3.2　實驗臺的組成

該吸附劑性能測試裝置主要包括：①3個用于測定吸附床溫度的三線制PT100熱電阻；②1個精度為10Pa、壓力范圍為-100～100kPa的壓力傳感器；③3個用于測定蒸發/冷凝溫度的三線制熱電阻；④1個測量復合吸附劑質量的精度為0.0001g的電子天平；⑤1個測溫范圍為0～200℃恒溫油浴鍋；⑥1個測溫范圍為-5～100℃的低溫恒溫槽，其測量精度為0.1℃；⑦一個量程為0～995 mm、精度為0.1 mm的磁致伸縮液位傳感器。

3.2.1　吸附床和蒸發器/冷凝器

吸附床用于盛放吸附劑，吸附床通過與外部熱源交換熱量實現吸附劑的冷卻/加熱，并實現吸附/解吸。冷凝器/蒸發器用于盛放制冷劑，并與冷卻劑進行熱交換，使制冷劑（吸附質）在吸附/解吸過程中蒸發/冷凝。制冷劑在蒸發/吸附階段吸收冷卻劑的熱量，從而產生制冷效果。

一方面，吸附床和蒸發器/冷凝器可以作為熱交換設備，因此具備良好的傳熱性能以及穩定的化學性能，即具有耐腐蝕性且即使長期置于水中也應不與水反應。雖然Cu和Fe傳熱系數高，但將它們長時間置于水中會與水發生反應。

另一方面，由于水作為制冷劑，水的蒸發壓力（在5℃蒸發溫度下蒸發壓力為873 Pa）相當低。因此，該系統是一個真空系統，在真空系統中最常使用的金屬材料是不銹鋼，所以選擇不銹鋼作為吸附床和蒸發器/冷凝器的制作材料。

在實際吸附式制冷系統或吸附制冷機中，吸附床和蒸發器/冷凝器應配備有帶翅片的熱交換管以強化傳熱。但是在吸附劑吸附性能測試實驗中，可將它們簡化為沒有熱交換管的容器。吸附劑和制冷劑通過吸附床和蒸發器/冷凝器外壁與外部的恒溫油浴鍋和低溫恒溫箱進行熱交換。

由于水的蒸發壓力相對較低，因此吸附劑對水吸收量通常都很小，因此系統不應設計得太大。因此吸附床和冷凝器/蒸發器被設計為內徑70mm、高120mm的罐子。

當吸附劑樣品及制冷劑經歷多次的吸附/解吸后，需要更換新樣品，因此需要對吸附床和冷凝器/蒸發器進行多次拆裝?？紤]到在蒸發器中設計制冷劑入口，如果密封問題沒有解決好，會使漏氣點增加，所以沒有設計制冷劑入口。

起初設計時，罐子的蓋子與罐體采用螺紋連接，但考慮多次拆裝容易損壞螺紋，可能會給系統密封帶來問題，因此對吸附床和蒸發器/冷凝器進行了重新設計。

新設計的吸附床和蒸發器/冷凝器采用法蘭連接，并利用O型圈進行密封，分別在蓋子和罐體上設計一個高度為O型圈半徑的凹槽，將O型圈放在凹槽上，然后利用螺栓壓死。吸附床和蒸發器/冷凝器照片見圖3-2。

3.2.2　磁致伸縮液位傳感器

磁致伸縮液位傳感器是吸附性能測試實驗中一個非常重要的部分，測量冷凝器/蒸發器內液面的變化計算復合吸附劑的吸附量和解吸量。磁致伸縮液位傳感器見圖3-3，其結構見圖3-4。

磁致伸縮液位傳感器的相關參數見表3-2。

磁致伸縮液位傳感器的工作原理如下：

傳感器工作時，電路部分將在波導絲上激勵出脈沖電流，該電流沿波導絲傳播時會在波導絲的周圍產生脈沖電磁場。在傳感器測桿外配有浮球，此浮球可沿測桿隨液位的變化而上下移動，浮球內部有1組永久磁環。當脈沖電流磁場與浮球產生的磁環磁場相遇時，浮球周圍的磁場發生改變從而使由磁致伸縮材料做成的波導絲在浮球所在的位置產生一個扭轉波脈沖，這個脈沖以固定的速度沿波導絲傳回并由檢測機構檢出。通過測量脈沖電流與扭轉波的時間差可以精確地確定浮子所在的位置，即液面的位置。

