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一种针对液体及固液相变的变温介电常数测量池

阅读：531发布：2024-01-24

专利汇可以提供一种针对液体及固液相变的变温介电常数测量池专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种针对液体及固液相变的变温介电常数测量池，其包括上电极、下电极、保护电极、上盖、内胆、外壳、进出水口连接头、热电偶、BNC转接头等部件。各部件能够相互配合，形成结构稳定、密封性良好、能够实时调节样品温度变温介电常数测量池。本发明的一种针对液体及固液相变的变温介电常数测量池，与循环恒温水浴机、阻抗分析仪连接，实现对样品温度的精确控制，并能够精确地测量液体在不同温度下及发生固液相变时的介电常数变化；测量池结构稳定，抗振动、电磁干扰性强，所测得数据重复性高；在对液体进行变温及发生固液相变时，能够保证样品与电极接触紧密，确保测得数据的可信度；降低了介电变温测量的造价与维护难度。，下面是一种针对液体及固液相变的变温介电常数测量池专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种针对液体及固液相变的变温介电常数测量池，其特征在于：包括上电极、下电极、保护电极、上盖、内胆、外壳、进出水口连接头、热电偶、BNC转接头等部件；其中上电极、下电极、上盖、内胆、外壳的外形为轴心对称。上电极和下电极都由圆盘金属片与金属杆组成；圆盘金属片附带连接台阶，台阶内附带螺纹孔；金属杆附带螺纹，能够通过与圆盘金属片附带的螺纹孔连接，成为T型电极。保护电极为圆筒状，并附带连接台阶、轴向通孔、螺纹。
上盖为T型轴心对称结构，附带螺纹、轴向通孔、密封槽、电极槽。内胆为轴心对称结构，附带沉头通孔、轴向通孔、螺纹、电极槽与密封槽。外壳外形为去顶中空圆柱形，附带螺纹孔、轴向通孔、轴向螺纹孔与径向螺纹孔。
2.根据权利要求1所述的针对液体及固液相变的变温介电常数测量池，其特征在于：上盖、内胆、外壳的最大外径保持一致；上盖附带的螺纹与内胆附带的螺纹能够相互配合；上盖底部与内胆内侧底部在完成装配后，存在一定的间距；上盖轴向通孔与保护电极的轴向通孔能够相配合；保护电极内径与上盖底部直径保持一致，并能够形成配合；保护电极外径与下电极圆盘直径保持一致；上电极圆盘直径略小于保护电极内径；上盖附带的电极槽直径与上电极圆盘直径保持一致，并能够相配合；内胆附带的电极槽直径与下电极直径保持一致，并能够相配合；上盖轴心通孔直径与上电极螺杆直径保持一致，并能够保持松配合；
内胆轴心通孔直径与下电极螺杆直径保持一致，并能够保持松配合；内胆底端直外径略小于外壳通孔直径；内胆的沉头通孔与外壳附带的轴向螺纹孔相配合；内胆与外壳在完成装配后，两者的底部处于同一平面。
3.根据权利要求2所述的针对液体及固液相变的变温介电常数测量池，其特征在于：上盖与内胆通过螺纹进行装配；内胆与外壳通过沉头螺丝进行装配，并利用密封圈形成轴密封；上盖、内胆、外壳在装配后为共轴心结构。上电极通过金属杆附带的螺纹与螺母固定在上盖上，并在电极片背部匹配密封圈；下电极通过金属杆上的螺纹与螺母固定固定在内胆上，并在电极片背部匹配密封圈；保护电极环绕在上电极四周并利用螺丝固定在上盖上，并匹配密封圈；热电偶通过上盖轴向通孔靠近上电极；外壳的径向螺纹孔与金属连接头装配形成进、出水口，进水口位于底端，出水口位于顶端。
4.根据权利要求2所述的针对液体及固液相变的变温介电常数测量池，其特征在于：上下电极利用BNC转接头与阻抗分析仪BNC 信号线连接；进、出水口利用橡胶管分别与循环恒温水浴机的供水口和入水口连接，橡胶管外包有保温管；保护电极和进、出水口接地。
5.使用权利要求1-4所述的针对液体及固液相变的变温介电常数测量池测量液体变温及发生固液相变时的介电常数常数的方法，其特征在于：
(1)利用纯水、乙醇、丙酮对测量池内部与电极片进行清洗；
(2)利用空气、乙醇、纯水及不同浓度的KCl水溶液对测量池进行校准，得出测量池的池常数、浮游电容、残留电感(详见《现代化学实验方法与技术》，北京师范大学出版社，
2010.8,160-164页)；
(3)加入液体样品，利用恒温循环水浴机对样品进行变温，利用热电偶探测样品温度，并利用阻抗分析仪测量各温度下样品的电容、电导数值；
(4)利用校准公式得出样品的真实介电常数与交变电导率(详见《现代化学实验方法与技术》，北京师范大学出版社，2010.8,160-164页)；
(5)取出样品，清洗测量池，测量过程完成。

