3.2 实验台的组成
该吸附剂性能测试装置主要包括：①3个用于测定吸附床温度的三线制PT100热电阻；②1个精度为10Pa、压力范围为-100～100kPa的压力传感器；③3个用于测定蒸发/冷凝温度的三线制热电阻；④1个测量复合吸附剂质量的精度为0.0001g的电子天平；⑤1个测温范围为0～200℃恒温油浴锅；⑥1个测温范围为-5～100℃的低温恒温槽，其测量精度为0.1℃；⑦一个量程为0～995 mm、精度为0.1 mm的磁致伸缩液位传感器。
3.2.1 吸附床和蒸发器/冷凝器
吸附床用于盛放吸附剂，吸附床通过与外部热源交换热量实现吸附剂的冷却/加热，并实现吸附/解吸。冷凝器/蒸发器用于盛放制冷剂，并与冷却剂进行热交换，使制冷剂（吸附质）在吸附/解吸过程中蒸发/冷凝。制冷剂在蒸发/吸附阶段吸收冷却剂的热量，从而产生制冷效果。
一方面，吸附床和蒸发器/冷凝器可以作为热交换设备，因此具备良好的传热性能以及稳定的化学性能，即具有耐腐蚀性且即使长期置于水中也应不与水反应。虽然Cu和Fe传热系数高，但将它们长时间置于水中会与水发生反应。
另一方面，由于水作为制冷剂，水的蒸发压力（在5℃蒸发温度下蒸发压力为873 Pa）相当低。因此，该系统是一个真空系统，在真空系统中最常使用的金属材料是不锈钢，所以选择不锈钢作为吸附床和蒸发器/冷凝器的制作材料。
在实际吸附式制冷系统或吸附制冷机中，吸附床和蒸发器/冷凝器应配备有带翅片的热交换管以强化传热。但是在吸附剂吸附性能测试实验中，可将它们简化为没有热交换管的容器。吸附剂和制冷剂通过吸附床和蒸发器/冷凝器外壁与外部的恒温油浴锅和低温恒温箱进行热交换。
由于水的蒸发压力相对较低，因此吸附剂对水吸收量通常都很小，因此系统不应设计得太大。因此吸附床和冷凝器/蒸发器被设计为内径70mm、高120mm的罐子。
当吸附剂样品及制冷剂经历多次的吸附/解吸后，需要更换新样品，因此需要对吸附床和冷凝器/蒸发器进行多次拆装。考虑到在蒸发器中设计制冷剂入口，如果密封问题没有解决好，会使漏气点增加，所以没有设计制冷剂入口。
起初设计时，罐子的盖子与罐体采用螺纹连接，但考虑多次拆装容易损坏螺纹，可能会给系统密封带来问题，因此对吸附床和蒸发器/冷凝器进行了重新设计。
图3-2 吸附床和蒸发器/冷凝器照片
新设计的吸附床和蒸发器/冷凝器采用法兰连接，并利用O型圈进行密封，分别在盖子和罐体上设计一个高度为O型圈半径的凹槽，将O型圈放在凹槽上，然后利用螺栓压死。吸附床和蒸发器/冷凝器照片见图3-2。
3.2.2 磁致伸缩液位传感器
磁致伸缩液位传感器是吸附性能测试实验中一个非常重要的部分，测量冷凝器/蒸发器内液面的变化计算复合吸附剂的吸附量和解吸量。磁致伸缩液位传感器见图3-3，其结构见图3-4。
图3-3 磁致伸缩液位传感器
图3-4 磁致伸缩液位传感器结构
磁致伸缩液位传感器的相关参数见表3-2。
表3-2 磁致伸缩液位传感器的相关参数
磁致伸缩液位传感器的工作原理如下：
传感器工作时，电路部分将在波导丝上激励出脉冲电流，该电流沿波导丝传播时会在波导丝的周围产生脉冲电磁场。在传感器测杆外配有浮球，此浮球可沿测杆随液位的变化而上下移动，浮球内部有1组永久磁环。当脉冲电流磁场与浮球产生的磁环磁场相遇时，浮球周围的磁场发生改变从而使由磁致伸缩材料做成的波导丝在浮球所在的位置产生一个扭转波脉冲，这个脉冲以固定的速度沿波导丝传回并由检测机构检出。通过测量脉冲电流与扭转波的时间差可以精确地确定浮子所在的位置，即液面的位置。
实验开始之前对液位传感器的测量精度进行了测试，具体测试过程如下：
