卡诺循环测定装置制造方法
【专利摘要】卡诺循环测定装置，包括：斯特林发动机，所述的斯特林发动机，包括：底板、连杆Ⅰ和连杆Ⅱ、冷缸、热缸、联体架、热缸加热段、动力活塞、配气活塞、飞轮Ⅰ和飞轮Ⅱ、主传动轴、支架、气道；所述的支架固定在底板上，联体架安装在支架上，冷缸和热缸通过法兰分别安装在支架左右两端的联体架上，所述的气道置于联体架中，用于连通冷缸和热缸，超出热缸部分密封，所述的动力活塞安装在冷缸内，配气活塞安装在热缸内，动力活塞通过连杆Ⅰ与飞轮Ⅰ连接，配气活塞通过连杆Ⅱ与飞轮Ⅱ连接，主传动轴穿过支架分别与飞轮Ⅰ和飞轮Ⅱ连接，飞轮Ⅰ和飞轮Ⅱ保持90度相位差；该装置能够很好的防止漏气造成的实验误差，且结构简单、安全可靠。
【专利说明】卡诺循环测定装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种测定装置，尤其涉及一种斯特林发动机测定卡诺循环。
【背景技术】
[0002]卡诺循环是由法国工程师尼古拉.莱昂纳尔.萨迪.卡诺于1824年提出的，用以分析热机的工作过程，是理论上效率最高的循环。而斯特林循环，则是两个多变过程变为等容过程的卡诺循环。根据斯特林循环原理制造的发动机，具有惊人的环保、高效、稳定等特点，现已广泛用于太阳能发电、提供潜艇动力以及航天器动力等领域。
[0003]近年来，斯特林发动机的研究取得了突破性进展，能源危机更增加了世界各个国家对斯特林发动机的重视程度，进一步加快了斯特林发动机的发展进程。由于斯特林发动机有着得天独厚的优势，随着技术进步和新材料的开发，斯特林发动机的性能还会有很大的提高，应用领域还会进一步扩展，斯特林发动机很可能成为21世纪一种主要的动力装置，所以我们要将斯特林发动机的知识普及到大学，让一代又一代的学生为社会创造出更有价值的东西。
[0004]学过热力学的同学们都学过卡诺循环，可是不清楚其应用，更没听说过斯特林发动机。老师可以通过实验验证的方法让同学们更好的了解卡诺循环原理，可是现在大学没有测定卡诺循环的装置。
实用新型内容
[0005]为了填补测定卡诺循环这一领域的空白，本实用新型提供了一种卡诺循环测定装置，该装置能够很好的防止漏气造成的实验误差，且结构简单、安全可靠。
[0006]为实现上述目的，本实用新型的技术方案具体如下:
[0007]卡诺循环测定装置，包括:斯特林发动机，所述的斯特林发动机，包括:底板、连杆I和连杆I1、冷缸、热缸、联体架、热缸加热段、动力活塞、配气活塞、飞轮I和飞轮I1、主传动轴、支架、气道；所述的支架固定在底板上，联体架安装在支架上，冷缸和热缸通过法兰分别安装在支架左右两端的联体架上，所述的气道置于联体架中，用于连通冷缸和热缸，超出热缸部分密封，所述的动力活塞安装在冷缸内，配气活塞安装在热缸内，动力活塞通过连杆I与飞轮I连接，配气活塞通过连杆II与飞轮II连接，主传动轴穿过支架分别与飞轮I和飞轮II连接，飞轮I和飞轮II保持90度相位差；所述的热缸加热段设置在安装有热缸一端的联体架上；
[0008]所述的飞轮I和飞轮II是采用有机玻璃制成的，在飞轮I和飞轮II的某一条半径上贴一条不透光的纸；
[0009]所述的斯特林发动机热缸加热段采用电热带加热；
[0010]所述的配气活塞和动力活塞采用磨砂玻璃针筒。
[0011]斯特林发动机测定卡诺循环的工作流程为:
[0012]加热工作开始后，热缸内气体温度升高，和冷缸内气体逐渐产生温度差。当温差达到300°C以上，斯特林发动机开始作卡诺循环:
[0013]①定温压缩过程:配气活塞停留在上止点附近，动力活塞从它的下止点向上压缩工质，工质流经气道时将压缩产生的热量散掉，当动力活塞到达它的上止点时压缩过程结束。
[0014]②定容回热过程:动力活塞仍停留在它的上止点附近，配气活塞下行，迫使冷缸内的工质流经热缸加热段，吸收热量，使温度升高。
[0015]③定温膨胀过程:配气活塞继续下行，工质在热腔中继续膨胀，推动动力活塞向下并对外作功。
