LiBr溶液浓度自动测量系统研制

1　引　言

由于氟利昂工质破坏大气中的臭氧层将逐渐被禁用,开发和应用清洁无污染的溴化锂(LiBr)吸收式制冷机将是制冷行业的热点[1]。在膜反转板式降膜吸收过程中,溴化锂溶液吸收过程是一个传热传质同时进行的复杂过程,分析传热传质特性需要进行溴化锂溶液浓度测量。目前,对传热传质特性浓度的测量大多还采用较原始的液体比重计[2-3],需要人工读取密度、温度,再查表得到相应的浓度值,不能进行自动参数采集与处理,既费时又不准确,给实验带来很大不便。本文为克服人为的误差因素,提高测量精度和实验效率,在原有手动测量装置的基础上研制了基于电磁力矩反馈平衡的自动浓度测量系统。

2　自动测量系统

2. 1　系统结构

实验室使用的LiBr溶液浓度手动装置为PZ-A-5型液体比重天平,如图1所示。其测量原理为将浮子沉入杯内被测液体内,天平失去原有的平衡,通过在另一侧添加砝码,目测使其处于平衡,得到被测液体的比重值,同时测量被测液体的温度。最后,通过LiBr溶液浓度、比重、温度表查出或插值计算得到LiBr溶液浓度。

　　对图1所示装置进行改进,设计了LiBr溶液浓度自动测量系统[4-5],测量系统总体方案结构如图2所示。主要由PC计算机、数据采集(NIUSB 6008),测量溶液温度的热电阻温度传感器及基于电磁力反馈平衡的密度测量系统组成。通过数据采集卡将溶液温度及密度的模拟电信号转换成数字信号送入计算机中,计算机根据某一种溶液的浓度与密度及温度的关系自动得到被测溶液的浓度,进行直接显示或用于计算、传输等。

　　图2中电磁力矩反馈密度测量系统主要装有连接浮子的杠杆系统,连接杠杆系统的位移检测器、桥路检测与放大电路及放在磁场中连接杠杆系统产生电磁反馈力的线圈等组成,如图3所示。

2. 2　力矩反馈测量原理

根据图2、3, LiBr溶液密度测量是基于电磁力矩反馈平衡的原理,测量过程如下:未测量时,浮子处于空气中,杠杆系统处于平衡状态,桥路输出为零。测量溶液密度时,将被测溶液到入容器,并将浮子完全侵入被测溶液中,浮子将受到浮力F的作用,且浮力使杠杆系统失去平衡,发生偏移S,杠杆的偏移量使位移检测器的阻抗Rx发生相应变化,经桥路检测输出及放大后有一输出电路流I0,输出电流通入放在磁场的线圈中,使线圈产生电磁力Ff,并反馈作用于杠杆系统,使杠杆系统处于新的平衡状态,此时的输出电流与浮子在被测液体中受到得浮力成正比。由浮力的计算原理可知,浮力等于浮子排开被测溶液的体积的重量,即