氣體比熱容比測(cè)量方法及其系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種氣體比熱容比測(cè)量方法及其系統(tǒng)。 技術(shù)背景
[0002] 目前通用的測(cè)量氣體比熱容比實(shí)驗(yàn)儀，是通過(guò)測(cè)量鋼珠簡(jiǎn)諧振動(dòng)周期來(lái)間接測(cè)量 氣體比熱容比。一般是在燒瓶上方插一根精密玻璃管，精密玻璃管中放一鋼珠，鋼珠的直徑 比精密玻璃管的內(nèi)徑約小0. 01mm，它能在精密玻璃管中上下自由運(yùn)動(dòng)，燒瓶側(cè)面開(kāi)有一個(gè) 小孔，并插入一根細(xì)嘴玻璃管，通過(guò)它可以把待測(cè)氣體注入到燒瓶中。為補(bǔ)償氣體阻尼引起 的鋼珠振幅的衰減，通過(guò)細(xì)嘴玻璃管連續(xù)注入一個(gè)小壓力氣流。在精密玻璃管的管壁上開(kāi) 有一小孔，鋼珠可在小孔附近上下振動(dòng)。當(dāng)鋼珠處于小孔下方半個(gè)振動(dòng)周期時(shí)，注入的氣體 使燒瓶?jī)?nèi)壓力增大，引起鋼珠向上移動(dòng)，而當(dāng)鋼珠處于小孔上方半個(gè)振動(dòng)周期時(shí)，氣體通過(guò) 小孔流出，燒瓶?jī)?nèi)壓力減小，鋼珠向下移動(dòng)。只要控制注入氣體流量的大小，鋼珠就可以在 小孔上下做簡(jiǎn)諧振動(dòng)，振動(dòng)周期可利用光電計(jì)時(shí)裝置來(lái)測(cè)得。在上述測(cè)量方案中，假定鋼 珠振動(dòng)過(guò)程中燒瓶?jī)?nèi)氣體經(jīng)歷絕熱過(guò)程，但是由于通過(guò)細(xì)嘴玻璃管連續(xù)注入一個(gè)小壓力氣 流，小孔有間歇?dú)怏w流出，鋼珠與精密玻璃管間也存在一定的空氣間隙，使得燒瓶?jī)?nèi)氣體不 是處于一個(gè)封閉系統(tǒng)之中，而實(shí)際的分析絕熱過(guò)程通常是針對(duì)封閉系統(tǒng)而言的，所以，這種 測(cè)量方法無(wú)法真實(shí)地反映實(shí)際的氣體比熱容比情況。
[0003] 專利申請(qǐng)（【申請(qǐng)?zhí)枴?00910232770. 8) "一種氣體比熱容比的測(cè)定裝置及其測(cè)量方 法"，公開(kāi)了一種封閉式的氣體比熱容比的測(cè)量系統(tǒng)和方法。該方法存在以下缺陷：1.難以 實(shí)現(xiàn)對(duì)壓強(qiáng)和體積的同時(shí)測(cè)量，而且在測(cè)量瞬時(shí)壓強(qiáng)時(shí)容易產(chǎn)生較大的測(cè)量誤差。2.無(wú)法 對(duì)實(shí)驗(yàn)中的溫度和濕度環(huán)境影響進(jìn)行修正。3.實(shí)驗(yàn)測(cè)量精度低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提出一種氣體比熱容比測(cè)量方法及其系 統(tǒng)，能夠在進(jìn)行氣體比熱容比實(shí)驗(yàn)測(cè)量時(shí)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)壓強(qiáng)和體積的同時(shí)測(cè)量且瞬時(shí)壓強(qiáng)測(cè) 量的誤差小，能夠?qū)?shí)驗(yàn)中的溫度和濕度環(huán)境影響進(jìn)行修正，實(shí)驗(yàn)測(cè)量精度高。
[0005] 為解決上述現(xiàn)有技術(shù)的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案。
[0006] -種氣體比熱容比測(cè)量方法，包括以下步驟：
[0007] 步驟一、在測(cè)量氣體比熱容比之前，通過(guò)測(cè)量獲取氣體體積值1并寫入控制器的 數(shù)據(jù)記錄模塊；
