一种氢导热测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种氢导热测量装置及方法

【技术实现步骤摘要】
一种氢导热测量装置及方法


[0001]本专利技术涉及氢物性测试领域，特别涉及一种氢导热测量装置及方法
。

技术介绍

[0002]常规的导热系数测量方法可以分为稳态法和非稳态法两类
。
稳态法测量原理是当试样上温度分布达到稳定后，即试样内温度分布是不随时间变化的稳定的温度场，通过测定流过试样的热量和温度梯度等参数来确定试样的导热系数的方法
。
稳态法实验原理简单，但耗时较长，测量液体需要避免液体对流，因此主要用于固体导热系数的测量，无法用于液氢的导热系数测量
。
非稳态法通过测量试样内某些点的温度变化的情况以及其他一些需要的参数，从而确定物质导热系数
。
一般来说，非稳态法主要包括瞬态热线法
、
瞬态热平面法等
。
其中，瞬态热平面法主要用于固体导热系数测量，液体测量精度较差，不满足液氢测量温度范围的要求
。
相较之下，瞬态热线技术在测量液体导热系数方面具有较好的潜力，可以应用于除稀薄气体和临界区域外的一切极性和非极性流体
。
但对于氢导热物性测量，需要考虑低温密封
、
减少辐射换热
、
抑制自然对流等因素，以提升测量准确度
。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种的氢导热测量装置及方法，利用恒功率对线热源进行加热，线热源及其周围的被测氢介质就会产生温升，根据线热源的温升就可以得到被测氢介质的导热系数
。<br/>[0004]本专利技术拟采用如下技术方案实现本专利技术的目的：
[0005]第一方面，本专利技术提供了一种氢导热测量装置，其包括低温杜瓦和氢源罐；
[0006]低温杜瓦的内腔中设有用于盛装待测量氢样品的样品腔，样品腔外部通过依次包覆内层冷屏和外层冷屏减少样品腔和低温杜瓦之间的辐射换热；
[0007]样品腔的腔体为圆柱形，腔体中设置有样品腔压力传感器和样品腔温度传感器，分别用于测量样品腔内部氢样品对应的压力和温度数据；样品腔外部安装有用于对样品腔及内部氢样品进行加热的电加热组件；
[0008]样品腔的腔体内通过绝缘支撑件固定有热线，且热线的材质为钽丝，热线仅在两端与绝缘支撑件绝缘固定，其余部分均浸没在样品腔内部的氢样品中；
[0009]样品腔的腔体顶部连接不锈钢毛细管的一端，且且不锈钢毛细管与低温杜瓦内壁之间安装有多道水平布置的防辐射冷屏，不锈钢毛细管的另一端穿出低温杜瓦后依次连接电磁阀和氢气放空阀；
[0010]样品加注管路依次连接氢源罐
、
样品加注阀后接入电磁阀和氢气放空阀之间的不锈钢毛细管中，用于在电磁阀和样品加注阀均开启时将待测导热的氢样品自氢源罐转移至样品腔内部；
[0011]电加热膜
、
热线的两端
、
样品腔压力传感器
、
样品腔温度传感器
、
电磁阀均通过信号及电源线连接至控制器，实现压力
、
温度参数的测量以及电磁阀的开启控制
。
[0012]作为上述第一方面的优选，所述样品腔由
316L
不锈钢加工而成，腔体密封采用全焊接密封结构，所述电加热组件采用缠绕于样品腔外部的电加热膜
。
[0013]作为上述第一方面的优选，所述电加热膜采用聚酰亚胺电加热膜
。
[0014]作为上述第一方面的优选，所述信号及电源线引出低温杜瓦前与防辐射冷屏进行换热
。
[0015]作为上述第一方面的优选，所述样品腔温度传感器采用
Lakeshore Cernox
温度传感器，且传感器信号线采用磷铜导线
。
[0016]作为上述第一方面的优选，所述样品加注管路采用真空绝热管
。
[0017]作为上述第一方面的优选，所述防辐射冷屏焊接在在不锈钢毛细管外部固定套设的铜套管上
。
[0018]作为上述第一方面的优选，所述氢导热测量装置中的电气设备均采用防爆设计
。
[0019]作为上述第一方面的优选，所述的热线垂直安装
。
[0020]第二方面，本专利技术提供了一种利用如上述第一方面任一方案所述氢密度测量装置的氢密度测量方法，其包括：
[0021]S1、
根据目标状态点对应的测量温度
T
s
和压力
P
s
，打开电磁阀和样品加注阀，将来自氢源罐的液态氢样品输入低温杜瓦的样品腔，待样品腔中充满氢样品且样品腔压力传感器的读数高于
P
s
时完成加注，关闭电磁阀和样品加注阀；
[0022]S2、
