一種智能液體汽化熱測量實驗裝置及測量方法制造方法及圖紙

本發明專利技術公開了一種智能液體汽化熱測量實驗裝置及測量方法，包括位于機箱內部的控制處理裝置和位于機箱上面的保溫加熱裝置；控制處理裝置用于給所述保溫加熱裝置提供穩定的加熱電壓、記錄加熱時間、以及采集保溫加熱裝置的質量信息；控制處理裝置包括電壓控制裝置和質量測量裝置；電壓控制裝置包括順次連接的可控硅模塊、加熱電阻絲、電壓互感器、橋式整流器、A/D轉換器、微處理器、舵機，構成閉環控制回路；微處理器通過控制舵機轉動實現對可控硅模塊輸出電壓的穩定調節；質量測量裝置通過壓力傳感器實現；保溫加熱裝置采用電水壺原理實現。本發明專利技術提出的智能液體汽化熱測量實驗裝置不需要冷凝器，成本低、操作簡單、精度高。

【技術實現步驟摘要】
一種智能液體汽化熱測量實驗裝置及測量方法
本專利技術涉及物理實驗裝置與電子信息
，具體地說是一種自動記錄并處理在液體汽化熱測量實驗中相關數據的裝置。
技術介紹
汽化熱是物質的一種物理性質。物質由液態向氣態轉化的過程稱為汽化。單位質量的液體汽化為同溫度的蒸汽時所吸收的熱量叫做液體的汽化熱。汽化熱的測量大部分采用電熱混合冷凝法。混合冷凝法在實驗時將汽化了的液體蒸氣通過導管輸入冷凝器中，蒸汽在冷凝器中凝結，測出冷凝液體的質量和冷凝過程中放出的熱量，就可以測出液體的汽化熱。用這種方法測量液體的汽化熱不僅設備復雜，操作也不方便，而且測量結果的不確定度也比較大。
技術實現思路
為了克服上述現有技術的不足，本專利技術的目的在于提供一種基于單片機控制，不需要冷凝器，能夠自動記錄液體汽化熱測量中相關數據的實驗裝置，具體技術方案為：一種智能液體汽化熱測量實驗裝置，包括控制處理裝置、機箱和保溫加熱裝置(加熱電阻絲阻值為R)；所述控制處理裝置位于所述機箱內部，所述保溫加熱裝置位于機箱上面。所述控制處理裝置包括微處理器、A/D轉換器、壓力傳感器、電壓互感器、橋式整流器、舵機和可控硅模塊；所述可控硅模塊、所述電壓互感器、所述橋式整流器、所述A/D轉換器、所述微處理器依次相連接，所述壓力傳感器與所述微處理器相連；所述舵機的輸入端連接所述微處理器，所述舵機的輸出端連接所述可控硅模塊。進一步，所述微處理器采用飛思卡爾MK60DN512ZVLQ10單片機；所述A/D轉換器采用HX711模塊；所述壓力傳感器采用CZL-A；所述電壓互感器型號為SPT205B；所述橋式整流器采用GBJ2510整流橋模塊；所述舵機的型號為FUTABA3010；所述可控硅模塊的型號為BTA41600B。所述控制處理裝置一方面通過閉環實時控制可控硅模塊的輸出電壓，另一方面實時測量由于汽化而散失的液體的質量，通過所述微處理器的內部時鐘記錄實驗時間，計算(計算可以手動完成，也可自動完成)液體汽化熱的數值，并和外圍設備之間進行信息傳輸。所述控制處理裝置包含電壓控制電路和質量測量電路。所述電壓控制電路如圖3所示，包括依次相連的交流電源、斷路器K、可控硅模塊、加熱電阻絲R、限流電阻R1、電壓互感器、橋式整流器、采樣電阻R2、A/D轉換器、微處理器和舵機，其中舵機的輸出連接所述可控硅模塊，構成閉環控制回路。所述交流電源的火線通過所述斷路器K連接所述可控硅模塊輸入接口1；所述交流電源的零線連接所述可控硅模塊輸入接口2；所述可控硅模塊輸出接口1、所述加熱電阻絲R、所述可控硅模塊輸出接口2順次相連接；所述可控硅模塊輸出接口1通過所述限流電阻R1連接所述電壓互感器一次側節點1；所述可控硅模塊輸出接口2連接所述電壓互感器一次側節點2；所述電壓互感器二次側節點1連接所述橋式整流器交流輸入接口1；所述電壓互感器二次側節點2連接所述橋式整流器交流輸入接口2；所述橋式整流器的2個輸出接口之間串接所述采樣電阻R2；所述采樣電阻R2兩端分別連接所述微處理器的A/D采樣引腳PTC1和接地引腳GND；所述舵機輸入端連接所述微處理器的輸出控制信號PTA10；所述舵機的輸出與所述可控硅模塊的旋鈕機械連接。