气体比热容比测量方法及其系统技术方案

本发明专利技术公开了一种气体比热容比测量方法及其系统，系统包括气体比热容比测量装置、控制器，还包括有其输出端分别与所述的控制器测量模块的输入端相联接的温度传感和湿度传感器；其方法步骤：(1)在测量气体比热容比之前，通过测量获取气体体积值并写入控制器的数据记录模块：(2)测量模块的输入端接大气压强传感器、温度、湿度传感器、光电门、压差传感器，并将测量数据写入控制器的数据测量模块：(3)运算模块对数据进行处理；(4)结果输出。本发明专利技术可实现对压强和体积的同时测量且瞬时压强测量的误差小，能够对实验中的温度和湿度环境影响进行修正，实验测量精度高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于测量
，具体涉及一种气体比热容比测量方法及其系统。 技术背景 目前通用的测量气体比热容比实验仪，是通过测量钢珠简谐振动周期来间接测量 气体比热容比。一般是在烧瓶上方插一根精密玻璃管，精密玻璃管中放一钢珠，钢珠的直径 比精密玻璃管的内径约小0. 01mm，它能在精密玻璃管中上下自由运动，烧瓶侧面开有一个 小孔，并插入一根细嘴玻璃管，通过它可以把待测气体注入到烧瓶中。为补偿气体阻尼引起 的钢珠振幅的衰减，通过细嘴玻璃管连续注入一个小压力气流。在精密玻璃管的管壁上开 有一小孔，钢珠可在小孔附近上下振动。当钢珠处于小孔下方半个振动周期时，注入的气体 使烧瓶内压力增大，引起钢珠向上移动，而当钢珠处于小孔上方半个振动周期时，气体通过 小孔流出，烧瓶内压力减小，钢珠向下移动。只要控制注入气体流量的大小，钢珠就可以在 小孔上下做简谐振动，振动周期可利用光电计时装置来测得。在上述测量方案中，假定钢 珠振动过程中烧瓶内气体经历绝热过程，但是由于通过细嘴玻璃管连续注入一个小压力气 流，小孔有间歇气体流出，钢珠与精密玻璃管间也存在一定的空气间隙，使得烧瓶内气体不 是处于一个封闭系统之中，而实际的分析绝热过程通常是针对封闭系统而言的，所以，这种 测量方法无法真实地反映实际的气体比热容比情况。 专利申请（【申请号】200910232770. 8) "一种气体比热容比的测定装置及其测量方 法"，公开了一种封闭式的气体比热容比的测量系统和方法。该方法存在以下缺陷：1.难以 实现对压强和体积的同时测量，而且在测量瞬时压强时容易产生较大的测量误差。2.无法 对实验中的温度和湿度环境影响进行修正。3.实验测量精度低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺陷，提出一种气体比热容比测量方法及其系 统，能够在进行气体比热容比实验测量时，可实现对压强和体积的同时测量且瞬时压强测 量的误差小，能够对实验中的温度和湿度环境影响进行修正，实验测量精度高。 为解决上述现有技术的技术问题，本专利技术采取以下技术方案。 -种气体比热容比测量方法，包括以下步骤： 步骤一、在测量气体比热容比之前，通过测量获取气体体积值1并写入控制器的 数据记录模块； 步骤二、测量模块的输入端接大气压强传感器、温度、湿度传感器、光电门、压差传 感器，开始实验测量，并将测量数据写入控制器的数据测量模块； 步骤三、运算模块对数据进行处理； 步骤四、结果输出：运算处理模块的输出端接显示模块的输入端，显示输出测量环 境参数：温度T。、湿度、大气压强P。，以及此环境条件下的气体比热容比的测量值h与干燥 气体的比热容比理想值γ。 在所述的步骤一中，所述的通过测量获取气体体积值V1并写入控制器的数据记录 模块，其具体过程为： (1)测量出烧瓶至U形管刻度HP处的气体容积V。； (2)用游标卡尺测量出U形管内径R以及用米尺测量U形管内水柱长度L ; (3)挤压气囊，使U形管右侧液面到达刻度H。上方位置1，松开气囊阀门，U形管 右侧液面迅速下降经过刻度H。并触发光电门，通过快速相机记录下在不同时刻的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 ;时间间隔，:m值为水柱质量，P值取1个标准大气压 强，γ值取1.4 ;对应的液面位置为H1 i，其中，H1 i = 1,2,3-, 10 ； (4)将对应的容积V。