说明书全文

一种针对液体及固液相变的变温介电常数测量池

技术领域

[0001] 本发明涉及介电常数的测量，尤其涉及一种液体变温及液体在发生固液相变时的介电常数测量池。背景技术：

[0002] 在液体温度发生变化以及液体自身发生固液相变时，针对其介电常数，目前利用阻抗分析仪对其进行测量。在常规方法中，基于两电极平行板电容器法对测量池进行结构设计。其结构为利用石英纤维隔开上下电极片；通过测量空气与样品的电容，最终利用所测得的样品电容与空气电容之比，得到样品的相对介电常数大小。在添加样品时，需要根据样品的特性而选择测量池，若样品在所测温度范围内不挥发，并且无毒性、无腐蚀性，可将样品直接滴加在两电极片之间；若样品在所测温度范围内存在挥发性，或具有毒性、腐蚀性，则需要利用具有密封特性的液体测量池。密封性液体测量池，是在上下电极之间添加特氟龙内衬，并在特氟龙内衬与上下电极板之间添加O型密封圈。在外力的压迫下，电极片间得以形成封闭的空间，以防止样品挥发与泄露；电极片之间仍然利用石英纤维隔开。为了使样品发生温度变化，常采用液氮变温炉及温控数字系统对样品进行温度控制。但这种常规方法存在以下几点缺点：

[0003] 1.利用石英纤维隔离上下电极片时，由于石英纤维的摆放位置具有随机性；并且在安装电极片时，电极片容易带动池内液体，进而改变石英纤维的摆放位置。这两种情况都容易使两电极片之间无法保持平行。这种非平行状态增大了电极间距的随机性，并且无法保证在更换样品后电极间距前后保持一致。这种电极间距的改变会对同一样品在不同测量次数中所得到的样品的电容值造成偏差。又由于石英纤维直径极小，根据在电极间距极小时，很小的改变即可对所测电容产生极大的影响，进而导致所得样品的介电常数存在较大的偏差与不可重复性。

[0004] 2.针对样品发生固液相变时，由于密封液体样品池内部空间没有留出余量；而液体发生相变时，往往会出现样品体积的收缩或膨胀。因而当样品体积发生改变时，此种测量池无法保证样品与电极片之间具有良好接触，进而使所测得的介电常数产生偏差。

[0005] 3.液氮变温炉与相配套的温控数字系统，造价昂贵，体积庞大，并且在运转时需要消耗大量的液氮，因而限制了样品变温测量的普及程度，提高了测量门槛与维护难度。发明内容：

[0006] 本发明要解决的技术问题是提供一种测量准确度高、抗干扰性强、密封性好、成本低廉、维护简单并且能够精确测量液体温度发生变化及液体发生固液相变时的介电常数的测量池。

[0007] 为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

[0008] 一种针对液体及固液相变的变温介电常数测量池，包括上电极、下电极、保护电极、上盖、内胆、外壳、进出水口连接头、热电偶、BNC转接头等部件；其中上电极、下电极、上盖、内胆、外壳的外形为轴心对称。上电极和下电极都由圆盘金属片与金属杆组成；圆盘金属片附带连接台阶，台阶内附带螺纹孔；金属杆附带螺纹，能够通过与圆盘金属片附带的螺纹孔连接，成为T型电极。保护电极为圆筒状，并附带连接台阶、轴向通孔、螺纹。上盖为T型轴心对称结构，附带螺纹、轴向通孔、密封槽、电极槽。内胆为轴心对称结构，附带沉头通孔、轴向通孔、螺纹、电极槽与密封槽。外壳外形为去顶中空圆柱形，附带螺纹孔、轴向通孔、轴向螺纹孔与径向螺纹孔。

