一种临界状态观测及p‑v‑T关系测定教学实验台制造技术

一种临界状态观测及p‑v‑T关系测定教学实验台，包括底部腔体，底部腔体内设置有金属杯，金属杯与底部腔体内壁之间有空隙，金属杯内填充有水银，金属杯内水银面上部与底部腔体内壁之间填充有液压油；金属杯内设置有伸入水银中的金属气体压缩腔体，金属气体压缩腔体底部设置有伸入水银中的导管；金属气体压缩腔体顶部设置有石英玻璃管，金属气体压缩腔体与石英玻璃管内填充有流体工质，石英玻璃管外侧设置有用于控制实验温度的实验温度控制部分。本实用新型专利技术使用金属压缩腔体代替玻璃压缩腔体，使用厚壁石英玻璃管代替了普通玻璃管，通过密封设计将常规压缩气体所用的葫芦形玻璃腔体改为金属腔，大大提高了实验台的耐压性和安全性。

A critical observation and P V T experiment platform of teaching

A critical observation and P V T determination of the relationship between the teaching experiment station, including at the bottom of the cavity, the bottom of the cavity is arranged with a metal cup, the gap between the inner wall of the cavity and the bottom of the metal cup, a metal cup filled with mercury, and hydraulic oil is filled between the metal surface and the upper part of the water in the cup at the bottom of the inner wall of the cavity of the silver metal cup; set into a metal gas mercury during the compression cavity, the metal gas compression cavity is arranged at the bottom part of the metal mercury into the tube; gas compression cavity is arranged on the top of the quartz glass tube, metal gas compression cavity and the quartz glass tube is filled with fluid, quartz glass tube is arranged outside the temperature control experiment for the experimental temperature control part. The utility model is used instead of glass metal compression cavity compressed cavity, using thick walled quartz glass tube instead of ordinary glass tube, the seal design will be gourd shaped glass cavity with conventional compressed gas to the metal cavity, greatly improving the durability and safety of the experiment station.

