ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Экспериментальное определение термодинамических свойств фреона из "Теплофизические свойства фреона-22 " Экспериментальные установки. Методика проведения опытов. [c.5] На основе критического анализа отечественных и зарубежных установок в Ленинградском технологическом институте холодильной промышленности была спроектирована и выполнена установка для изучения р, Т- ц р, v, Г-зависимостей низкотемпературных рабочих тел. Работа установки, принципиальная схема которой показана на рис. 1, основана на методе пьезометра постоянного объема, когда количество исследуемого вещества определяют непосредственным взвешиванием. [c.5] Сопротивление термометра определяется с помощью потенциометра ПМС-48 класса точности 0,015 (группа А) и образцовой катушки сопротивления Р-321, которая помещается в сосуд с трансформаторным маслом. Стабильные температуры выше 20° С получали в ванне пьезометра с помощью двух последовательно включенных термостатов 19 (тип U-6, производстве ГДР) и 14 (тип ТС-15м). Температуры до —20° С достигались термостатом 19 и холодильной машиной ФАК-1,1 16, испаритель которой находился в двадцатилитровом сосуде Дьюара 15, служащем аккумулятором холода. Привод холодильной машины управлялся автоматическим прибором. Сосуд Дьюара 15, заряженный сухим льдом, обеспечивал работу установки при более низких температурах (до —60° С). Тонкое регулирование температуры в ванне достигалось с помощью маломощного нагревателя 17. [c.5] Для измерения давления к левому колену дифманометра через масляную линию присоединен грузопоршневой манометр 25 (типа МП-60 1-го разряда), смонтированный на жестком кронштейне, заделанном в фундамент здания. Колонка манометра МП-60 установлена строго вертикально с помощью микроуровня. Образцовый манометр 2 служит вторичным прибором. Атмосферное давление измеряется контрольным ртутным барометром с точностью 0,2 мбар. [c.7] Вентиль 5 соединяет пьезометр с магистралью, к которой подключаются через вентиль 4 ртутный вакуумметр 3, а через вентиль 6 и специальный разъемный механизм — стальные сварные сосуды для загрузки и взвешивания исследуемого вещества 7. Массу сосудов определяют на аналитических весах АДВ-200 методом двойного взвешивания [19] с введением всех необходимых поправок. Устройство вакуумной системы с ловушкой 11 и лампой 9 выполнено на базе насосов 12 (тип РВН-20) и 13 (тип ЦВЛ-100). [c.7] После монтажа установка налаживается. Линия измерения давления через вентиль 1 заполняется чистым отвакуумирован-ным трансформаторным маслом, определяется гидростатическая поправка при измерении давления для различных температур дифманометра и калибруются объемы газовой части дифманометра, вентиля 5, магистрали и вакуумметра. Определяя температуру льдо-водяной смеси, полученной при охлаждении воды жидким азотом, проверяют работу системы измерения температуры. Температура, вычисленная по сопротивлению термометра, отличается в проведенном эксперименте от расчетной равновесной температуры таяния льда на 0,004° С. [c.7] Для измерения плотности перегретого пара промытая и отва-куумированная установка заполняется исследуемым веществом из предварительно взвешенного сосуда 7. После заполнения закрывают вентиль 5 и вещество из магистрали конденсируют обратно в сосуд, охлаждая его жидким азотом. Затем в установку переводят вещество из следующего сосуда. При опытах, проводимых по изотерме, для перехода к следующей экспериментальной точке часть вещества выпускают в сосуд для взвешивания, при опытах, проводимых по изохоре, поднимают температуру пьезометра. После окончания опытов оставшееся в пьезометре вещество конденсируют обратно в сосуды для взвешивания. Остаточное количество вещества в пьезометре определяется по закону идеального газа по показаниям вакуумметра, разность уровней в котором (обычно менее 15 мм) измеряют катетометром КМ-5. Количество вещества в пьезометре по балансам ввода и вывода совпадает с точностью 0,05% и лучше. [c.8] Как видно из сравнения, результаты, полученные на описанной установке, вполне удовлетворительно согласуются с остальными данными. [c.9] В дополнение к основной была собрана стеклянная установка для определения упругости паров веществ при низких температурах. Схема установки приведена на рис. 2. Конденсационный термометр 9 помещен в ванну пьезометра основной установки. Трубка /, находящаяся на капиллярной трубке конденсационного термометра, помогает исключить локальное понижение температуры за счет испарения спирта. Ртутный дифманометр 6 служит для измерения разности между давлением исследуемого вещества и атлюсферным. При большом диаметре трубок дифманометра (16 мм) влияние капиллярной депрессии ртути устраняется. Разность