一种智能液体汽化热测量实验装置及测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种智能液体汽化热测量实验装置及测量方法，包括位于机箱内部的控制处理装置和位于机箱上面的保温加热装置；控制处理装置用于给所述保温加热装置提供稳定的加热电压、记录加热时间、以及采集保温加热装置的质量信息；控制处理装置包括电压控制装置和质量测量装置；电压控制装置包括顺次连接的可控硅模块、加热电阻丝、电压互感器、桥式整流器、A/D转换器、微处理器、舵机，构成闭环控制回路；微处理器通过控制舵机转动实现对可控硅模块输出电压的稳定调节；质量测量装置通过压力传感器实现；保温加热装置采用电水壶原理实现。本发明专利技术提出的智能液体汽化热测量实验装置不需要冷凝器，成本低、操作简单、精度高。

【技术实现步骤摘要】
一种智能液体汽化热测量实验装置及测量方法
本专利技术涉及物理实验装置与电子信息
，具体地说是一种自动记录并处理在液体汽化热测量实验中相关数据的装置。
技术介绍
汽化热是物质的一种物理性质。物质由液态向气态转化的过程称为汽化。单位质量的液体汽化为同温度的蒸汽时所吸收的热量叫做液体的汽化热。汽化热的测量大部分采用电热混合冷凝法。混合冷凝法在实验时将汽化了的液体蒸气通过导管输入冷凝器中，蒸汽在冷凝器中凝结，测出冷凝液体的质量和冷凝过程中放出的热量，就可以测出液体的汽化热。用这种方法测量液体的汽化热不仅设备复杂，操作也不方便，而且测量结果的不确定度也比较大。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种基于单片机控制，不需要冷凝器，能够自动记录液体汽化热测量中相关数据的实验装置，具体技术方案为：一种智能液体汽化热测量实验装置，包括控制处理装置、机箱和保温加热装置(加热电阻丝阻值为R)；所述控制处理装置位于所述机箱内部，所述保温加热装置位于机箱上面。所述控制处理装置包括微处理器、A/D转换器、压力传感器、电压互感器、桥式整流器、舵机和可控硅模块；所述可控硅模块、所述电压互感器、所述桥式整流器、所述A/D转换器、所述微处理器依次相连接，所述压力传感器与所述微处理器相连；所述舵机的输入端连接所述微处理器，所述舵机的输出端连接所述可控硅模块。进一步，所述微处理器采用飞思卡尔MK60DN512ZVLQ10单片机；所述A/D转换器采用HX711模块；所述压力传感器采用CZL-A；所述电压互感器型号为SPT205B；所述桥式整流器采用GBJ2510整流桥模块；所述舵机的型号为FUTABA3010；所述可控硅模块的型号为BTA41600B。所述控制处理装置一方面通过闭环实时控制可控硅模块的输出电压，另一方面实时测量由于汽化而散失的液体的质量，通过所述微处理器的内部时钟记录实验时间，计算(计算可以手动完成，也可自动完成)液体汽化热的数值，并和外围设备之间进行信息传输。所述控制处理装置包含电压控制电路和质量测量电路。所述电压控制电路如图3所示，包括依次相连的交流电源、断路器K、可控硅模块、加热电阻丝R、限流电阻R1、电压互感器、桥式整流器、采样电阻R2、A/D转换器、微处理器和舵机，其中舵机的输出连接所述可控硅模块，构成闭环控制回路。所述交流电源的火线通过所述断路器K连接所述可控硅模块输入接口1；所述交流电源的零线连接所述可控硅模块输入接口2；所述可控硅模块输出接口1、所述加热电阻丝R、所述可控硅模块输出接口2顺次相连接；所述可控硅模块输出接口1通过所述限流电阻R1连接所述电压互感器一次侧节点1；所述可控硅模块输出接口2连接所述电压互感器一次侧节点2；所述电压互感器二次侧节点1连接所述桥式整流器交流输入接口1；所述电压互感器二次侧节点2连接所述桥式整流器交流输入接口2；所述桥式整流器的2个输出接口之间串接所述采样电阻R2；所述采样电阻R2两端分别连接所述微处理器的A/D采样引脚PTC1和接地引脚GND；所述舵机输入端连接所述微处理器的输出控制信号PTA10；所述舵机的输出与所述可控硅模块的旋钮机械连接。