一种测量不同温度下空气的比热容比的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种测量不同温度下空气的比热容比的装置，包括储气瓶、置于瓶内的压力传感器和测气温温度传感器，所述储气瓶上固定有加气部件及放气部件，其特征在于，还包括一个设置在储气瓶周围的显温控温装置，该显温控温装置包括热浴容器、电加热器件、测浴温温度传感器和微控制器，其中电加热器件及测浴温温度传感器固定放置在热浴容器内并与微控制器电连接。本发明专利技术还提供一种使用上述装置测量不同温度下空气比热容比的方法。此装置及方法可以保证空气温度保持在一个较准确的范围内，丰富了实验教学内容，提高了学生学习积极性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于实验教学领域，涉及一种测量空气比热容比的装置，特别涉及一种测 量不 同温度下空气的比热容比的装置，以及利用此装置进行不同温度下空气比热容比测量 的方法。
技术介绍
通常情况下，同种物质可以有不同的比热容，物质的比热容不仅与温度有强烈的 依赖关系，而且还取决于外界对物质本身所施加的约束。当压力恒定时可得物质的比定压 热容Cp，体积一定时可得物质的比定容热容Cv。气体的比定压热容Cp与比定容热容Cv之 比称为该气体的比热容比(用Y表示)，比热容比在热力学过程特别是绝热过程中是一个 很重要的参数。《大学物理实验》是工科和理科本科生的必修课程之一，而《空气比热容比 测量》这一热力学实验在我国许多高校的《大学物理实验》中开设率较高，一般采用绝热膨 胀法测定空气的比热容比。空气比热容比测量装置由如下几个部分组成储气瓶(包括玻 璃瓶、进气活塞、橡皮塞)、两只传感器(扩散硅压力传感器和电流型集成温度传感器各一 只)、测空气压强的数字电压表、测空气温度的数字温度表。该实验设备使用率高，修读大学 物理实验课程的同学大部分都会选作。在指导《空气比热容比测量》实验的过程中，发现本实验所采用的现有测量空比热 容比的装置存在以下不足一是由该装置所测得的空气比热容比值仅为某一时段内室温条 件下的值，而气体比热容比是一个随着气体温度变化而改变的物理量，本实验设备无法反 映这一物理现象；二是本实验整个过程在3个小时以上，期间室温由于各种原因是不断变 化的，即无法保证室温维持在某一固定温度，也就无法确切得到某一温度下的空气比热容 比值；三是本实验现有设备中储气瓶内的气体处于密封状态，瓶内温度与瓶外温度的平衡 过程比较长，必须等待瓶内气体状态完全稳定后才能读数，降低了学生的学习效率。以上不 足削弱了该实验本应取得的教学效果，也是学生针对本实验所反映的焦点问题之一，如能 克服上述不足，不仅能丰富本实验的教学内容，而且还能提高同学们对本实验的积极性，保 证教学效果。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种测量不同温度下空气的比热容 比的装置以及利用此装置进行不同温度下空气比热容比测量的方法。所述测量不同温度下空气的比热容比的装置的具体技术方案为，一种可在不同温 度下测量空气比热容比的装置，包括储气瓶、置于瓶内的压力传感器和温度传感器，所述储 气瓶上固定有加气部件及放气部件，其特征在于，还包括一个设置在储气瓶周围的显温控 温装置，该显温控温装置包括热浴容器、电加热器件、温度传感器和微控制器，其中温度传 感器固定放置在热浴容器内用于实时测量其温度并反馈给微控制器，微控制器与电加热器 件、温度传感器电连接。上述比热容比测量装置中增加的显温控温装置的热浴介质采用水或油，瓶内空气 温度的改变可以通过改变水温或油温来实现，而水温或油温可以通过传感器系统保持在较 准确的范围内，当温度低于最低设定温度，电加热器自动开启；当温度高于最高设定温度， 电加热器自动关闭。该装置还可以通过数码管或LCD或发光二极管对温度进行实时显示， 使温度信息更加直观，方便使用者。所述压力传感器为数字扩散硅压力传感器，所述温度传感器为数字半导体温度传 感器。所述加气和放气部件通过设置在储气瓶口的橡皮塞固定，加气部件为打气球，打气球 与储气瓶之间还设置有一个进气阀门；放气部件为气阀活塞。