一種旋轉滴界面張力儀的氣熱式控溫系統的製作方法

2023-06-24 08:05:21

專利名稱：一種旋轉滴界面張力儀的氣熱式控溫系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種應用於精細化工、石油石化、輕紡、農藥等領域中用來檢測用 的溫度控制實現系統，更具體地說，是一種利用旋轉滴法測試液/液以及液/氣表面或界面 張力儀中的氣熱式控溫系統。
背景技術：
液/液界面張力、液/氣表面張力以及固/液接觸角值等基本指標是表徵物質物 理化學性質的基本參數，目前應用較廣的測試方法包括稱重法以及光學圖像分析法，旋轉 滴界面張力儀作為一種測試液/液以及液/氣界面張力儀為光學圖像分析法的一種，通過 分析克服離心力而失重情況下一種液體相(或氣體)在另一不相溶液體中的外形輪廓計算 得出其相應界面(表面)張力值，本方法可廣泛應用於微乳、化妝品等界面張力分析以及油 田三採、鑽井等工藝中研究及現場監控所用。溫度是影響界面張力測值的最重要指標之一，溫度控制的精度將會直接影響到界 面張力值的大小，同時，針對旋轉滴應用於油田三採監控及品質控制使用的實際，溫度除影 響到界面張力值外，還會影響到被測油樣的粘度，進而間接影響界面張力測值效果。長期以來，旋轉滴界面張力儀溫度控制系統受科研及製造技術發展程度所限，無 論溫度準確度以及控制精度、控制方式均存在很大缺陷，完全不符合界面張力測試對溫度 的高要求；目前發現的旋轉滴界面張力儀的溫度控制模式為控制加熱源本身溫度，用恆定 溫度控制周圍環境中氣體的溫度，進而利用氣體的保溫效果加熱石英玻璃樣品管，最後通 過石英玻璃管的導熱實現加熱被測樣品的目的，如圖1所示的現有溫度控制系統，將兩根 加熱棒1外表塗履導熱矽脂後，插入一個鋁合金材質製作的旋轉腔體5內；將一根PT100溫 度探頭2表面塗履導熱矽脂後，裝入旋轉腔體5內；將旋轉軸4插入旋轉腔體內通孔，中間 保證1mm左右間隙，用塑料材質製成的保溫套3套住，以起保溫作用；加熱控制時，通過給加 熱棒1供電，加熱旋轉腔體5，溫度傳感探頭2讀取旋轉腔體溫度值並按目標值控制溫度； 旋轉腔體加熱後，以恆定溫度對外散熱加熱保溫套腔體內環境氣體，氣體受熱後，對裝在旋 轉軸4內的石英玻璃材質樣品進行加熱，最後加熱的石英玻璃對裝在石英玻璃樣品內的被 測試樣品加熱，以達到控制被測樣品溫度的目的。根據牛頓冷卻定理以及熱力學定理，從理論上講，如上所述的溫度控制結構是不 能達到控制溫度即為被測試樣品溫度的控制目的；通過實驗，我們進一步證實，如上控制 被測樣溫度的結構，與理想控溫目標差值較大，現有數據顯示，如上控制溫度結構，在室溫 22°C左右的條件下，加熱目標溫度控制30°C左右時，實際旋轉腔體內空氣溫度為28.3°C ； 目標溫度控制45°C左右時，實際旋轉腔體內空氣溫度為40. 9°C ；目標溫度控制為65°C時， 實際旋轉腔體內空氣溫度為57. 5°C ；目標溫度控制為85°C時，實際旋轉腔體內空氣溫度為 72. 4°C ；由以上可見，該溫度控制結構存在非常大的缺陷。由於採用如上的設計，導致現有的旋轉滴界面張力測試過程中會出現如下現象1、測值效率差，由於空氣保溫效果好，加熱空氣時間較長，且保溫套材料為塑料，絕熱效果差，導致達到某目標溫度時間非常之長；2、測試界面張力值與某溫度條件下界面張力實際值誤差大；3、測值重複性差；4、測值過程中出現油樣回縮現象，測值穩定性不好；5、溫度讀值不準，溫度讀值誤差大，無溫度校準功能。
