一種氣體比定壓熱容測定儀的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種氣體比定壓熱容測定儀，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)存在的測量氣體比定壓熱容不準(zhǔn)確、測定結(jié)果誤差較大的技術(shù)問題，所述的一種氣體比定壓熱容測定儀包括溫濕度計（2）、比熱計（4）、鉑電阻溫度計（5）、溫度數(shù)字顯示儀表（6）、鉑電阻溫度計（10），其特征在于還包括交、直流調(diào)速離心風(fēng)機(jī)（1）、穩(wěn)壓罐（12）、旋進(jìn)漩渦氣體流量計（3）、氣體預(yù)熱裝置（11）、電力測量儀（7）、人工智能溫度控制儀（8）、電控箱（9），本實用新型所述的一種氣體比定壓熱容測定儀測出的氣體比定壓熱容可精確到被測溫度點的氣體比定壓熱容，同時被測氣體不被加濕，濕度大大降低，高溫測量時不會產(chǎn)生較大的水蒸氣分壓，測定結(jié)果精確。
【專利說明】一種氣體比定壓熱容測定儀
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種工程熱力學(xué)實驗儀器，具體涉及一種基于工程熱力學(xué)能量守恒定律來精確測定常壓下氣體流動狀態(tài)中的氣體比定壓熱容的實驗儀器。
【背景技術(shù)】
[0002]氣體比定壓熱容測定儀是一種用來測定氣體比定壓熱容的儀器。由工程熱力學(xué)中關(guān)于比定壓熱容的定義可知，定壓力下，IKg物質(zhì)在某一溫度下溫度升高(或降低)IK (或l°c)所吸收(或放出)的熱量，單位為J/(Kg.K)，稱為該物質(zhì)在這一溫度點的比定壓熱容。同一物質(zhì)在不同溫度下比定壓熱容是不同的，且非線性的?，F(xiàn)在使用的氣體比定壓熱容測定儀測量的氣體進(jìn)入比熱計的溫度是室溫t1;與氣體流出比熱計的溫度t2溫差較大，計算
得出的氣體比定壓熱容是平均溫度t的值(= t^1-)，計算過程中所用電功率P是將
濕空氣從室溫提高到比熱計的出口溫度t2所消耗的電功率P (這里認(rèn)為所消耗的電功率P全部轉(zhuǎn)變成用于加熱濕空氣的熱量Q)，由于加熱溫差范圍較大，平均值與極限值的誤差較大。
[0003]現(xiàn)在使用的氣體比定壓熱容測定儀采用濕式氣體流量計，氣體流量測量不精確。被測氣體流過后相對濕度大于95%，含濕量很大從而影響測量精度。當(dāng)要測量大于100°C以上溫度的氣體比定壓熱容時，過多的水分達(dá)到沸點會產(chǎn)生較大的水蒸氣分壓，不符合理想氣體比定壓熱容的定義。 實用新型內(nèi)容
[0004]本實用新型旨在解決現(xiàn)有技術(shù)存在的測量氣體比定壓熱容不準(zhǔn)確、測定結(jié)果誤差較大的技術(shù)問題，提供了一種精確測量氣體比定壓熱容的測定儀，
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本實用新型是采用如下技術(shù)方案實現(xiàn)的:本實用新型所述的一種氣體比定壓熱容測定儀，包括溫濕度計、比熱計、I號鉬電阻溫度計、2號鉬電阻溫度計和溫度數(shù)字顯示儀表、其特征在于還包括交、直流調(diào)速離心風(fēng)機(jī)、穩(wěn)壓罐、旋進(jìn)漩渦氣體流量計、氣體預(yù)熱裝置、電力測量儀、人工智能溫度控制儀和電控箱，交、直流調(diào)速離心風(fēng)機(jī)的出風(fēng)口密閉插入穩(wěn)壓罐的下部，溫濕度計的傳感器部分密閉插入穩(wěn)壓罐的頂部，旋