實驗開始之前對液位傳感器的測量精度進行了測試，具體測試過程如下：

向一個大燒杯內加入300mL水，分別利用液位傳感器和游標卡尺測量此時的液位值，然后用量杯向其中加入等量的水（5mL、10mL、40mL、80mL、120mL、160mL和180mL），每組實驗共加6次水，每次加完水后，分別記錄液位傳感器和游標卡尺讀取的液位值，并計算出前后兩次液位傳感器和游標卡尺測得的液位差值，計算結果見圖3-5，圖中L1為液位傳感器感應出的液位變化值，L2為游標卡尺讀取的液位變化值。

由圖3-5可以看出，液位傳感器測得的液位變化值與游標卡尺讀取的液位變化值基本吻合，因此液位傳感器的測量精度能夠滿足實驗要求。

3.2.3　低溫恒溫箱

低溫恒溫箱用來設定制冷溫度并保持蒸發器/冷凝器溫度恒定，其主要參數見表3-3，低溫恒溫箱照片見圖3-6。

3.2.4　恒溫油浴鍋

恒溫油浴鍋用來模擬可由平板型太陽能熱水器產生的熱水并維持吸附床溫度恒定。選擇恒溫油浴鍋的原因是脫附溫度可能高于100℃，有時甚至高達150℃，而水的沸點為100℃，然后再加熱溫度也不會升高，因此不能選擇恒溫水箱。其主要參數見表3-4，恒溫油浴鍋見圖3-7。

3.2.5　熱電阻

本實驗共使用6個PT100熱電阻，其中3個用于測量吸附劑的溫度，另外3個用于測量制冷劑的溫度。選擇熱電阻而沒有選擇熱電偶的原因是熱電阻在相對較低的溫度下具有較好的測溫性能。熱電阻的測溫范圍為0～150℃，精度為0.1℃。熱電阻的測桿上設計有活動卡套，可以控制熱電阻在吸附床和冷凝器/蒸發器中的插入深度，從而測量不同高度處的溫度，熱電阻見圖3-8。

熱電阻的測溫原理是基于導體或半導體的電阻值隨溫度變化而變化這一特性來測量溫度及與溫度有關的參數。

3.2.6　壓力傳感器

壓力傳感器的測量范圍為-100～100kPa，測量精度為10 Pa，壓力傳感器的輸出電流信號為4～20mA，這個信號將由數據采集儀來采集。由于壓力傳感器的工作溫度一般不高于80℃，而解吸過程的脫附溫度可能高于100℃，因此為了不損壞壓力傳感器的測壓性能，有必要加一段散熱段，壓力傳感器見圖3-9。

壓力傳感器的工作原理如下：

被測介質的壓力直接作用于傳感器的膜片上（不銹鋼或陶瓷），使膜片產生與介質壓力成正比的微位移，使傳感器的電阻值發生變化，用電子線路檢測這一變化并轉換輸出一個對應于這一壓力的標準測量信號。

3.2.7　數據采集儀

一臺Agilent 34972A數據采集儀用于采集6個熱電阻、1個壓力傳感器和磁致伸縮液位傳感器的輸出信號。壓力傳感器和液位傳感器的壓力和液位信號與4～20mA電流信號之間存在線性關系。數據采集儀可以連接到電腦上以實時顯示各通道的測量值或通過U盤來導出各通道的掃描值，數據采集儀見圖3-10。

3.2.8　實驗臺的搭建

搭建的實驗臺見圖3-11。

所有的閥門與管道之間的連接都是螺紋卡套連接，但是卡套密封件一旦連接到管道上就不能再拆卸，因為卡套卡緊后會產生變形，卸下來便不能再起到良好的密封效果。而且必須在所有螺紋連接處纏上生膠帶以獲得更好的密封效果。

熱電阻、壓力傳感器和磁致伸縮液位傳感器的連接頭都連接到數據采集儀的采集板上，熱電偶的溫度信號可以在數據采集儀上直接顯示出來，而壓力和液位信號只能在數據采集儀上以4～20mA的電流信號顯示出來，電流信號需進行線性轉換才能變成壓力值和液位值。