向性强，且能量消耗缓慢的特点，在介质中的传播距离大，故在工程上常用于进行距离的测量。相对于红外线灯测距方式，超声波对磁场、光线和色彩等敏感度较低，更适合于更恶劣环境下进行工作。但其传播速度受温度影响较大，在进行精度较高的距离测定时，需要对其进行校正。热电偶是温度测量仪表中常用的测温元件，它直接测量温度，并把温度信号转换成热电动势信号，通过电气仪表(二次仪表)转换成被测介质的温度，便于将数据导入计算机记录处理。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种超声波测材料相变温度/相变率装置，利用热电偶测得物质发生相变时的温度变化曲线，以及空气介质的温度，利用超声波测得物质发生相变时的体积变化率，计算得到相变率。为实现上述目的，本技术采用以下技术方案：一种超声波测材料相变温度/相变率装置，包括可控温加热装置、相变材料热电偶、介质温度热电偶，保温承装容器、超声波发生/接收装置和电脑；所述可控温加热装置包括内置电热丝、电源线和底板；所述电热丝通过电源线与外部电源连接，所述可控温加热装置与保温承装容器之间设置有底板，所述保温承装容器上方设置有超声波发生/接收装置；所述保温承装容器内承装有待测相变材料及油层，形成油-相变材料界面和油-空气界面；所述保温承装容器内外壁之间填充有聚氯乙烯泡沫作为保温材料；所述油-相变材料界面下方即待测相变材料中设置有相变材料热电偶，所述油-空气界面上方设置有介质温度热电偶；所述相变材料热电偶与介质温度热电偶分别通过导线与电脑连接，所述电脑与超声波发生/接收装置连接。所述超声波发生/接收装置，该装置既可发生并发射超声波，又可接收超声波，并将信号通过导线传达到电脑；所述电脑记录下超声波发射/接收时间；上述装置中，所述底板的上表面具有较弱的反射超声波的能力，在超声波直接发射到其上时，可较好地反射超声波；在表面有液层阻挡时，到达底面的超声波几乎不能被反射。上述装置中，底板是铜制材料，熔点高且导热性能好。电热丝通电后发热，将电能转化为热能，通过热传导将热量依次传给底板和相变材料，相变材料内部传热，达到相变温度后熔化。上述装置中，所述油与待测相变材料不相溶，流动的油品使待测材料表面凹凸不平的表面变得平整，且油相的沸点高于相变材料的熔点，油的密度要小于该相变材料，油相始终在上层，相变材料在下层。上述装置中，所述电脑和相变材料热电偶、介质温度热电偶和超声波发生/接收装置相连接。上述装置中，所述保温承装容器的内横截面积一定，保证材料相变时体积变化量△V和油-相变材料界面、油-空气界面高度变化量△h成线性关系。上述装置中，保温承装容器的中下段有一圈的绝热卷材料，可有效地绝热，阻碍热量沿容器壁从相变材料传导到空气介质。上述装置中，所述超声波发生/接收装置每隔一极端时间便发射一束超声波，超声波被油-空气界面反射被接受装置接收，电脑记录下此时的时间。上述装置中，所述电脑和相变材料热电偶、介质温度热电偶和超声波发生/接收装置相连接。可以持续性地记录相变材料和空气层的温度变化，并记录每束超声波从发射到接收经过的时间，结合测得温度，计算得到油层表面距离超声波发射装置的垂直距离。本技术利用可流动的油相来使待测相变材料凹凸不平的表面平整化，并设计内横截面积一定的容器，使材料的体积变化转变为液面的高度变化，便于自动化计算处理。在数据处理时，主要利用超声波发生/接收装置，记录一束超声波发生-接收时间差Δt和对温度校正过的超声波波速V，计算出超声波发射口与液面之间的距离，即高度差Δh，因容器通体内截面积相等，则可由高度差Δh即可表达其体积的变化程度。在进行测量前，对空置容器组装好测量装置，开启超声波发生/接收装置，在内部空气介质温度t0，超声波时间差为Δt0，计算得到高度：h0＝Δt0×V0/2＝Δt0×(315+0.607×T0)/2在使用时，首先称量少量的待测相变材料，将其加入至容器内，约使其在完全融化后，液位约为容量的1/3处。接通可控温加热装置电源，使该相变材料先发生融化，待其舒展开并自发填满原固体间空隙时，再次由超声波测得时间差Δt1以及空气层温度t1，计算得到高度：h1＝Δt1×V1/2＝Δt1×(315+0.607×T1)/2在待测相变材料完全融化后，再加入适当的就有一定绝热作用的油品，使其充分覆盖相变材料表面。此时同样地，由超声波及热电偶测得时间差以及空气层温度t2，计算得到油品表面液面高度：h2＝Δt2×V2/2＝Δt1×(315+0.607×T2)/2由此可得到油层高度：hF＝h1-h2再将整个装置置放于一降温环境中，如带冷却循环水功能的水箱，使相变材料缓慢降温冷凝，并每隔一小段时间测量其温度其时间差，直至液体凝固完全。