所述质量测量电路如图4所示，包括直流电源、压力传感器、A/D转换器和微处理器。所述压力传感器的输入连接所述直流电源，输出通过A/D转换器转换后连接微处理器；其中，所述A/D转换器数据线连接所述微处理器引脚PTD6；所述A/D转换器时钟线连接所述微处理器引脚PTD7。所述加热电阻丝R为保温加热装置的发热元件，阻值为40.1Ω；所述限流电阻R1的阻值为180KΩ，功率为1W；所述电压互感器变比为1:3；所述采样电阻R2的阻值为5.1KΩ，功率为0.125W。所述可控硅模块将交流电转换后给加热电阻丝R供电以实现加热，所述限流电阻R1用于将所述加热电阻丝R两端的大电压信号U转化成小电流信号i；所述桥式整流器的作用是将所述电压互感器二次侧的波形在时间轴上下两侧的交流小电流信号转化成波形均在时间轴上方的交流小电流信号；所述采样电阻R2的作用是将所述桥式整流器整流后的小电流信号转化成采样电阻R2两端的小电压信号；所述微处理器的A/D采集运用PIT定时中断，中断周期为40ms；每次中断期间进行40次A/D采集，然后对采集到的40个值取平均，得到电压的平均值。所述微处理器采用PID控制实现可控硅模块的采集电压与其理论电压保持一致，并通过控制舵机的旋转来实时调节可控硅模块的输出电压，克服了可控硅模块输出电压的波动，对加热电阻丝进行恒压加热。所述限流电阻R1和所述采样电阻R2的设置能够适应所述交流电源电压的峰值以及电压波动，保证所述微处理器采集到的电压值低于3.3V；所述微处理器的PIT定时中断周期的设置能够满足所述交流电源频率的波动和PID控制对于时间响应的要求；所述微处理器在中断期间的A/D采集次数能够适应整流后每个周期的时长以及在该周期内采集次数对测量精度的影响。所述限流电阻R1、所述采样电阻R2、所述微处理器I/O口采集的电压Vcc和所述可控硅模块输出电压的平均值U平均满足以下关系所述可控硅模块输出电压的有效值U有效和所述可控硅模块输出电压的平均值U平均满足以下关系根据此关系合理选择限流电阻R1和采样电阻R2便可实时测量此时可控硅模块输出的电压值U；所述微处理器的定时中断PIT可以达到1微秒的精度，在这样的误差下，微处理器由于中断延时引起的误差完全可以忽略不计；所述微处理器的PIT定时中断周期为40ms，这样的相响时间能够满足PID控制算法的要求；所述微处理器40次A/D采集的时长通过示波器测量约为10ms，即整流后的一个周期。所述微处理器40次A/D采集的测量值和理论值的误差通过MATLAB仿真来估算。对于这样的交流电压，在t∈[0,0.01]的区间内，其有效值为1V，40次等步长取样测得的值为0.9995，误差δ为0.05％，完全可以忽略不计。所述质量测量电路中的A/D转换器采集所述压力传感器电桥左右两端的差分电压信号，采集完成并将信号放大后，所述A/D转换器会与所述微处理器进行信息交换，所述微处理器根据接收的信号计算出此时的质量。所述外围设备设置在所述机箱箱体上，包括电源指示灯、电源开关、状态指示灯、状态控制按键、液晶屏和参数设置按键；所述交流电源、所述电源开关和所述电源指示灯顺次相连接；所述状态指示灯、所述状态控制按键、所述液晶屏和所述参数设置按键均与所述微处理器相连接。