【技术实现步骤摘要】
一种临界状态观测及p-v-T关系测定教学实验台
本技术涉及能源动力
的实验教学，特别涉及一种临界状态观测及p-v-T关系测定教学实验台，用于能源动力类临界状态观测及p-v-T关系测定专业课程实验的教学。
技术介绍
“临界状态观测及p-v-T关系测定实验”是国内热力学、物理化学、热工基础等课程所开设的课程测量实验，目前国内针对本科生的该项实验所使用的二氧化碳P-V-T关系仪，是使用水银将二氧化碳封装在玻璃容器内，玻璃容器上部为圆柱形长玻璃管，下部为葫芦形腔体。使用压力泵将压力油送入高压容器，水银在液压油的作用下被压入玻璃容器，使得二氧化碳气体的体积发生变化，通过套在玻璃容器长管部位外面的玻璃水套上的标尺读出二氧化碳的体积变化量，从而测得二氧化碳的p-v-T关系。国内目前所出售和使用中的该实验台均以二氧化碳作为工质，实验台存在以下缺陷：1.玻璃容器存在耐压风险。该容器均采用普通玻璃制作，玻璃容器壁厚一般为1～3mm，且容器下部直径葫芦形部分内外都要承压，因此该玻璃容器不宜在过大的压力下使用。本实验通过压力泵将二氧化碳加压，由于二氧化碳的临界压力较高，实验中的最高压力将达到10MPa，在如此大的压力下进行实验显然具有一定的危险性，而国内该教学实验仪器的生产商大多不具备压力容器的生产和制造资质，进一步加剧了使用该仪器在教学过程中的风险。2.二氧化碳液化后的液柱长度过小。在本实验的实验过程中，需要在一定的温度下，将二氧化碳完全压缩为液态，然后通过观测液柱的长度进行实验数据的处理，实验结果的准确度与液柱测量的准确度直接相关，由于二氧化碳液化后的液柱长度非常短，约为15mm，而标尺的最小刻度为1mm，这么短的液柱显然不容易读准。此外，液体全部液化后再对其压缩时压力会迅速上升，由于二氧化碳的液柱太短，在实验中学生很容易加压过快而导致玻璃管超压破裂，从而造成危险。3.实验开设时间范围受限。受教学实验台采购成本的限制，目前高校所采用的本实验台所附带的循环浴大多没有制冷功能。二氧化碳的临界压力为30.98℃，实验中要进行低于临界温度的测试，由于不带制冷功能的恒温槽需要在高于室温至少5～10℃的条件下才能稳定，因此本实验在夏天或春秋室温较高的时候可能无法正常开出。由于二氧化碳非常容易获取，且相对于其它工质其热物性数据更为人熟知，因此“临界状态观测及p-v-T关系测定实验”从一开始至今一直仅采用二氧化碳作为工质，从而使得该实验台存在以上诸多问题。近年来，由于教学实验仪器的市场化，仪器开发人员的专业性往往略为缺乏，而更为专业的科研人员大多不再对其关注，因此长期以来该教学实验一直未得到改进。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种临界状态观测及p-v-T关系测定教学实验台，用于测定流体工质的临界特性及p-v-T关系，本技术的实验台的安全性得到极大的提高，也不需要另外配备恒温槽循环浴，可节省实验台成本和实验室空间，大大缩短实验中由于恒温槽控温等待的时间，提高实验教学的效率。为实现上述目的，本技术采用以下的方案来实现：一种临界状态观测及p-v-T关系测定教学实验台，包括底部腔体，底部腔体内设置有金属杯，金属杯与底部腔体内壁之间有空隙，金属杯内填充有水银，水银的高度低于金属杯的高度，金属杯内水银面上部与底部腔体内壁之间填充有液压油；金属杯内设置有伸入水银中的金属气体压缩腔体，金属气体压缩腔体底部设置有导管；金属气体压缩腔体顶部设置有与金属气体压缩腔体相连通的石英玻璃管，金属气体压缩腔体与石英玻璃管内填充有流体工质，石英玻璃管外侧设置有用于控制实验温度的实验温度控制部分。本技术进一步的改进在于，金属气体压缩腔体上设置有上法兰，底部腔体上设置有下法兰，通过上法兰和下法兰将底部腔体和金属气体压缩腔体进行密封连接。本技术进一步的改进在于，金属气体压缩腔体与上法兰为整体结构。本技术进一步的改进在于，上法兰中部开一通孔，通过设置密封件将上法兰与石英玻璃管密封相连。本技术进一步的改进在于，实验温度控制部分包括设置在石英玻璃管的外侧的铝制热沉，铝制热沉的外侧设置有半导体制冷片，半导体制冷片的外侧设置有散热器，散热器的外侧安装有若干风扇。本技术进一步的改进在于，铝制热沉上安装有用于观察石英玻璃管内流体工质长度的观察窗。本技术进一步的改进在于，石英玻璃管、观察窗或铝制热沉上刻有标尺。本技术进一步的改进在于，石英玻璃管的内径为0.5～2mm，壁厚为2～10mm，长度为300～500mm。本技术进一步的改进在于，金属气体压缩腔体的容积为30～50mL。本技术进一步的改进在于，底部腔体上设置有进液口。与现有技术相比，本技术具有的有益效果：本技术使用金属压缩腔体代替玻璃压缩腔体，使用厚壁石英玻璃管代替了普通玻璃管，通过密封设计将常规压缩气体所用的葫芦形玻璃腔体改为金属腔，大大提高了实验台的耐压性和安全性；同时采用低压工质代替二氧化碳作为工质，从而使新技术的实验台的安全性得到极大的提高。此外，本技术通过设置实验温度控制部分进行控温，所以不需要另外配备恒温槽循环浴，可节省实验台成本和实验室空间，大大缩短实验中由于恒温槽升、降温过程所需等待的时间，提高实验教学的效率。此外，本技术提出多种更适合教学的流体工质，丰富了教学内容，提高了实验教学的效果。进一步的，本技术的实验台由于在铝制热沉的外侧设置半导体制冷片，所以具有制冷功能，避免了本实验在高温天气下无法正常进行的问题。进一步的，本技术中石英玻璃管的壁厚为2～10mm，通过使用厚壁石英玻璃光管代替普通的玻璃管，提高了实验台的安全性，此外，通过设置厚壁石英玻璃管和金属气体压缩腔，通过水银传递压力，可以使用多种低临界压力的流体作为被测工质，温度控制通过半导体制冷片进行实现。进一步的，石英玻璃管的内径为0.5～2mm，使用较细的内径，可以增长实验中产生的液柱长度，便于学生观察和记录，提高实验结果的准确度。进一步的，在本技术中，流体工质的温度通过半导制冷片进行制冷和加热。在石英玻璃管外设置铝制热沉，铝制热沉两侧安装半导体制冷片，半导体制冷片外侧安装散热器，散热器上安装风扇。流体工质的温度由铝制热沉进行保证。进一步的，在本技术中，铝块正面与背面与石英玻璃管对应处开槽安装观察窗，并设置标尺，实验中流体的高度差通过标尺进行读取，由于标尺更靠近石英管，因此读数更准确。进一步的，本技术的装置中可以采用的工质为乙烷、氟甲烷、六氟化硫、五氟乙烷、三氟甲烷、三氟氯甲烷、八氟丙烷或1,1,1-三氟乙烷，在高校所开设的本实验课程中，可在上课用的多套实验台中分别充注不同的工质，以增强学生对温度、压力及实际工质热物性的理解和认识。附图说明图1为本技术的结构示意图。图2为本技术的俯视图。图中，1为底部腔体，2为进液口，3为液压油，4为金属杯，5为水银，6为金属气体压缩腔体，7为上法兰，8为密封件，9为石英玻璃管，10为观察窗，11为半导体制冷片，12为散热器，13为风扇，14为流体工质，15为铝制热沉。具体实施方式下面结合附图对本技术进行详细说明。参见图1和图2，本技术包括带有进液口2的底部腔体1，底部腔体1内设置有金属杯4，金属杯本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种临界状态观测及p‑v‑T关系测定教学实验台，其特征在于，包括底部腔体(1)，底部腔体(1)内设置有金属杯(4)，金属杯(4)与底部腔体(1)内壁之间有空隙，金属杯(4)内填充有水银(5)，金属杯(4)内水银面上部与底部腔体(1)内壁之间填充有液压油(3)；金属杯(4)内设置有伸入水银中的金属气体压缩腔体(6)，金属气体压缩腔体(6)底部设置有导管；金属气体压缩腔体(6)顶部设置有与金属气体压缩腔体(6)相连通的石英玻璃管(9)，金属气体压缩腔体(6)与石英玻璃管(9)内填充有流体工质(14)，石英玻璃管(9)外侧设置有用于控制实验温度的实验温度控制部分。