уровней ртути измеряется катетометром КМ-5, установленным на сварном штативе, опирающемся на цементный пол. При заполнении установки исследуемым веществом используются ваккумные вентили 2 и 3, через которые можно чистить трубки дифманометра. Вакуумные линии обеих установок соединены. [c.9] Благодаря тому что установка полностью выполнена из стекла, она обладает высокой герметичностью. На установке была измерена упругость паров воды при 14,11° С. Результат oвпav с данными [25] с точностью 0,03 мм рт. ст. [c.9] По данным хроматографического анализа, выполненного в Государственном институте прикладной химии, продукт, примененный для исследований, состоял из 99,85% фреона-22, 0,10% фреона-12, 0,05% фреона-23 и СО,. [c.10] Методика получения стабильной температуры описана в работе [26]. [c.10] Критическая температура. Для определения 4р к системе стабилизации температуры основной установки был присоединен вместо ванны пьезометра проточный сосуд Дьюара, в который помещались термометр Бекмана, платиновый термометр сопротивления и стеклянные запаянные ампулы с фреоном-22. При заполнении в ампулы старались ввести такое количество фреона, чтобы при 20 С жидкость занимала — 40% объема. В этом случае средняя по объему плотность фреоиа-22 близка к критической. В процессе быстрого нагревания при переходе через критическую температуру почти во всех ампулах наблюдались критические явления (помутнение, коричневая окраска, струи). При медленном нагревании мениск жидкости или понижался (плотность фреона в ампуле ниже критической), или повышался (плотность выше критической). Лишь в двух ампулах он оставался почти неподвижным и исчезал примерно в середине ампул. Эти ампулы были отобраны для дальнейших измерений. Критическая температура определялась как предельно высокая температура, при которой существует мениск раздела фаз, если скорость нагревания равна 0,05° С в час и ниже. При такой скорости нагревания мениск исчезал без образования помутнения. Для наблюдения за ним использовался катетометр КМ-5. Было установлено, что кр фреона-22 равна 96,13 + 0,03° С. [c.11] Исследование подтвердило высокую точность опытных данных Беннинга о плотности жидкого фреоиа-22 при высоких температурах, т. е. в том районе, где измерение ее наиболее затруднительно. В связи с этим было признано нецелесообразным заново измерять плотность жидкого фреона-22 при низких температурах. [c.11] Погрешность измерения давления на основной установке состоит из погрешностей измерительного прибора — 0,02% от величины избыточного давления дифманометра 1 —1,3 мбар погрешности измерения гидростатической поправки — 0,4 мбар и ошибки при измерении атмосферного давления — 0,2 мбар. Последние три погрешности оказывают заметное влияние на общую ошибку только при измерении низких давлений. Расчеты показали, что относительная ошибка в измерении давления падает от 0,06 до 0,025% при изменении измеряемого давления от 3,5 до 60 бар. [c.12] Погрешность измерения давления на установке конденсационного термометра состоит из погрешности измерения избыточного давления или разрежения — 0,04 мбар и погрешности измерения атмосферного давления — 0,2 мбар. При определении р фреона-22 при температуре сублимации углекислоты вторая погрешность исключается, так как измеряется непосредственно абсолютное давление. Таким образом, максимальная относительная ошибка при измерении давления на этой установке была 0,03%. [c.12] Погрешность измерения температуры зависит в основном от точности измерения сопротивления платинового термометра, поскольку ошибка калибровки термометра во ВНИИМ пренебрежимо мала. Как показали расчеты, максимальная суммарная относительная ошибка определения сопротивления термометра на потенциометре ПМС-48 составляет —0,0065% (при учете поправок к декадам по данным поверки потенциометра во ВНИИМ), что соответствует 0,02° С. Этот результат получается, если все десять погрешностей от декад будут иметь максимальную величину и невыгодный знак, что в действительности маловероятно. Поэтому точность измерения температуры оценивается в 0,015° С. Высокое качество работы схемы измерения t подтверждается совпадением измеренных температур с расчетными температурами таяния льда и сублимации углекислоты с точностью 0,004 и 0,010° С. [c.12] Ошибка отнесения зависит от точности определения / и от величины производной (dp/dT) вдоль линии насыщения. В табл. 1 приводятся результаты оценочного расчета ошибки отнесения и общей ошибки для тех опытных точек, в которых можно было ожидать максимальной погрешности. Таким образом, погрешность опытных данных по кривой упругости фреона-22 составляет не более 0,1% и незначительно превышает эту величину в трех опытных точках. [c.12] Вернуться к основной статье