所述質量測量電路如圖4所示，包括直流電源、壓力傳感器、A/D轉換器和微處理器。所述壓力傳感器的輸入連接所述直流電源，輸出通過A/D轉換器轉換后連接微處理器；其中，所述A/D轉換器數據線連接所述微處理器引腳PTD6；所述A/D轉換器時鐘線連接所述微處理器引腳PTD7。所述加熱電阻絲R為保溫加熱裝置的發熱元件，阻值為40.1Ω；所述限流電阻R1的阻值為180KΩ，功率為1W；所述電壓互感器變比為1:3；所述采樣電阻R2的阻值為5.1KΩ，功率為0.125W。所述可控硅模塊將交流電轉換后給加熱電阻絲R供電以實現加熱，所述限流電阻R1用于將所述加熱電阻絲R兩端的大電壓信號U轉化成小電流信號i；所述橋式整流器的作用是將所述電壓互感器二次側的波形在時間軸上下兩側的交流小電流信號轉化成波形均在時間軸上方的交流小電流信號；所述采樣電阻R2的作用是將所述橋式整流器整流后的小電流信號轉化成采樣電阻R2兩端的小電壓信號；所述微處理器的A/D采集運用PIT定時中斷，中斷周期為40ms；每次中斷期間進行40次A/D采集，然后對采集到的40個值取平均，得到電壓的平均值。所述微處理器采用PID控制實現可控硅模塊的采集電壓與其理論電壓保持一致，并通過控制舵機的旋轉來實時調節可控硅模塊的輸出電壓，克服了可控硅模塊輸出電壓的波動，對加熱電阻絲進行恒壓加熱。所述限流電阻R1和所述采樣電阻R2的設置能夠適應所述交流電源電壓的峰值以及電壓波動，保證所述微處理器采集到的電壓值低于3.3V；所述微處理器的PIT定時中斷周期的設置能夠滿足所述交流電源頻率的波動和PID控制對于時間響應的要求；所述微處理器在中斷期間的A/D采集次數能夠適應整流后每個周期的時長以及在該周期內采集次數對測量精度的影響。所述限流電阻R1、所述采樣電阻R2、所述微處理器I/O口采集的電壓Vcc和所述可控硅模塊輸出電壓的平均值U平均滿足以下關系所述可控硅模塊輸出電壓的有效值U有效和所述可控硅模塊輸出電壓的平均值U平均滿足以下關系根據此關系合理選擇限流電阻R1和采樣電阻R2便可實時測量此時可控硅模塊輸出的電壓值U；所述微處理器的定時中斷PIT可以達到1微秒的精度，在這樣的誤差下，微處理器由于中斷延時引起的誤差完全可以忽略不計；所述微處理器的PIT定時中斷周期為40ms，這樣的相響時間能夠滿足PID控制算法的要求；所述微處理器40次A/D采集的時長通過示波器測量約為10ms，即整流后的一個周期。所述微處理器40次A/D采集的測量值和理論值的誤差通過MATLAB仿真來估算。對于這樣的交流電壓，在t∈[0,0.01]的區間內，其有效值為1V，40次等步長取樣測得的值為0.9995，誤差δ為0.05％，完全可以忽略不計。所述質量測量電路中的A/D轉換器采集所述壓力傳感器電橋左右兩端的差分電壓信號，采集完成并將信號放大后，所述A/D轉換器會與所述微處理器進行信息交換，所述微處理器根據接收的信號計算出此時的質量。所述外圍設備設置在所述機箱箱體上，包括電源指示燈、電源開關、狀態指示燈、狀態控制按鍵、液晶屏和參數設置按鍵；所述交流電源、所述電源開關和所述電源指示燈順次相連接；所述狀態指示燈、所述狀態控制按鍵、所述液晶屏和所述參數設置按鍵均與所述微處理器相連接。