向一个大烧杯内加入300mL水，分别利用液位传感器和游标卡尺测量此时的液位值，然后用量杯向其中加入等量的水（5mL、10mL、40mL、80mL、120mL、160mL和180mL），每组实验共加6次水，每次加完水后，分别记录液位传感器和游标卡尺读取的液位值，并计算出前后两次液位传感器和游标卡尺测得的液位差值，计算结果见图3-5，图中L1为液位传感器感应出的液位变化值，L2为游标卡尺读取的液位变化值。
图3-5 液位传感器精度测试结果
由图3-5可以看出，液位传感器测得的液位变化值与游标卡尺读取的液位变化值基本吻合，因此液位传感器的测量精度能够满足实验要求。
3.2.3 低温恒温箱
低温恒温箱用来设定制冷温度并保持蒸发器/冷凝器温度恒定，其主要参数见表3-3，低温恒温箱照片见图3-6。
表3-3 HH-101A低温恒温箱参数
3.2.4 恒温油浴锅
恒温油浴锅用来模拟可由平板型太阳能热水器产生的热水并维持吸附床温度恒定。选择恒温油浴锅的原因是脱附温度可能高于100℃，有时甚至高达150℃，而水的沸点为100℃，然后再加热温度也不会升高，因此不能选择恒温水箱。其主要参数见表3-4，恒温油浴锅见图3-7。
图3-6 低温恒温箱
图3-7 恒温油浴锅
表3-4 HH-SA恒温油浴锅参数
3.2.5 热电阻
本实验共使用6个PT100热电阻，其中3个用于测量吸附剂的温度，另外3个用于测量制冷剂的温度。选择热电阻而没有选择热电偶的原因是热电阻在相对较低的温度下具有较好的测温性能。热电阻的测温范围为0～150℃，精度为0.1℃。热电阻的测杆上设计有活动卡套，可以控制热电阻在吸附床和冷凝器/蒸发器中的插入深度，从而测量不同高度处的温度，热电阻见图3-8。
热电阻的测温原理是基于导体或半导体的电阻值随温度变化而变化这一特性来测量温度及与温度有关的参数。
3.2.6 压力传感器
压力传感器的测量范围为-100～100kPa，测量精度为10 Pa，压力传感器的输出电流信号为4～20mA，这个信号将由数据采集仪来采集。由于压力传感器的工作温度一般不高于80℃，而解吸过程的脱附温度可能高于100℃，因此为了不损坏压力传感器的测压性能，有必要加一段散热段，压力传感器见图3-9。
图3-8 热电阻
图3-9 压力传感器
压力传感器的工作原理如下：
被测介质的压力直接作用于传感器的膜片上（不锈钢或陶瓷），使膜片产生与介质压力成正比的微位移，使传感器的电阻值发生变化，用电子线路检测这一变化并转换输出一个对应于这一压力的标准测量信号。
3.2.7 数据采集仪
一台Agilent 34972A数据采集仪用于采集6个热电阻、1个压力传感器和磁致伸缩液位传感器的输出信号。压力传感器和液位传感器的压力和液位信号与4～20mA电流信号之间存在线性关系。数据采集仪可以连接到电脑上以实时显示各通道的测量值或通过U盘来导出各通道的扫描值，数据采集仪见图3-10。
图3-10 Agilent 34972A数据采集仪
3.2.8 实验台的搭建
搭建的实验台见图3-11。
图3-11 实验台搭建照片
所有的阀门与管道之间的连接都是螺纹卡套连接，但是卡套密封件一旦连接到管道上就不能再拆卸，因为卡套卡紧后会产生变形，卸下来便不能再起到良好的密封效果。而且必须在所有螺纹连接处缠上生胶带以获得更好的密封效果。
热电阻、压力传感器和磁致伸缩液位传感器的连接头都连接到数据采集仪的采集板上，热电偶的温度信号可以在数据采集仪上直接显示出来，而压力和液位信号只能在数据采集仪上以4～20mA的电流信号显示出来，电流信号需进行线性转换才能变成压力值和液位值。