[0009] 本发明的针对液体及固液相变的变温介电常数测量池，上盖、内胆、外壳的最大外径保持一致；上盖附带的螺纹与内胆附带的螺纹能够相互配合；上盖底部与内胆内侧底部在完成装配后，存在一定的间距；上盖轴向通孔与保护电极的轴向通孔能够相配合；保护电极内径与上盖底部直径保持一致，并能够形成配合；保护电极外径与下电极圆盘直径保持一致；上电极圆盘直径略小于保护电极内径；上盖附带的电极槽直径与上电极圆盘直径保持一致，并能够相配合；内胆附带的电极槽直径与下电极直径保持一致，并能够相配合；上盖轴心通孔直径与上电极螺杆直径保持一致，并能够保持松配合；内胆轴心通孔直径与下电极螺杆直径保持一致，并能够保持松配合；内胆底端直外径略小于外壳通孔直径；内胆的沉头通孔与外壳附带的轴向螺纹孔相配合；内胆与外壳在完成装配后，两者的底部处于同一平面。

[0010] 本发明的针对液体及固液相变的变温介电常数测量池，上盖与内胆通过螺纹进行装配；内胆与外壳通过沉头螺丝进行装配，并利用密封圈形成轴密封；上盖、内胆、外壳在装配后为共轴心结构。上电极通过金属杆附带的螺纹与螺母固定在上盖上，并在电极片背部匹配密封圈；下电极通过金属杆上的螺纹与螺母固定固定在内胆上，并在电极片背部匹配密封圈；保护电极环绕在上电极四周并利用螺丝固定在上盖上，并匹配密封圈；热电偶通过上盖轴向通孔靠近上电极；外壳的径向螺纹孔与金属连接头装配形成进、出水口，进水口位于底端，出水口位于顶端。

[0011] 本发明的针对液体及固液相变的变温介电常数测量池，上下电极利用BNC转接头与阻抗分析仪BNC 信号线连接；进、出水口利用橡胶管分别与循环恒温水浴机的供水口和入水口连接，橡胶管外包有保温管；保护电极和进、出水口接地。

[0012] 使用权利要求本发明的针对液体及固液相变的变温介电常数测量池，对样品进行量时，采用如下方法：

[0013] (1)利用纯水、乙醇、丙酮对测量池内部与电极片进行清洗；

[0014] (2)利用空气、乙醇、纯水及不同浓度的KCl水溶液对测量池进行校准，得出测量池的池常数、浮游电容、残留电感(详见《现代化学实验方法与技术》，北京师范大学出版社，2010.8,160-164页)；

[0015] (3)加入液体样品，利用恒温循环水浴机对样品进行变温，利用热电偶探测样品温度，并利用阻抗分析仪测量各温度下样品的电容、电导数值；

[0016] (4)利用校准公式得出样品的真实介电常数与交变电导率(详见《现代化学实验方法与技术》，北京师范大学出版社，2010.8,160-164页)；

[0017] (5)取出样品，清洗测量池，测量过程完成。

[0018] 本发明的针对液体及固液相变的变温介电常数测量池相对于现有技术的优点为：

[0019] (1)由于上下电极分别固定在上盖和内胆之中，而上盖和内胆之间利用螺纹进行装配，因此在反复更换样品的过程中，电极间距不会发生明显的变化，从而提高了介电常数测量的数据可重复性与可靠性；

[0020] (2)保护电极有效地屏蔽外场干扰，保证了介电常数测量的准确性；并且在实际应用时，本发明的液体及固液相变的变温介电常数测量池表现出很强的抗振动能力、抗电磁干扰能力，即在样品池周边发生明显振动、大型电子设备运行时，样品所测得的介电常数不会有明显地变化，这增强了介电常数测量的准确性；

[0021] (3)由于内胆中提供了空间余量，在液体因温度或相变而发生体积膨胀时，能够有足够膨胀的空间；而在体积发生收缩时，液体能够在重力的作用下对缺失的空间进行及时的补充，从而保证了样品与电极片的良好接触，增加了介电常数测量的可靠性与准确度；