發明內容為了解決現有技術中的不足，本實用新型提供了一種旋轉滴界面張力儀的氣熱式 控溫系統，可以提高控溫精度、溫度讀值解析度，降低目標溫度與實際樣品溫度的差值，全面 提升旋轉滴界面張力儀的測值精度，可廣泛應用於精細化工、石油石化、輕紡、農藥等領域。本實用新型的目的是能過如下的技術方案來實現的一種旋轉滴界面張力儀的氣熱式控溫系統，主要由加熱棒、旋轉腔體、石英玻璃 管、溫度傳感器、旋轉軸、保溫套、散熱片、鋁合金塊、陶瓷隔熱層、觀察窗構成，旋轉滴界面 張力儀的腔體內裝有旋轉軸、鋁合金塊、加熱棒、石英玻璃管等部件，鋁合金塊中插入一個 加熱棒(半導體矽片、電熱絲、陶瓷等)，使鋁合金塊形成為一個熱源，鋁合金塊上塗履導熱 矽脂後整面裝上散熱片，將石英玻璃樣品管裝在旋轉軸內，旋轉軸上套有保溫套，腔體四周 六面裝有陶瓷隔熱層，溫度傳感器裝在腔體環境空氣中，腔體兩側以及上門裝有透明石英 玻璃制觀察窗。所述的溫度傳感器，採用新型半導體數字式溫度傳感器晶片，測值精度可高達 0. 0625°C，測值範圍可高達_55°C _125°C，作為溫度探測器，將其置於旋轉軸所在空氣環境 中，而不是放在加熱源上。所述的加熱棒，其外表塗履導熱矽脂後插入鋁合金制加熱塊中。所述的鋁合金塊，其上面塗履導熱矽脂後，安裝散熱片。所述的腔體，其外表採用絕熱效果非常好的陶瓷材料絕熱。本實用新型通過如下散熱過程實現控制被測樣溫度用加熱棒加熱具有散熱片的 整面鋁合金塊，形成加熱源，加熱源加熱旋轉軸所在腔體的空氣，通過溫度傳感器讀取腔體 內空氣的溫度值，並控制其在目標溫度的正常波動範圍內波動，以恆定溫度的空氣加熱裝 有被測樣品的石英玻璃樣品管，通過石英玻璃樣品管加熱被測樣品。由於採用了以上的技術方案，本實用新型具有如下的有益效果1、採用新型半導體數字式溫度傳感器，溫度讀取控制電路集中到晶片並以數字方 式傳輸，無需校準，全面提高了溫度讀取值的精度；2、採用新的加熱並控制樣品所在環境裡空氣的氣熱式控溫方式，間接控制被測液 體樣的溫度值，精度更高，誤差更小，全面提高了界面張力測值精度，降低了溫度對界面張 力測值的影響；3、採用新的氣熱式控溫方式，使目標溫度與真實溫度更接近，加熱效果更高，全面 提高了界面張力測值效率，且多次重複測值，測值偏離小，無明顯油滴回縮現象。

圖1為現有的旋轉滴界面張力儀溫度控制結構分解示意圖；[0025]圖2為本實用新型的旋轉滴界面張力儀氣熱式溫度控制系統結構示意圖。圖1中1_加熱棒，2-溫度探頭，3-保溫套，4-旋轉軸，5-旋轉腔體；圖2中1-腔體，2-鋁合金塊，3-加熱棒，4-散熱片，5_石英玻璃管，6_溫度傳感 器，7-旋轉軸，8-陶瓷隔熱層，9-觀察窗，10-保溫套。
具體實施方式