【技术特征摘要】
1.一种临界状态观测及p-v-T关系测定教学实验台，其特征在于，包括底部腔体(1)，底部腔体(1)内设置有金属杯(4)，金属杯(4)与底部腔体(1)内壁之间有空隙，金属杯(4)内填充有水银(5)，金属杯(4)内水银面上部与底部腔体(1)内壁之间填充有液压油(3)；金属杯(4)内设置有伸入水银中的金属气体压缩腔体(6)，金属气体压缩腔体(6)底部设置有导管；金属气体压缩腔体(6)顶部设置有与金属气体压缩腔体(6)相连通的石英玻璃管(9)，金属气体压缩腔体(6)与石英玻璃管(9)内填充有流体工质(14)，石英玻璃管(9)外侧设置有用于控制实验温度的实验温度控制部分。2.根据权利要求1所述的一种临界状态观测及p-v-T关系测定教学实验台，其特征在于，金属气体压缩腔体(6)上设置有上法兰(7)，底部腔体(1)上设置有下法兰，通过上法兰(7)和下法兰将底部腔体(1)和金属气体压缩腔体(6)进行密封连接。3.根据权利要求2所述的一种临界状态观测及p-v-T关系测定教学实验台，其特征在于，金属气体压缩腔体(6)与上法兰(7)为整体结构。4.根据权利要求2所述的一种临界状态观测及p-v-T关系测定教学实验台，其特征在于，上法兰(7)中部开一通孔，通过设置密封件(8)...

【专利技术属性】
技术研发人员：张可，邓昌宇，孟婧，王小丹，吴江涛，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：新型
国别省市：陕西,61