打开氢气放空阀，控制器控制电加热组件的加热功率及电磁阀的开度，使样品腔内部稳定在设定温度
T
s
和压力
P
s
后关闭氢气放空阀，调整过程中产生的氢气通过氢气放空阀排出；
[0023]S3、
样品腔内部温度和压力稳定后，由控制器持续向热线施加恒功率
Q
使热线及周围氢样品产生温升，恒功率施加过程中实时测量热线两端的电压值
V
，获得电压值时域信号；
[0024]S4、
根据热线的长度
L
计算单位长度热线的加热功率
q
，进而根据电压值时域信号中每个时刻的电压值
V
，计算热线在每个时刻的电阻值
r
＝
V2/q
，再根据热线中电阻与温度之间的映射关系，得到每个时刻的热线温度
T
以及与初始热线温度之间的温差
Δ
T
；对恒功率施加过程中热线的温差
Δ
T
以及加热时间
t
进行线性拟合得到斜率值
A
，进而得到氢样品在目标状态点对应的导热系数
[0025]作为上述第二方面的优选，热线中电阻与温度之间的映射关系通过对热线预先进行标定试验得到
。
[0026]本专利技术相比现有技术突出且有益的技术效果是：设计了一种氢导热物性测量装置，实现液态和超临界态等多状态氢导热物性的高效测量
。
针对导热测量的热线采用电压引线法，仅测量热线中间段的电压随时间的变化，避免端部效应，提高测量精度
。
[0027]以下将结合附图对本专利技术的构思
、
具体结构及产生的技术效果做进一步说明，以充分的了解本专利技术的目的
、
特征和效果
。
附图说明
[0028]图1是本专利技术一种氢比热测量装置的结构示意图
。
[0029]图中附图标记为：低温杜瓦
1、
绝缘夹具
2、
样品腔
3、
电加热组件
4、
热线
5本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种氢导热测量装置，其特征在于，包括低温杜瓦
(1)
和氢源罐
(18)
；低温杜瓦
(1)
的内腔中设有用于盛装待测量氢样品的样品腔
(3)
，样品腔
(3)
外部通过依次包覆内层冷屏
(9)
和外层冷屏
(10)
减少样品腔
(3)
和低温杜瓦
(1)
之间的辐射换热；样品腔
(3)
的腔体为圆柱形，腔体中设置有样品腔压力传感器
(6)
和样品腔温度传感器
(7)
，分别用于测量样品腔
(3)
内部氢样品对应的压力和温度数据；样品腔
(3)
外部安装有用于对样品腔
(3)
及内部氢样品进行加热的电加热组件
(4)
；样品腔
(3)
的腔体内通过绝缘支撑件
(8)
固定有热线
(5)
，且热线
(5)
的材质为钽丝，热线
(5)
仅在两端与绝缘支撑件
(8)
绝缘固定，其余部分均浸没在样品腔
(3)
内部的氢样品中；样品腔
(3)
的腔体顶部连接不锈钢毛细管
(11)
的一端，且且不锈钢毛细管
(11)
与低温杜瓦
(1)
内壁之间安装有多道水平布置的防辐射冷屏
(12)
，不锈钢毛细管
(11)
的另一端穿出低温杜瓦
(1)
后依次连接电磁阀
(15)
和氢气放空阀
(19)
；样品加注管路
(16)
依次连接氢源罐
(18)、
样品加注阀
(17)
后接入电磁阀
(15)
和氢气放空阀
(19)
之间的不锈钢毛细管
(11)
中，用于在电磁阀
(15)
和样品加注阀
(17)
均开启时将待测导热的氢样品自氢源罐
(18)
转移至样品腔
(3)
内部；电加热膜
(4)、
热线
(5)
的两端
、
样品腔压力传感器
(6)、
样品腔温度传感器
(7)、
电磁阀
(15)
均通过信号及电源线
(13)
连接至控制器
(14)
，实现压力
、
温度参数的测量以及电磁阀
(15)
的开启控制
。2.
如权利要求1所述的氢导热测量装置，其特征在于，所述样品腔
(3)
由
316L
不锈钢加工而成，腔体密封采用全焊接密封结构，所述电加热组件
(4)
采用缠绕于样品腔
(3)
外部的电加热膜
。3.
如权利要求2所述的氢导热测量装置，其特征在于，所述电加热膜采用聚酰亚胺电加热膜
。4.
如权利要求1所述的氢导热测量装置，其特征在于，所述信号及电源线
(13)
引出低温杜瓦
(1)
前与防辐射冷屏
(12)
进行换热
。5.
...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈静，张春伟，宋建军，齐向阳，樊凤彬，王静，崔皓玉，陈永，杨括，李山峰，杨思锋，
申请(专利权)人：北京航天试验技术研究所，
类型：发明
国别省市：