[0008] 步驟二、測(cè)量模塊的輸入端接大氣壓強(qiáng)傳感器、溫度、濕度傳感器、光電門、壓差傳 感器，開(kāi)始實(shí)驗(yàn)測(cè)量，并將測(cè)量數(shù)據(jù)寫入控制器的數(shù)據(jù)測(cè)量模塊；
[0009] 步驟三、運(yùn)算模塊對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；
[0010] 步驟四、結(jié)果輸出：運(yùn)算處理模塊的輸出端接顯示模塊的輸入端，顯示輸出測(cè)量環(huán) 境參數(shù)：溫度T。、濕度、大氣壓強(qiáng)P。，以及此環(huán)境條件下的氣體比熱容比的測(cè)量值h與干燥 氣體的比熱容比理想值γ。
[0011] 在所述的步驟一中，所述的通過(guò)測(cè)量獲取氣體體積值V1并寫入控制器的數(shù)據(jù)記錄 模塊，其具體過(guò)程為：
[0012] (1)測(cè)量出燒瓶至U形管刻度HP處的氣體容積V。；
[0013] (2)用游標(biāo)卡尺測(cè)量出U形管內(nèi)徑R以及用米尺測(cè)量U形管內(nèi)水柱長(zhǎng)度L ;
[0014] (3)擠壓氣囊，使U形管右側(cè)液面到達(dá)刻度H。上方位置1，松開(kāi)氣囊閥門，U形管 右側(cè)液面迅速下降經(jīng)過(guò)刻度H。并觸發(fā)光電門，通過(guò)快速相機(jī)記錄下在不同時(shí)刻的T i i，其 中，T0= 0、T 0= t、T 0= 2t、T 0= 3t、T 0= 4t、T 0= 5t、T 0= 6t、T 0= 7t、T 0= 8t、T 0 = 9t，i = 1，2,3…，10 ;時(shí)間間隔
，:m值為水柱質(zhì)量，P值取1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓 強(qiáng)，γ值取1.4 ;對(duì)應(yīng)的液面位置為H1 i，其中，H1 i = 1,2,3-, 10 ；
[0015] (4)將對(duì)應(yīng)的容積V。、內(nèi)徑R、水柱長(zhǎng)度L，將時(shí)刻T1 i以及對(duì)應(yīng)的氣體體積V i寫入 控制器的數(shù)據(jù)記錄模塊，其中
[0016] 在所述的步驟二中，所述的開(kāi)始實(shí)驗(yàn)測(cè)量，并將測(cè)量數(shù)據(jù)寫入控制器的數(shù)據(jù)測(cè)量 模塊，其過(guò)程為：
[0017] (1)擠壓氣囊，使得U形管右側(cè)液面到達(dá)刻度H。上方位置H s，關(guān)閉氣囊閥門，打開(kāi) 光電門開(kāi)關(guān)；
[0018] (2)松開(kāi)氣囊閥門，U形管右側(cè)液面迅速下降，液面下降至光電門H。時(shí)觸發(fā)光電 門，控制器按照時(shí)刻T 1 i自動(dòng)讀取燒瓶?jī)?nèi)外壓差計(jì)的壓強(qiáng)差值Λ P i，所述的壓強(qiáng)差值Λ P1S
[0019] 在所述的步驟三中，所述的運(yùn)算模塊對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，其過(guò)程是：
[0020] (1)控制器讀取由氣壓計(jì)得到的大氣壓強(qiáng)測(cè)量值Ρ。、由溫度計(jì)得到的溫度測(cè)量值 Τ。、由濕度計(jì)得到的濕度測(cè)量值S。，由壓強(qiáng)差值Λ Pj#到了同一時(shí)刻壓強(qiáng)和體積的瞬時(shí)值 V1，其中P1= P。+AP1, i = 1，2, 3···，10,得到該氣體比熱容比的測(cè)量值yc:
[0021]
CD
