高精度流体PVTx性质测量实验系统的研制

　　流体的PVTx性质是最基本的热力学性质之一,而且结合流体的比热容就可以获得其他所有的热力学性质,因此在化工、能源及动力等领域有许多重要的应用.目前,在国内外的许多研究单位如美国国家标准技术研究院、日本庆应大学和国内的一些大学[1~3](如清华大学、天津大学、中国科技大学和西安交通大学等),都建有流体PVTx性质测量实验系统.由于我们原有的流体PVTx性质测量实验系统建设的时间早,测量结果的精度和自动化程度都已不能满足现有的热物性测试要求.为了能够获得高精度的流体热物性数据,本文结合一些最新的温度、压力以及自动采集技术,对新的流体PVTx性质测量实验系统进行了研制,利用新研制的实验系统对HFC152a的饱和蒸气压进行了测量,并与文献中提供的实验数据进行了比较.

　　1　PVTx实验系统

　　高精度的流体PVTx性质实验系统一般由高精度的温度、压力测量系统,大容量恒温槽,真空及配气系统和相关的实验装置组成.本文的主要工作就是在分析温度、压力等相关参数测量原理和方法的基础上,结合流体热物性测试的实际要求,完成各个测量子系统的设计、加工、调试及相关仪器设备的购买.同时,结合现代测试技术的发展趋势,本文对虚拟仪器技术在流体热物性测试中的应用进行了初步研究,并对实验系统的具体组成、性能及误差分别进行了讨论.

　　1.1　温度测量系统

　　温度测量系统由标准铂电阻温度计、超高精度测温仪(与高精度测温电桥相当)、扫描开关(可同时测量多点的温度)、标准参考电阻、GPIB接口卡和计算机等组成.结合流体热物性测试的实际需要,设计的温度测量范围为83·805 K~933·473 K.在本文研制的温度测量系统中,采用了2支25Ω标准长杆铂电阻温度计作为测温元件.其中一支用于0~660·323℃温度区间的测量(云南仪表厂制造,型号规格为WZPB,编号为No.92822,国家工作基准级),另一支用于83·805 8~273·16 K温度区间的测量(云南仪表厂制造,型号规格为WZPB,编号为No.92825,国家工作基准级).温度测量设备采用美国Hart Scientific公司生产的Hart 1590超高精度测温仪,其温度测量的最佳不确定度为±0·25mK(0℃,25Ω标准铂电阻温度计),同时配备有扫描开关Hart 2590(Mighty-Mux ll),每个扫描开关有10个采集通道,可同时连接10个标准铂电阻温度计.测温系统中采用的标准电阻为5420-100空气电阻(Hart Scientific公司生产).为了符合流体热物性自动采集的要求,Hart 1590测温仪与计算机之间利用GPIB接口和IEEE488·2协议实现互联.温度测量的不确定度是评价温度测量系统的最关键指标.本文依据中国计量科学研究院及有关厂家提供的检定证书,对不同温度测量范围的温度测量不确定度进行了分析,结果见表1.