進(jìn)漩渦氣體流量計的進(jìn)風(fēng)口用法蘭與穩(wěn)壓罐上部的出風(fēng)口密閉連接，旋進(jìn)漩渦氣體流量計的出風(fēng)口用法蘭和氣體預(yù)熱裝置上部的進(jìn)風(fēng)口密閉連接，比熱計的進(jìn)風(fēng)口與氣體預(yù)熱裝置的出風(fēng)口密閉連接，2號鉬電阻溫度計密閉插在氣體預(yù)熱裝置出風(fēng)口與比熱計進(jìn)風(fēng)口的結(jié)合部，I號鉬電阻溫度計插入比熱計的出風(fēng)口處，I號鉬電阻溫度計的輸出線連接在溫度數(shù)字顯示儀表的溫度信號接入端子，溫度數(shù)字顯示儀表的220V交流供電端用導(dǎo)線與電源空氣開關(guān)輸出端導(dǎo)線連接，2號鉬電阻溫度計的輸出線與人工智能溫度控制儀的溫度信號輸入端導(dǎo)線連接，人工智能溫度控制儀的220V交流供電端用導(dǎo)線與電源空氣開關(guān)輸出端導(dǎo)線連接，溫度數(shù)字顯示儀表、電力測量儀和人工智能溫度控制儀鑲嵌在電控箱的控制面板上，交、直流調(diào)速離心風(fēng)機(jī)的調(diào)速器、氣體預(yù)熱裝置的繼電控制器和比熱計的加熱功率調(diào)壓器及其控制電路安裝在電控箱內(nèi)部，氣體預(yù)熱裝置為一個耐熱的罐體，采用非金屬耐熱材料制成，耐熱溫度為最高800°C，氣體預(yù)熱裝置內(nèi)部裝有呈多層網(wǎng)狀布置的電加熱絲，電加熱絲的引出線連接氣體預(yù)熱裝置的繼電控制器的強(qiáng)電輸出端，氣體預(yù)熱裝置的繼電控制器的強(qiáng)電輸入端與電源空氣開關(guān)輸出端導(dǎo)線連接，人工智能溫度控制儀的弱電信號輸出端與氣體預(yù)熱裝置的繼電控制器的弱電輸入端導(dǎo)線連接，比熱計的電加熱導(dǎo)線和比熱計的加熱功率調(diào)壓器的輸出端導(dǎo)線連接，比熱計的加熱功率調(diào)壓器安裝在電控箱內(nèi)部，比熱計的加熱功率調(diào)壓器的輸入端從電源空氣開關(guān)輸出端導(dǎo)線連接，電力測量儀的測電流端與比熱計的加熱功率調(diào)壓器的輸出端串聯(lián)，電力測量儀的測電壓端與比熱計的加熱功率調(diào)壓器的輸出端并聯(lián)，電力測量儀的220V交流供電端用導(dǎo)線與電源空氣開關(guān)輸出端連接。
[0006]與現(xiàn)有技術(shù)相比本實用新型的有益效果是:
[0007]1.在比熱計入口之前增加能夠程序控制溫度的氣體預(yù)熱裝置，使被測氣體在進(jìn)入比熱計之前加熱到要測的溫度(或接近要測的溫度)，氣體在比熱計出口與入口的溫差控制在I?2K (或1°C)。這樣比熱計消耗的加熱功率，計算出的氣體比定壓熱容更精確到被測溫度點的氣體比定壓熱容。
[0008]2.采用旋進(jìn)漩渦氣體流量計替代濕式氣體流量計，被測氣體流量測量精度更加精確。同時被測氣體不被加濕，濕度大大降低，高溫測量時不會產(chǎn)生較大的水蒸氣分壓，滿足理想氣體要求。
[0009]3.在風(fēng)機(jī)與流量計之間增加一穩(wěn)壓罐，消除由風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的風(fēng)壓周期性波動，風(fēng)壓測定更加平穩(wěn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]下面結(jié)合附圖對本實用新型作進(jìn)一步的說明:
[0011]圖1為本實用新型所述的一種氣體比定壓熱容測定儀的結(jié)構(gòu)簡圖。