所述参数设置按键的0～9分别连接所述微处理器PTB0～PTB9引脚，小数点键连接所述微处理器PTB10引脚，校准键连接所述微处理器PTB11引脚，模式键连接所述微处理器PTB16引脚，去皮键连接所述微处理器PTB17引脚，清除键连接所述微处理器PTB18引脚，确认键连接所述微处理器PTB19引脚；所述参数设置按键0～9以及小数点键用于实验参数的设定，所述校准键用于对实验装置的自动校准，一般在实验前对设备进行初始化时要用到该按键，所述模式键用于实验模式的选择，分为自动测量和人工读数两种模式，所述去皮键用于临时将当前质量数值置零，便于在实验中记录Δm，所述清除键用于对上一步参数误设置的更正，所述确认键用于对当前设定的参数值的确认或者用于对当本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种智能液体汽化热测量实验装置，其特征在于，包括：位于机箱内部的控制处理装置和位于机箱上面的保温加热装置；所述控制处理装置用于给所述保温加热装置提供稳定的加热电压、记录加热时间、以及采集保温加热装置的质量信息；所述控制处理装置包括电压控制装置和质量测量装置；所述电压控制装置包括顺次连接的可控硅模块、加热电阻丝、电压互感器、桥式整流器、A/D转换器和微处理器，所述微处理器的输出连接舵机的输入，所述舵机的输出连接所述可控硅模块，构成闭环控制回路；所述可控硅模块用于给所述加热电阻丝提供加热电压；所述电阻丝的电压信号依次经电压互感器、桥式整流器后由所述微处理器进行A/D采集得到采集电压；所述微处理器通过控制舵机转动实现对可控硅模块输出电压的稳定调节；所述质量测量装置包括顺次连接的压力传感器、A/D转换器和微处理器；所述压力传感器将感知的保温加热装置的质量信息经A/D转换后送给微处理器；所述保温加热装置用于盛放待测液体并对待测液体加热。

【技术特征摘要】
1.一种智能液体汽化热测量实验装置，其特征在于，包括：位于机箱内部的控制处理装置和位于机箱上面的保温加热装置；所述控制处理装置用于给所述保温加热装置提供稳定的加热电压、记录加热时间、以及采集保温加热装置的质量信息；所述控制处理装置包括电压控制装置和质量测量装置；所述电压控制装置包括顺次连接的可控硅模块、加热电阻丝、电压互感器、桥式整流器、A/D转换器和微处理器，所述微处理器的输出连接舵机的输入，所述舵机的输出连接所述可控硅模块，构成闭环控制回路；所述可控硅模块用于给所述加热电阻丝提供加热电压；所述电阻丝的电压信号依次经电压互感器、桥式整流器后由所述微处理器进行A/D采集得到采集电压；所述微处理器通过控制舵机转动实现对可控硅模块输出电压的稳定调节；所述质量测量装置包括顺次连接的压力传感器、A/D转换器和微处理器；所述压力传感器将感知的保温加热装置的质量信息经A/D转换后送给微处理器；所述保温加热装置用于盛放待测液体并对待测液体加热。2.根据权利要求1所述的一种智能液体汽化热测量实验装置，其特征在于，所述电压控制装置还包括限流电阻R1、采样电阻R2；所述限流电阻R1串接在电压互感器输入端，用于将大电压信号转换为小电流信号；所述采样电阻R2并联在整流电路的输出端，用于将小电流信号转换为小电压信号。3.根据权利要求1所述的一种智能液体汽化热测量实验装置，其特征在于，所述舵机可以采用步进电机或伺服电机替换。4.根据权利要求1所述的一种智能液体汽化热测量实验装置，其特征在于，所述微处理器采用PID实现闭环控制；所述保温加热装置采用电水壶原理实现。5.根据权利要求1所述的一种智能液体汽化热测量实验装置，其特征在于，所述微处理器采用飞思卡尔MK...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱俊峰，郭茜，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32