、内径R、水柱长度L，将时刻T1 i以及对应的气体体积V i写入 控制器的数据记录模块，其中 在所述的步骤二中，所述的开始实验测量，并将测量数据写入控制器的数据测量 模块，其过程为： (1)挤压气囊，使得U形管右侧液面到达刻度H。上方位置H s，关闭气囊阀门，打开 光电门开关； (2)松开气囊阀门，U形管右侧液面迅速下降，液面下降至光电门H。时触发光电 门，控制器按照时刻T 1 i自动读取烧瓶内外压差计的压强差值Λ P i，所述的压强差值Λ P1S 在所述的步骤三中，所述的运算模块对数据进行处理，其过程是： (1)控制器读取由气压计得到的大气压强测量值Ρ。、由温度计得到的温度测量值 Τ。、由湿度计得到的湿度测量值S。，由压强差值Λ Pj#到了同一时刻压强和体积的瞬时值 V1，其中P1= P。+AP1, i = 1，2, 3···，10,得到该气体比热容比的测量值yc:CD (2)气体比热容比测量值γ。的湿度修正：设原待测气体为M，对应的气体比热容 比的值为γ，水分子H 2O对应的气体比热容比的理论值为1. 33 ;由压强Ρ。、湿度S。和温度T。 可以得到气体中原待测气体分子与水蒸气的组成比例，其具体步骤为： 通过温度（Τ。）查找水在不同温度下的饱和蒸汽气压表，得到对应温度下的饱和蒸 气压p b，湿度s。与饱和蒸气压P b的乘积即为此温度下待测系统中水分子的分压s Λ，可以 得到气体中原待测气体分子与水蒸气的组成比例为：气体比热容比值γ与气体 比热容比测量值γε满足下面的关系：(2) 运算模块调用上述关系式（I)、（2)，即可得到γ值。 一种气体比热容比测量系统，包括气体比热容比测量装置、控制器；所述的气体比 热容比测量装置包括气压计、烧瓶、烧瓶塞、压差计、U形管刻度尺、水柱、玻璃细管、气囊、支 架；所述的控制器包括数据记录模块、测量模块、运算模块和显示模块；所述的数据记录模 块、测量模块的输出端分别联接运算模块的输入端；所述运算模块的输出端分别联接显示 模块、数据记录模块的输入端； 其特征在于：所述的气体比热容比测量装置还包括有温度传感和湿度传感器，设 置于所述的烧瓶内；所述的湿度传感器和温度传感器的输出端与所述的控制器测量模块的 输入端相联接； 还包括光电门和快速相机，所述的光电门通过支架水平固定在U行管的右侧刻度 尺位置处，所述的快速相机通过相机三脚架固定在与刻度尺具有一定距离且水平等高的位 置以保证能清晰拍摄到液面所处位置的刻度；所述的光电门和快速相机的输出端与所述控 制器测量模块的输入端相联接。 所述的温度传感器和湿度传感器采用分体式温湿度传感器CEMDT-615,其温度测 量范围0°C~40°C，湿度测量范围0· 1% RH~100. 0% RH。 所述的控制器采用Atmegal6L单片机。 所述的光电门为快速响应槽形光电开关。 与现有技术相比，本专利技术包括以下优点和有益效果： 1.在进行实验测量之前，本专利技术通过控制器预先控制快速相机测定水柱触发光电 门后在固定时间的位置，得到特定时间对应的烧瓶内气体的瞬时体积数据。在实验测量时， 只要测量对应时刻的瞬时压强数据，就可以得到多组瞬时压强与体积的数据，不但实现了 同时准确测量气体体积与压强的目的，还实现了采用1个压差计和1个光电门可以测量多 个对应位置（即一定体积下）的瞬时压强值，即满当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种气体比热容比测量方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、在测量气体比热容比之前，通过测量获取气体体积值Vi并写入控制器的数据记录模块：步骤二、测量模块的输入端接大气压强传感器、温度、湿度传感器、光电门、压差传感器，开始实验测量，并将测量数据写入控制器的数据测量模块：步骤三、运算模块对所述的测量数据进行处理；步骤四、结果输出：运算处理模块的输出端接显示模块的输入端，显示输出测量环境参数：温度T0、湿度、大气压强P0，以及此环境条件下的气体比热容比的测量值γC与干燥空气的比热容比理想值γ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张开骁，马爱斌，江静华，胡立群，陈敦军，雷撼，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32