[0022] (4)本发明的液体及固液相变的变温介电常数测量池只需要与恒温循环水浴机进行匹配。相比液氮变温炉及其温控数字系统，其价格低廉、维护简单，因而降低了液体及固液相变的变温介电常数测量的门槛。附图说明：

[0023] 图1为保护电极的侧视图；

[0024] 图2为保护电极的俯视图

[0025] 图3为上下电极片及连接杆的侧视图；

[0026] 图4为内胆的侧视图

[0027] 图5为内胆的俯视图

[0028] 图6为上盖的侧视图

[0029] 图7为上盖的俯视图

[0030] 图8位外壳的侧视图

[0031] 图9为外壳的俯视图

[0032] 图10为本发明针对液体及固液相变的变温介电常数测量池的主视半剖面图具体实施方式：

[0033] 1.如图4、图5所示，在内胆的密封槽8、密封槽11内加上O型密封圈，并将其压入如图8所示的外壳中，并利用沉孔螺丝通过通孔6与螺纹孔21将内胆与外壳固定，使包合的内部空间形成轴密封；在外壳两侧的入水口22、出水口23处，利用生胶带将金属连接头旋入，使其密封；将金属连接头利用橡胶管与恒温循环水浴机连接；启动恒温循环水浴机并打开外循环，使恒温循环水浴机与测量池形成封闭的循环体系；调节循环水浴机外循环通量，观察测量池外壳与内胆结合处以及入水口22、出水口23连接处是否有水(或其他变温介质)流出；若仍有水流出，应将外壳拆卸，并重新调整密封圈与生胶带，并进行密封；重复测试，使最终无水(或其他变温介质)流出。

[0034] 2.在图4内胆与图8外壳装配完毕后，利用纯水、乙醇、丙酮对图4内胆的内表面、图6上盖、图3上下电极片、图1保护电极进行反复清洗；清洗完毕后，在图6上盖的密封槽16与图4内胆的密封槽10中装上O型密封圈，并将图3上、下电极通过螺纹3和螺纹4装配好，然后通过通孔12与通孔14分别插入电极槽9和电极槽17；在通孔尽头，利用螺母、垫片与螺纹5配合，使上、下电极片固定；在图6上盖的密封槽18中加入O型密封圈，套上图1保护电极，并利用螺丝、螺母通过通孔1与通孔6进行固定；将装配好的上盖通过螺纹15与螺纹7相配合并旋入内胆中，形成了本发明的液体及固液相变的变温介电常数测量池。

[0035] 3.将装配好的测量池的入水口22与出水口23，重新利用橡胶管接入恒温循环水浴机，橡胶管外包上保温管；将恒温循环水浴机设置为目标温度，打开外循环，设置一定的流量，使测量池图4内胆与图8外壳之间充满水(或其他变温介质)；将图3上、下电极片的螺纹5分别利用BNC转接头接入阻抗分析仪的BNC数据线；将图1保护电极、入水口22与出水口23的金属连接头接地；通过图6上盖的偏离轴心的通孔20，加入热电偶，查看测量池内的温度。

[0036] 4.添加样品的方法为：将图6上盖从图4内胆中旋出，加入一定量的样品后，重新旋紧；样品的添加量应高于图3上电极圆片的高度。当测量池上的热电偶所探测的温度到达目标温度时，进行测量。

[0037] 5.利用阻抗分析仪分别测量20摄氏度时的样品池内空气、乙醇、纯水的电容与电导；提取空气、乙醇纯水的电容，并查阅三者的标准介电常数；利用标准介电常数作为横坐标，利用所测的电容作为总坐标，并继续进行线性拟合，所得的斜率为池常数，截距为浮游电容；测量不同浓度的KCL溶液，得到其电容与电导值；利用电导的平方作为横坐标，利用电容作为纵坐标，并进行线性拟合，所得斜率为负的残留电感。(详见《现代化学实验方法与技术》，北京师范大学出版社，2010.8,160-164页)

[0038] 6.清洗测量池，并加入待测样品，利用恒温循环水浴机调节样品温度，并利用阻抗分析仪测得各个温度下的样品的电容与电导值；利用校准公式得到样品的真实电容与电导；利用相关公式得到样品的真实介电常数与电导率。(详见《现代化学实验方法与技术》，北京师范大学出版社，2010.8,160-164页)

[0039] 7.取出样品，清洗测量池，测量结束。

[0040] 以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

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