所述參數設置按鍵的0～9分別連接所述微處理器PTB0～PTB9引腳，小數點鍵連接所述微處理器PTB10引腳，校準鍵連接所述微處理器PTB11引腳，模式鍵連接所述微處理器PTB16引腳，去皮鍵連接所述微處理器PTB17引腳，清除鍵連接所述微處理器PTB18引腳，確認鍵連接所述微處理器PTB19引腳；所述參數設置按鍵0～9以及小數點鍵用于實驗參數的設定，所述校準鍵用于對實驗裝置的自動校準，一般在實驗前對設備進行初始化時要用到該按鍵，所述模式鍵用于實驗模式的選擇，分為自動測量和人工讀數兩種模式，所述去皮鍵用于臨時將當前質量數值置零，便于在實驗中記錄Δm，所述清除鍵用于對上一步參數誤設置的更正，所述確認鍵用于對當前設定的參數值的確認或者用于對當本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種智能液體汽化熱測量實驗裝置，其特征在于，包括：位于機箱內部的控制處理裝置和位于機箱上面的保溫加熱裝置；所述控制處理裝置用于給所述保溫加熱裝置提供穩定的加熱電壓、記錄加熱時間、以及采集保溫加熱裝置的質量信息；所述控制處理裝置包括電壓控制裝置和質量測量裝置；所述電壓控制裝置包括順次連接的可控硅模塊、加熱電阻絲、電壓互感器、橋式整流器、A/D轉換器和微處理器，所述微處理器的輸出連接舵機的輸入，所述舵機的輸出連接所述可控硅模塊，構成閉環控制回路；所述可控硅模塊用于給所述加熱電阻絲提供加熱電壓；所述電阻絲的電壓信號依次經電壓互感器、橋式整流器后由所述微處理器進行A/D采集得到采集電壓；所述微處理器通過控制舵機轉動實現對可控硅模塊輸出電壓的穩定調節；所述質量測量裝置包括順次連接的壓力傳感器、A/D轉換器和微處理器；所述壓力傳感器將感知的保溫加熱裝置的質量信息經A/D轉換后送給微處理器；所述保溫加熱裝置用于盛放待測液體并對待測液體加熱。

【技術特征摘要】
1.一種智能液體汽化熱測量實驗裝置，其特征在于，包括：位于機箱內部的控制處理裝置和位于機箱上面的保溫加熱裝置；所述控制處理裝置用于給所述保溫加熱裝置提供穩定的加熱電壓、記錄加熱時間、以及采集保溫加熱裝置的質量信息；所述控制處理裝置包括電壓控制裝置和質量測量裝置；所述電壓控制裝置包括順次連接的可控硅模塊、加熱電阻絲、電壓互感器、橋式整流器、A/D轉換器和微處理器，所述微處理器的輸出連接舵機的輸入，所述舵機的輸出連接所述可控硅模塊，構成閉環控制回路；所述可控硅模塊用于給所述加熱電阻絲提供加熱電壓；所述電阻絲的電壓信號依次經電壓互感器、橋式整流器后由所述微處理器進行A/D采集得到采集電壓；所述微處理器通過控制舵機轉動實現對可控硅模塊輸出電壓的穩定調節；所述質量測量裝置包括順次連接的壓力傳感器、A/D轉換器和微處理器；所述壓力傳感器將感知的保溫加熱裝置的質量信息經A/D轉換后送給微處理器；所述保溫加熱裝置用于盛放待測液體并對待測液體加熱。2.根據權利要求1所述的一種智能液體汽化熱測量實驗裝置，其特征在于，所述電壓控制裝置還包括限流電阻R1、采樣電阻R2；所述限流電阻R1串接在電壓互感器輸入端，用于將大電壓信號轉換為小電流信號；所述采樣電阻R2并聯在整流電路的輸出端，用于將小電流信號轉換為小電壓信號。3.根據權利要求1所述的一種智能液體汽化熱測量實驗裝置，其特征在于，所述舵機可以采用步進電機或伺服電機替換。4.根據權利要求1所述的一種智能液體汽化熱測量實驗裝置，其特征在于，所述微處理器采用PID實現閉環控制；所述保溫加熱裝置采用電水壺原理實現。5.根據權利要求1所述的一種智能液體汽化熱測量實驗裝置，其特征在于，所述微處理器采用飛思卡爾MK...

【專利技術屬性】
技術研發人員：邱俊峰，郭茜，
申請(專利權)人：江蘇大學，
類型：發明
國別省市：江蘇,32