在其完全凝固时，再次测得时间差时间差t3以及空气层温度t1，计算得到高度：h3＝Δt3×V3/2＝Δt1×(315+0.607×T3)/2此时，计算得到该相变材料从液体到固体的冷凝相变率为η＝(h3-h2)/(h0-h1)＝[Δt3×(315+0.607×T1)-Δt2×(315+0.607×T1)]/[Δt0×(315+0.607×T1)-Δt1×(315+0.607×T1)]进一步地，电脑输出时间和所测温度数据，作出温度-时刻，和相变率-温度关系曲线图。由温度-时刻关系图，即可得到该材料的相变温度为多少，进一步由相变率-温度关系曲线，即可得到相变温度下的相变率。本技术相对于现有技术，具有如下的优点及效果：1、本技术对超声波传播速度进行了校正，精确度更高；2、本技术采用了两组热电偶来持续地测量温度随时间的变化，得到的数据丰富，且减少了人为操作的误差，有较高精度。3、本技术电脑对采集的数据进行处理，数据连续采集并计算，具有较高的连续性，且方便快捷，自动化高。附图说明图1是本技术整体结构示意图。图2是保温材料聚乙烯泡沫的截面剖图。图3是保温承装容器的截面剖图。图4是十六烷体积收缩率随时间变化图。图中各个部件如下：可控温加热装置1、加热丝101、电源线102、底板103、相变材料热电偶201、介质温度热电偶202、保温承装容器3、相变材料-油界面301、油-空气界面302、聚氯乙烯泡沫303、超声波发生/接收装置4、电脑5。具体实施方式为便于本领域技术人员理解，下面结合附图及实施例对本技术做进一步详细说明。如图1-图4所示，一种超声波测材料相变温度/相变率装置，包括可控温加热装置1、相变材料热电偶201、介质温度热电偶202，保温承装容器3、超声波发生/接收装置4和电脑5；所述可控温加热装置1包括内置电热丝101、电源线102和底板103；所述电热丝101通过电源线102与外部电源连接，所述可控温加热装置1与保温承装容器3之间设置有底板103，所述保温承装容器3上方设置有超声波发生/接收装置4；所述保温承装容器3内承装有待测相变材料及油层，形成油-相变材料界面301和油-空气界面302；所述保温承装容器3内外壁之间填充有聚氯乙烯泡沫303作为保温材料；所述油-相变材料界面301下方即待测相变材本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种超声波测材料相变温度/相变率装置，其特征在于：包括可控温加热装置（1）、相变材料热电偶（201）、介质温度热电偶（202），保温承装容器（3）、超声波发生/接收装置（4）和电脑（5）；所述可控温加热装置（1）包括内置电热丝（101）、电源线（102）和底板（103）；所述电热丝（101）通过电源线（102）与外部电源连接，所述可控温加热装置（1）与保温承装容器（3）之间设置有底板（103），所述保温承装容器（3）上方设置有超声波发生/接收装置（4）；所述保温承装容器（3）内承装有待测相变材料及油层，形成油‑相变材料界面（301）和油‑空气界面（302）；所述保温承装容器（3）内外壁之间填充有聚氯乙烯泡沫（303）作为保温材料；所述油‑相变材料界面（301）下方即待测相变材料中设置有相变材料热电偶（201），所述油‑空气界面（302）上方设置有介质温度热电偶（202）；所述相变材料热电偶（201）与介质温度热电偶（202）分别通过导线与电脑（5）连接，所述电脑（5）与超声波发生/接收装置（4）连接。
【技术特征摘要】
1.一种超声波测材料相变温度/相变率装置，其特征在于：包括可控温加热装置（1）、相变材料热电偶（201）、介质温度热电偶（202），保温承装容器（3）、超声波发生/接收装置（4）和电脑（5）；所述可控温加热装置（1）包括内置电热丝（101）、电源线（102）和底板（103）；所述电热丝（101）通过电源线（102）与外部电源连接，所述可控温加热装置（1）与保温承装容器（3）之间设置有底板（103），所述保温承装容器（3）上方设置有超声波发生/接收装置（4）；所述保温承装容器（3）内承装有待测相变材料及油层，形成油-相变材料界面（301）和油-空气界面（302）；所述保温承装容器（3）内外壁之间填充有聚氯乙烯泡沫（303）作为保温材料；所述油-相变材料界面（301）下方即待测相变材料中设置有相变材料热电偶（201），所述油-空气界面（302）上方设置有介质温度热电偶（202）；所述相变材料热电偶（201）与介质温度热电偶（202）分别通过导线与电脑（5）连接，所述电脑（5）与超声波发...
【专利技术属性】
技术研发人员：骆奇贤，方利国，戴博，郭浩，林铭钦，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：新型
国别省市：广东,44
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