本发明涉及计量,具体涉及一种温坪测量装置。
背景技术:
1、在微重力的环境中,或在密度梯度与离心势(或引力势)恒稳的状态下,工质对流动力减弱,容易出现亚稳态现象,表现为液相过冷而不凝结,固相过热而不融化的情况,且不同分层的温度不均匀,这种现象成为温坪测量不确定度的主要来源。温坪温度是国际温标its-90定义的固定温度点,也称为相变点,工质由液相到固相或由固相到液相转化过程中,热流稳定时,温度-时间曲线上,二阶导数为零时的温度就是温坪点。对流传热的机理一旦失去,除了亚稳态现象,还可能造成工质温度不均匀,使温度-时间曲线的二阶导数为零的点与真实相变点对应不上,造成误判。尤其在失重情况下,如空间站、宇宙飞船等环境中,相变点温坪的测量方法将会与传统静止状态下不同。另外,在变加速度运动过程中,克服振动效应外溢也是技术难点。
2、据《中国空间站科学实验资源手册》(载人航天工程办公室2019年4月)文件中介绍:“在微重力条件下,地面重力效应导致的流体(气体、液体、熔体)中的浮力对流、重力沉降、液体压力梯度等现象基本消失,地面重力效应所掩盖的一些次级效应凸显,导致流体形态和物理(化学)过程等发生显著变化,……”。说明微重力条件有可能导致相变过程的亚稳态。
3、当前,国际温标its-90规定了的各种固定点温度标准,由不同的工质的相变点温坪复现,典型的例如,零摄氏度的温度计量基准由水三相点装置复现。各国计量工作者研究了影响水三相点温度的各种机理,如水的同位素含量(孟哲健,包福兵,等,高准确度水三相点容器[j].计量学报,2023,44(2):195-202)、环境热辐射(闫小克.环境对水三相点温度的影响[j].计量技术,2004(10):31-33.)、容器材料(闫小克,段宇宁,马重芳.4种不同水源的水三相点容器的比对[j].计量学报,2007,28(2):133-136.)等,但是以上学者均没有提出亚稳态效应对水三相点温度的影响。
技术实现思路
1、针对在微重力的环境中,或在密度梯度与离心势(或引力势)恒稳的状态下,工质对流动力减弱,容易出现亚稳态现象,表现为液相过冷而不凝结,固相过热而不融化的情况,且不同分层的温度不均匀,导致温坪测量不准确的问题。尤其是在航天器内微重力条件,对流传热对工质的气-液-固相变状态和相变过程产生的影响,给温度计量标准引入测量不确定度。本发明实施例提供一种基于弹簧摆的工质相变温坪测量装置,利用弹性势能与动能相互转化,获得变加速度运动,增强了工质流体的对流作用,进而克服相变过程中的亚稳态现象。
2、为实现上述本发明的目的,本发明实施例提供一种温坪测量装置,包括:支架;摆动组件,设置于所述支架上;热流源组件,设置于所述摆动组件上;温坪测量组件,设置于所述热流源组件和所述支架上。
3、进一步地,所述摆动组件包括:两个摆臂,均设置在所述支架上;连杆,连接所述两个摆臂的一端;分别将所述两个摆臂与所述支架铰链于第一轴和分别将所述两个摆臂与所述连杆铰链于第二轴;两个游丝弹簧,设置在第一轴上。
4、进一步地,所述摆动组件还包括设置在所述摆臂上的平衡块。
5、进一步地,还包括力矩组件,所述力矩组件用于驱动所述摆动组件相对于所述支架运动。
6、进一步地,所述力矩组件包括:线圈,设置在所述支架上;永磁块,设置在所述摆臂的一端;检测电路,与所述线圈连接。
7、进一步地,还包括电连接器组件。
8、进一步地,所述电连接器组件包括:第一电线杆,设置于所述支架上;第二电线杆,设置于所述热流源组件上;摆动端电连接器,设置在所述连杆上或所述第二电线杆上;固定端电连接器,设置在所述第一电线杆上;排线,连接所述摆动端电连接器和所述固定端电连接器。
9、进一步地,所述热流源组件包括:对流换热板,与所述摆臂组件活动连接;温差功率器件,设置于所述对流换热板上;均热板,设置于所述温差功率器件上;传热桥,设置在所述均热板上;容器瓦,设置在所述传热桥上;温差温度计,有两个,分别设置在所述传热桥的两面。
10、进一步地,所述温坪测量组件包括被测温度计、相变工质容器和温坪测量单元。
11、进一步地,所述温坪测量单元包括温度信号调理器、模数转换器、数模转换器、功率放大器、电流换向开关、中央处理器、摆动模式控制和通信接口
12、本发明实施例的温坪测量装置,基于弹簧摆产生变化加速度的原理,让相变工质的容器处于摆动状态,同时给容器输入或输出热流,用于温度计量时,在微重力环境,或引力势恒定的环境中,解决工质亚稳态或传热不均的问题。另外,为减少振动效应外溢,还基于铰链四杆机构的正平行双曲柄运动原理,以及转动惯量轴与质心重叠的平衡状态,可减少变加速运动产生的振动传递给外部系统。
1.一种温坪测量装置,其特征在于,包括:
2.根据权利要求1所述的温坪测量装置,其特征在于,所述摆动组件包括:
3.根据权利要求2所述的温坪测量装置,其特征在于,所述摆动组件还包括设置在所述摆臂上的平衡块。
4.根据权利要求2所述的温坪测量装置,其特征在于,还包括力矩组件,所述力矩组件用于驱动所述摆动组件相对于所述支架运动。
5.根据权利要求4所述的温坪测量装置,其特征在于,所述力矩组件包括:
6.根据权利要求2所述的温坪测量装置,其特征在于,还包括电连接器组件。
7.根据权利要求6所述的温坪测量装置,其特征在于,所述电连接器组件包括:
8.根据权利要求1所述的温坪测量装置,其特征在于,所述热流源组件包括:
9.根据权利要求1所述的温坪测量装置,其特征在于,所述温坪测量组件包括被测温度计、相变工质容器和温坪测量单元。
10.根据权利要求9所述的温坪测量装置,其特征在于,所述温坪测量单元包括温度信号调理器、模数转换器、数模转换器、功率放大器、电流换向开关、中央处理器、摆动模式控制和通信接口。