[0016]④定容储热过程:动力活塞保持在下止点附近，配气活塞上行，工质从热缸返回冷缸，冷缸吸收工质的热量，工质温度下降至冷缸温度。
[0017]卡诺循环测定装置还包括:数字测量部分；所述的数字测量部分包括:红外测速传感器、PT100温度传感器、处理器PIC18F452、LCD12864、电脑串口 ；所述的PT100温度传感器，包括:AD620仪表放大器、AD转换器；所述的红外测速传感器和PT100温度传感器接至处理器PIC18F452的输入端，处理器PIC18F452的输出端分别与IXD12864和电脑串口相连接；所述的红外测速传感器固定在底板上，所述的PT100温度传感器固定在热缸上。
[0018]本实用新型的有益效果在于:利用斯特林发动机验证卡诺循环，做到了各个变量可控，可测；斯特林发动机，采用电热带加热，使源动力可控可测，操作安全简便；缸体与活塞采用毛玻璃针筒，简化了构造又能很好地防止漏气造成的实验误差；此斯特林发动采用立式结构的支架比卧式结构，更稳定、更可靠，尤其适合课堂展示和实验测试；联体架中的气道连通冷、热缸，使结构简单，更可靠；使用电路反馈，直接显示温度、转速，使用十分方便；另外本装置也可用作与卡诺循环、斯特林循环有关的实验测试。
【专利附图】

【附图说明】
[0019]本实用新型共有附图3幅。
[0020]图1为卡诺循环测定装置剖视图；
[0021]图2为卡诺循环测定装置侧视图；
[0022]图3为数字测量部分结构图。
[0023]图中序号说明:1、底板，2、连杆I，3、冷缸，4、联体架，5、热缸加热段，6、配气活塞，
7、飞轮II，8、主传动轴，9、支架，10、气道，11、热缸，12、连杆II，13、飞轮I，14、动力活塞。
【具体实施方式】
[0024]下面结合【具体实施方式】和附图对本实用新型进一步说明。
[0025]卡诺循环测定装置，包括:斯特林发动机，所述的斯特林发动机，包括:底板1、连杆I 2和连杆II 12、冷缸3、热缸11、联体架4、热缸加热段5、配气活塞6、动力活塞14、飞轮I 13和飞轮II 7、主传动轴8、支架9、气道10 ;所述的支架9固定在底板I上，联体架4安装在支架9上，冷缸3和热缸11通过法兰分别安装在支架9左右两端的联体架4上，所述的气道10置于联体架4中，用于连通冷缸3和热缸11，超出热缸11部分密封，所述的动力活塞14安装在冷缸3内，配气活塞6安装在热缸11内，动力活塞14通过连杆I 2与飞轮I 13连接，配气活塞6通过连杆II 12与飞轮II 7连接，主传动轴8穿过支架9分别与飞轮I 13和飞轮II 7连接，飞轮I 13和飞轮II 7保持90度相位差；所述的热缸加热段5设置在安装有热缸11 一端的联体架4上；所述的飞轮I 13和飞轮II 7是采用有机玻璃制成的，在飞轮I 13和飞轮II 7的某一条半径上贴一条不透光的纸；斯特林发动机采用电热带加热；所述的动力活塞14和配气活塞6采用磨砂玻璃针筒。
[0026]斯特林发动机测定卡诺循环的工作流程为:
[0027]加热工作开始后，热缸11内气体温度升高，和冷缸3内气体逐渐产生温度差。当温差达到300°C以上，斯特林发动机开始作卡诺循环:
[0028]①定温压缩过程:配气活塞14停留在上止点附近，动力活塞6从它的下止点向上压缩工质，工质流经气道10时将压缩产生的热量散掉，当动力活塞6到达它的上止点时压缩过程结束。
[0029]②定容回热过程:动力活塞6仍停留在它的上止点附近，配气活塞14下行，迫使冷缸3内的工质流经热缸加热段5，吸收热量，使温度升高。[0030]③定温膨胀过程:配气活塞14继续下行，工质在热缸11中继续膨胀，推动动力活塞6向下并对外作功。
[0031]④定容储热过程:动力活塞6保持在下止点附近，配气活塞14上行，工质从热缸11返回冷缸3，冷缸3吸收工质的热量，工质温度下降至冷缸3温度。