以下結合附圖對實用新型進一步的進行實施描述；如圖2所示，旋轉滴界面張力儀腔體1內裝有旋轉軸、加熱器、石英玻璃管等部件； 在鋁合金塊2中插入一個加熱棒3，使鋁合金塊2形成為一個熱源；在鋁合金塊2上塗履導 熱矽脂後整面裝上散熱片4，以提升散熱效率；加熱過程中冷空氣下降，熱空氣上升，利用 旋轉軸7的轉動形成空氣對流，實現加熱腔體1內部空氣的目的；溫度傳感器6裝在腔體環 境空氣中，讀取腔體內空氣溫度值並利用PID方式控制加熱源的加熱通斷實現控制腔體1 內空氣溫度的目的；將石英玻璃樣品管5裝在旋轉軸7內，利用腔體1內的氣體溫度散熱效 應，加熱石英玻璃樣品管5，進而將熱傳導給被測液體樣品；腔體1四周六面裝有陶瓷隔熱 層8，旋轉軸7上套有保溫套10，以起到隔熱保溫效果；腔體兩側以及上門裝有透明石英玻 璃制觀察窗9，從而使得CCD可以捕捉到液滴的外表輪廓形態以測試氣熱式控溫條件下的 液/液界面張力或液/氣表面張力值等物性指標。優選地，所述的加熱棒，採用半導體矽片、電熱絲或陶瓷等。本實用新型適用於旋轉滴界面張力儀控制被測樣品溫度，以考慮不同溫度條件下 液/液界面張力值或液/氣表面張力值，通過高精度控制被測樣品溫度，達到提高界面張力 精度、提高測值復復性、提高測值效果、減少油樣回縮的目的，可廣泛應用於石油化工、精細 化工、微乳、化妝品等行業的精確測值需要。
權利要求一種旋轉滴界面張力儀的氣熱式控溫系統，主要由加熱棒、旋轉腔體、石英玻璃管、溫度傳感器、旋轉軸、保溫套、散熱片、鋁合金塊、陶瓷隔熱層、觀察窗構成，其特徵在於，旋轉滴界面張力儀的腔體內裝有旋轉軸、鋁合金塊、加熱棒、石英玻璃管等部件，旋轉軸後端固定一保溫套，鋁合金塊中插有一個加熱棒，加熱棒上部的鋁合金塊上整面裝上散熱片，石英玻璃樣品管裝在旋轉軸內，腔體四周六面裝有陶瓷隔熱層，腔體兩側以及上門裝有透明石英玻璃制觀察窗。
2.根據權利要求1所述的一種旋轉滴界面張力儀的氣熱式控溫系統，其特徵在於所 述的鋁合金塊，中間安裝有加熱棒且上部的鋁合金塊表面上塗履導熱矽脂。
3.根據權利要求1所述的一種旋轉滴界面張力儀的氣熱式控溫系統，其特徵在於所 述的溫度傳感器裝置在腔體環境空氣中。
4.根據權利要求1所述的一種旋轉滴界面張力儀的氣熱式控溫系統，其特徵在於所 述的加熱棒，為半導體矽片、電熱絲或陶瓷。
專利摘要本實用新型公開了一種旋轉滴界面張力儀的氣熱式控溫系統，屬於檢測裝置領域，其結構上主要由加熱棒、旋轉腔體、石英玻璃管、溫度傳感器、旋轉軸、保溫套、散熱片、鋁合金塊、陶瓷隔熱層、觀察窗構成，旋轉滴界面張力儀的腔體內裝有旋轉軸、鋁合金塊、石英玻璃管、加熱棒等部件，旋轉軸後端固定一保溫套，鋁合金塊中插入一加熱棒，鋁合金塊上塗履導熱矽脂後整面裝上散熱片，石英玻璃樣品管裝在旋轉軸內，腔體四周六面裝有陶瓷隔熱層，溫度傳感器裝在腔體環境空氣中，腔體兩側及上端裝有透明石英玻璃制觀察窗；本實用新型可提高控溫精度、加熱效率、溫度讀值解析度，降低目標溫度與實際樣品溫度的差值，全面提升旋轉滴界面張力儀的測值精度。
文檔編號G01N13/02GK201607389SQ200920213959
公開日2010年10月13日 申請日期2009年11月20日 優先權日2009年11月20日
發明者劉洪 申請人:上海梭倫信息科技有限公司