[0022] (2)氣體比熱容比測(cè)量值γ。的濕度修正：設(shè)原待測(cè)氣體為M，對(duì)應(yīng)的氣體比熱容 比的值為γ，水分子H 2O對(duì)應(yīng)的氣體比熱容比的理論值為1. 33 ;由壓強(qiáng)Ρ。、濕度S。和溫度T。 可以得到氣體中原待測(cè)氣體分子與水蒸氣的組成比例，其具體步驟為：
[0023] 通過(guò)溫度（Τ。）查找水在不同溫度下的飽和蒸汽氣壓表，得到對(duì)應(yīng)溫度下的飽和蒸 氣壓p b，濕度s。與飽和蒸氣壓P b的乘積即為此溫度下待測(cè)系統(tǒng)中水分子的分壓s Λ，可以 得到氣體中原待測(cè)氣體分子與水蒸氣的組成比例為：
氣體比熱容比值γ與氣體 比熱容比測(cè)量值γε滿足下面的關(guān)系：
[0024]
(2)
[0025] 運(yùn)算模塊調(diào)用上述關(guān)系式（I)、（2)，即可得到γ值。
[0026] 一種氣體比熱容比測(cè)量系統(tǒng)，包括氣體比熱容比測(cè)量裝置、控制器；所述的氣體比 熱容比測(cè)量裝置包括氣壓計(jì)、燒瓶、燒瓶塞、壓差計(jì)、U形管刻度尺、水柱、玻璃細(xì)管、氣囊、支 架；所述的控制器包括數(shù)據(jù)記錄模塊、測(cè)量模塊、運(yùn)算模塊和顯示模塊；所述的數(shù)據(jù)記錄模 塊、測(cè)量模塊的輸出端分別聯(lián)接運(yùn)算模塊的輸入端；所述運(yùn)算模塊的輸出端分別聯(lián)接顯示 模塊、數(shù)據(jù)記錄模塊的輸入端；
[0027] 其特征在于：所述的氣體比熱容比測(cè)量裝置還包括有溫度傳感和濕度傳感器，設(shè) 置于所述的燒瓶?jī)?nèi)；所述的濕度傳感器和溫度傳感器的輸出端與所述的控制器測(cè)量模塊的 輸入端相聯(lián)接；
[0028] 還包括光電門和快速相機(jī)，所述的光電門通過(guò)支架水平固定在U行管的右側(cè)刻度 尺位置處，所述的快速相機(jī)通過(guò)相機(jī)三腳架固定在與刻度尺具有一定距離且水平等高的位 置以保證能清晰拍攝到液面所處位置的刻度；所述的光電門和快速相機(jī)的輸出端與所述控 制器測(cè)量模塊的輸入端相聯(lián)接。
[0029] 所述的溫度傳感器和濕度傳感器采用分體式溫濕度傳感器CEMDT-615,其溫度測(cè) 量范圍0°C~40°C，濕度測(cè)量范圍0· 1% RH~100. 0% RH。
[0030] 所述的控制器采用Atmegal6L單片機(jī)。
[0031 ] 所述的光電門為快速響應(yīng)槽形光電開(kāi)關(guān)。
[0032] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明包括以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果：
[0033] 1.在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)量之前，本發(fā)明通過(guò)控制器預(yù)先控制快速相機(jī)測(cè)定水柱觸發(fā)光電 門后在固定時(shí)間的位置，得到特定時(shí)間對(duì)應(yīng)的燒瓶?jī)?nèi)氣體的瞬時(shí)體積數(shù)據(jù)。在實(shí)驗(yàn)測(cè)量時(shí)， 只要測(cè)量對(duì)應(yīng)時(shí)刻的瞬時(shí)壓強(qiáng)數(shù)據(jù)，就可以得到多組瞬時(shí)壓強(qiáng)與體積的數(shù)據(jù)，不但實(shí)現(xiàn)了 同時(shí)準(zhǔn)確測(cè)量氣體體積與壓強(qiáng)的目的，還實(shí)現(xiàn)了采用1個(gè)壓差計(jì)和1個(gè)光電門可以測(cè)量多 個(gè)對(duì)應(yīng)位置（即一定體積下）的瞬時(shí)壓強(qiáng)值，即滿