[0032]卡诺循环测定装置还包括::数字测量部分；所述的数字测量部分包括:红外测速传感器、PT100温度传感器、处理器PIC18F452、LCD12864、电脑串口 ；所述的PT100温度传感器，包括:AD620仪表放大器、AD转换器；所述的红外测速传感器和PT100温度传感器接至处理器PIC18F452的输入端，处理器PIC18F452的输出端分别与IXD12864和电脑串口相连接；所述的红外测速传感器固定在底板I上，所述的PT100温度传感器固定在热缸11上。
[0033]所述的红外测速传感器，采用红外对管，当红外发光管和红外接收管被挡住时，输出高电平，反之低电平。斯特林发动机上的飞轮一部分是透明的，一部分是不透明的，当透明部分转到红外测速传感器前，红外测速传感器输出低电平，反之输出高电平，并将数据传送给处理器PIC18F452进行处理，测出高电平和低电平的输出时间，从而计算出转速。
[0034]PT100温度传感器:用电桥电路测量热缸温度，再利用AD620仪表放大器进行小信号放大，12位精度的AD转换器采集信号并传送给处理器PIC18F452进行处理。
[0035]处理器PIC18F452:红外测速传感器和PT100温度传感器输出信号由处理器PIC18F452处理后传送给电脑串口调试软件，SPI协议读取AD转换器转换的AD值，并且显示在IXD屏幕上。
【权利要求】
1.卡诺循环测定装置，其特征在于包括:斯特林发动机，所述的斯特林发动机，包括:底板(I)、连杆I (2)和连杆II (12)、冷缸(3)、热缸(11)、联体架(4)、热缸加热段(5)、配气活塞(6)、动力活塞(14)、飞轮I (13)和飞轮II (7)、主传动轴(8)、支架(9)、气道(10);所述的支架(9 )固定在底板(I)上，联体架(4)安装在支架(9 )上，冷缸(3 )和热缸(11)通过法兰分别安装在支架(9)左右两端的联体架(4)上，所述的气道(10)置于联体架(4)中，用于连通冷缸(3)和热缸(11 )，超出热缸(11)部分密封，所述的动力活塞(14)安装在冷缸(3)内，配气活塞(6)安装在热缸(11)内，动力活塞(14)通过连杆I (2)与飞轮I (13)连接，配气活塞(6)通过连杆II (12)与飞轮II (7)连接，主传动轴(8)穿过支架(9)分别与飞轮I (13)和飞轮II (7)连接，飞轮I (13)和飞轮II (7)保持90度相位差；所述的热缸加热段(5 )设置在安装有热缸(11) 一端的联体架(4 )上。
2.根据权利要求1所述的卡诺循环测定装置，其特征在于:所述的飞轮I(13)和飞轮II (7)是采用有机玻璃制成的，在飞轮I (13)和飞轮II (7)的某一条半径上贴一条不透光的纸。
3.根据权利要求1所述的卡诺循环测定装置，其特征在于:所述的斯特林发动机热缸加热段采用电热带加热。
4.根据权利要求1所述的卡诺循环测定装置，其特征在于:所述的动力活塞(14)和配气活塞(6)采用磨砂玻璃针筒。
5.根据权利要求1所述的卡诺循环测定装置，其特征在于，还包括:数字测量部分；所述的数字测量部分包括:红外测速传感器、PT100温度传感器、处理器PIC18F452、IXD12864、电脑串口 ；所述的PT100温度传感器，包括:AD620仪表放大器、AD转换器；所述的红外测速传感器和PT100温度传感器接至处理器PIC18F452的输入端，处理器PIC18F452的输出端分别与LCD12864和电脑串口相连接；所述的红外测速传感器固定在底板(I)上，所述的PT100温度传感器固定在热缸(11)上。
【文档编号】G01M15/00GK203614265SQ201320855931
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2013年12月23日 优先权日:2013年12月23日
【发明者】汪韬, 潘筱涵, 周彬, 卢嘉帅, 夏泽斌, 张博珉, 李怡飞, 阎文强 申请人:汪韬