基于低温制冷机的低温流体电容式密度测量

摘要

设计并搭建了一套基于G-M低温制冷机的介电常数法低温流体密度测量实验装置,由平行板电容器、样品流体测试腔、充排气体管路、低温制冷机、温度测量与控制单元、压力测量单元、真空绝热保护腔以及高真空排气系统八个部分组成.该系统适用温度测量范围为15K～300K,压力测量范围0.01～0.3MPa.实验中的低温液体由常温气体经低温制冷机冷却液化得到,并蓄存在装有平行板电容器的样品测试腔内.该测试腔上开有视窗,可用于观察冷却过程中低温液体的形成及其液位.对受控压力及温度下的液氮、液氩两种低温流体的密度进行了测量,所得数据与文献实验值及美国NIST标准数据吻合良好,液相区相对偏差小于±0.8％.该密度测量系统今后可用于测量其他流体(包括混合物)在低温下的p-ρ-T数据,还有望经过改进和集成化设计后实现LNG和空分等工业领域的低温流体密度在线实时监测.