详情

原文传递一种磁流体热膨胀系数测量系统及方法

专利名称：	一种磁流体热膨胀系数测量系统及方法
摘要：	本发明公开一种磁流体热膨胀系数测量系统及方法，系统包括温控仪、PI电加热膜片、薄膜铂电阻式温度传感器、探头式温度传感器、电子分析天平、计算机、氮气仓、浮子、称重组件、磁流体容器和容器固定组件；电子分析天平放置于氮气仓底部，称重组件放置于电子分析天平上表面；称重组件由底座、支撑圆柱体、横架和配重块组成，横架平行于氮气仓；配重块固定于横架一端，横架另一端通过钨丝连接有浮子，磁流体容器通过容器固定组件固定于氮气仓底部上，磁流体容器内用于放置待测磁流体，测试时浮子置于磁流体容器内且完全浸没于待测磁流体中；PI电热膜片和上述两个传感器均与温控仪相连组成温控系统，计算机分别与温控仪和电子分析天平连接。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	天津;12
申请人：	天津大学
发明人：	李醒飞;徐鹏程;夏赣民
专利状态：	有效
申请日期：	2019-06-21T00:00:00+0800
发布日期：	2019-09-06T00:00:00+0800
申请号：	CN201910544638.4
公开号：	CN110208132A
代理机构：	天津市北洋有限责任专利代理事务所
代理人：	刘子文
分类号：	G01N5/00(2006.01);G;G01;G01N;G01N5
申请人地址：	300072 天津市南开区卫津路92号
主权项：	1.一种磁流体热膨胀系数测量系统，其特征在于，包括温控仪(1)、PI电加热膜片(15)、薄膜铂电阻式温度传感器(16)、探头式温度传感器(17)、电子分析天平(9)、计算机(12)、氮气仓(6)、浮子(18)、称重组件(8)、磁流体容器(3)和容器固定组件(14)；所述PI电加热膜片(15)、薄膜铂电阻式温度传感器(16)、探头式温度传感器(17)、磁流体容器(3)、容器固定组件(14)、称重组件(8)、电子分析天平(9)位于氮气仓(6)内；温控仪(1)和计算机(12)设置于氮气仓(6)外部；所述电子分析天平(9)放置于氮气仓(6)底部正中位置，称重组件(8)放置于电子分析天平(9)上表面正中位置；称重组件(8)由底座、支撑圆柱体、横架(7)和配重块(11)组成，横架(7)平行于氮气仓(6)；所述配重块(11)固定于横架(7)一端，横架(7)另一端通过钨丝(4)连接有所述浮子(18)，所述磁流体容器(3)通过所述容器固定组件(14)固定于电子分析天平(9)一侧的氮气仓(6)底部上，磁流体容器(3)内用于放置待测磁流体(19)，测试时所述浮子(18)置于所述磁流体容器(3)内且完全浸没于待测磁流体(19)中；所述PI电热膜片(15)通过导热硅胶环绕胶结于磁流体容器(3)的外壁中部位置，薄膜铂电阻式温度传感器(16)通过导热硅胶胶结固定在磁流体容器(3)的外壁下部位置，探头式温度传感器(17)用于放置于待测磁流体(19)中，PI电热膜片(15)、薄膜铂电阻式温度传感器(16)和探头式温度传感器(17)均与所述温控仪(1)相连共同组成温控系统，计算机(12)分别与温控仪(1)和电子分析天平(9)连接。 2.根据权利要求1所述一种磁流体热膨胀系数测量系统，其特征在于，所述氮气仓(6)用于隔绝空气，防止磁流体被氧化；测量时向氮气仓(6)内充入氮气，并保持在一个大气压下；所述氮气仓(6)的仓壁上设置有出气孔(2)、进气孔(5)和氮气仓操作口(13)，所述氮气仓(6)上还设置有气压表(10)。 3.根据权利要求1所述一种磁流体热膨胀系数测量系统，其特征在于，所述称重组件(8)的底座放置于电子分析天平(9)上，所述支撑圆柱体通过螺纹紧固在底座上，所述横架(7)通过螺钉紧固在支撑圆柱体上；所述配重块(11)通过粘合剂固定在横架一端，配重块(11)用于消除力矩对测量精度的影响。 4.根据权利要求1所述一种磁流体热膨胀系数测量系统，其特征在于，容器固定组件(14)包括底板、铜柱和支撑板；所述底板开有圆形槽，放置于电子分析天平(9)一侧的氮气仓底部，圆柱形的所述磁流体容器(3)嵌入圆形槽；两个所述铜柱通过螺纹连接于底板；所述支撑板通过螺钉紧固在铜柱上，支撑板中间开有圆形孔，所述磁流体容器(3)从支撑板中间的圆形孔中穿过。 5.一种磁流体热膨胀系数测量方法，基于权利要求1所述磁流体热膨胀系数测量系统，其特征在于，包括以下步骤： (1)向氮气仓内缓慢充入氮气，观察压力计，使氮气仓内气压稳定在一个大气压； (2)开启计算机，通过上位机界面打开温控仪、电子分析天平，预热30分钟后，记录下此时称重组件在不受浮力时的总重m； (3)通过氮气仓操作口操作氮气仓内的仪器，向磁流体容器内加入待测磁流体，将浮子完全浸没在待测磁流体中； (4)加热磁流体至设定温度T1，T2，…，Tm，…,Tn…，记录下温度及对应的称重组件视重W1，W2，…，Wm，…,Wn…，设此时的磁流体密度分别为：ρ1，ρ2，…，ρm,…,ρn…，设浮子的体积分别为：V1，V2，…，Vm,…,Vn…,根据阿基米德浮力原理，有： mg-Wm＝ρmVmg, ① mg-Wn＝ρnVng， ② 设浮子的热膨胀系数为β′，由于温度变化，浮子的体积也发生变化： Vn≈Vm[1+β′(Tn-Tm)]， ③ 设磁流体在tm→tn时平均热膨胀系数为β，有： ρn≈ρm[1+β(Tn-Tm)]， ④ 联立①-④式可得出待测磁流体在tm→tn时的平均热膨胀系数β：其中，浮子热膨胀系数β′可根据常见材料热膨胀系数表查阅得知； (5)以2℃作为一个温度梯度，依次对待测磁流体进行加热，计算机通过串口线与温控系统和电子分析天平建立通信，实时读取温度和称量视重的数据；通过根据公式⑤编写的计算机程序计算出各个温度差下的平均热膨胀系数β，然后进行多项式拟合，最终得到待测磁流体的温度-热膨胀系数曲线。
所属类别：	发明专利