本专利技术所述测量不同温度下空气比热容比的方法，使用安装有上述显温控温装置 的比热容比测量装置，所述测量不同温度下空气比热容比的方法包括以下步骤1)装置正常待机后，打开储气瓶上放气部件，使瓶内压强与外部环境大气压强Ptl平衡；通过显温控温装置的微控制器设定热浴保温温度Ttl，并等待温度稳定至Ttl ；2)关闭储气瓶的放气部件，通过加气部件将空气压入储气瓶，等待瓶内空气温度恢复至Ttl，记录此时瓶内空气压强P1 ；3)迅速打开放气部件，当储气瓶中空气的压强下降至环境大气压强Ptl时，迅速关 闭放气部件；待储气瓶内温度恢复至Ttl，记录此时瓶内空气压强P2 ；(IqP4)通过公式计算温度为Ttl时的空气比热容比Z = ,W ,‘；(IgP2 -IgP1)5)打开储气瓶上放气部件，使瓶内压强与外部环境大气压强Ptl平衡；通过显温控 温装置的微控制器设定热浴保温温度T1，并等待温度稳定至T1 ；重复上述步骤2至4，得到 另一温度T1时的空气比热容比。为了使测量结果更加准确，可采用多次测量求平均值的方法，多次重复上述步骤 1至4，即可得到多组同一温度下的空气比热容比值，然后通过求其平均值来提高测量准确度。采用水作为热浴介质，可测得室温至水的沸点温度下的空气比热容比值；采用油 作为热浴介质，可测温度范围则可以更宽。本专利技术所述测量不同温度下空气的比热容比的装置具有如下有益效果1、通过在现有空气比热容比测量装置基础上增加显温控温装置，可以提供一个温度可变的环境，从而进行不同温度下的空气比热容比的测量。2、通过在现有空气比热容比测量装置基础上增加显温控温装置，可以保证气瓶内空气温度保持在一个较准确的范围内，而不是随着室温的变化而变化。3、该装置还可以对温度进行实时显示，同时缩短每次瓶内温度与瓶外温度的平衡时间。4、该装置增加了一套显温控温装置，可以丰富本实验的仪器方面的教学内容，提高学生的学习积极性。另外，本专利技术所述装置保持了现有设备简捷、直观且操作性强等特点；同时缩短实验时间，使实验数据更加准确，降低了实验误差，并且可以提高学生的积极性，激发其创造 性。本专利技术所述测量不同温度下空气的比热容比的方法具有如下有益效果1、本专利技术所述方法为不同温度下空气的比热容比的测量提供了一种切实可行的 技术方案，通过在现有空气比热容比测量装置基础上增加显温控温装置，可以提供一个温 度可变的环境，从而进行不同温度下的空气比热容比的测量。2、本专利技术所述方法所测得的空气比热容比为某一固定温度下的值，而不是在室温 这一不确定的温度下所进行的测量，通过在现有空气比热容比测量装置基础上增加显温控 温装置，可以保证空气温度保持在一个较准确的范围内，而不是随着室温的变化而变化。3、通过对不同温度下空气比热容比的测量，可以进一步提高同学们对比热容比这 一重要物理量的认识。 附图说明图1是实施例1所描述的测量不同温度下空气比热容比的装置的结构示意图。图 中，1-储气瓶，2-压力传感器，3-温度传感器，4-充气阀门，5-打气球，6-放气阀门，7-水浴 容器，8-水，9-电加热器件，10-温度传感器，11-环形固定木板，12-通气孔。图2是实施例2所测得的不同温度下空气比热容比对温度变化的曲线图。具体实施例方式下面结合附图通过实施例来对本专利技术作进一步详细说明。实施例1测量不同温度下空气比热容比的装置本实施例中，测量不同温度下空气比热容比的装置的结构示意图如图1所示，包 括比热容比测量部分及水浴装置部分。比热容比测量部分包括储气瓶1、压力传感器2、测 气温温度传感器3、充气阀门4、打气球5、放气阀门6，各构件安装方式为压力传感器2和 测气温温度传感器3置于储气瓶内，穿过储气瓶口的橡皮塞并密封固定，充气阀门4及放气 阀门6同样穿过储气瓶口的橡皮塞并密封固定，充气阀门4的另一端连接有打气球5。压 力传感器2与数字电压表电连接，当本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测量不同温度下空气比热容比的装置，包括储气瓶、置于瓶内的压力传感器和测气温温度传感器，所述储气瓶上固定有加气部件及放气部件，其特征在于，还包括一个设置在储气瓶周围的显温控温装置，该显温控温装置包括热浴容器、电加热器件、测浴温温度传感器和微控制器，其中电加热器件及测浴温温度传感器固定放置在热浴容器内并与微控制器电连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：常相辉，邱春蓉，王辉，冯先富，刘斌，张永文，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：90[中国|成都]