[0012]圖2為使用現(xiàn)有實驗儀器測得的空氣比定壓熱容的實驗數(shù)據(jù)曲線圖。
[0013]圖3為使用本實用新型所述的一種氣體比定壓熱容測定儀測得的空氣比定壓熱容的實驗數(shù)據(jù)曲線圖。
[0014]圖中:1、交、直流調(diào)速離心風(fēng)機(jī)，2、溫濕度計，3、旋進(jìn)漩渦氣體流量計，4、比熱計，
5、I號鉬電阻溫度計，6、溫度數(shù)字顯示儀表，7、電力測量儀，8、人工智能溫度控制儀，9、電控箱，10,2號鉬電阻溫度計，11、氣體預(yù)熱裝置，12、穩(wěn)壓罐。
【具體實施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖對本實用新型作詳細(xì)的描述:
[0016]參照附圖1，交、直流調(diào)速離心風(fēng)機(jī)I為臺州高工電氣有限公司的產(chǎn)品，通過調(diào)節(jié)交、直流調(diào)速離心風(fēng)機(jī)I的調(diào)速器，改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，獲得需要的風(fēng)量和風(fēng)壓。溫濕度計2型號為testo 625，旋進(jìn)漩渦氣體流量計3型號為LUXBDN15、溫度數(shù)字顯示儀表6型號為AI501、電力測量儀7型號為AI601、人工智能溫度控制儀8型號為AI518P，I號鉬電阻溫度計5和2號鉬電阻溫度計10型號均為PT100，穩(wěn)壓罐12為有一定容積的罐體，采用PVT材質(zhì)，空氣溫度為室溫，容積4.86L，用來疏理氣流流動形態(tài)，穩(wěn)定氣壓波動，氣體預(yù)熱裝置11是一個耐熱的罐體，采用耐火水泥制成，可經(jīng)受800°C以下高溫，內(nèi)部裝有電加熱絲，電加熱絲呈多層網(wǎng)狀布置，被測氣體在氣體預(yù)熱裝置11內(nèi)層流流過，均勻加熱到要求溫度。
[0017]交、直流調(diào)速離心風(fēng)機(jī)I的出風(fēng)口密閉插入穩(wěn)壓罐12的下部，溫濕度計2的傳感器部分密閉插入穩(wěn)壓罐12的頂部，旋進(jìn)漩渦氣體流量計3的進(jìn)風(fēng)口用法蘭與穩(wěn)壓罐12上部的出風(fēng)口密閉連接，旋進(jìn)漩渦氣體流量計3的出風(fēng)口用法蘭和氣體預(yù)熱裝置11上部的進(jìn)風(fēng)口密閉連接，比熱計4的進(jìn)風(fēng)口與氣體預(yù)熱裝置11的出風(fēng)口密閉連接，2號鉬電阻溫度計10密閉插在氣體預(yù)熱裝置11出風(fēng)口與比熱計4進(jìn)風(fēng)口的結(jié)合部，I號鉬電阻溫度計5插入比熱計4的出風(fēng)口處，I號鉬電阻溫度計5的輸出線連接在溫度數(shù)字顯示儀表6的溫度信號接入端子，溫度數(shù)字顯示儀表6的220V交流供電用導(dǎo)線與電源空氣開關(guān)輸出端導(dǎo)線連接。比熱計4的電加熱導(dǎo)線接在比熱計4的加熱功率調(diào)壓器的輸出端，比熱計4的加熱功率調(diào)壓器安裝在電控箱9內(nèi)部，比熱計4的加熱功率調(diào)壓器的輸入端從電源空氣開關(guān)輸出端導(dǎo)線連接，通過調(diào)節(jié)比熱計4的加熱功率調(diào)壓器輸出電壓改變比熱計4的電加熱功率，電力測量儀7的測電流端與加熱功率調(diào)壓器的輸出端串聯(lián)，電力測量儀7測電壓端與加熱功率調(diào)壓器的輸出端并聯(lián)，測量比熱計4的電加熱功率，電力測量儀7的220V交流供電端用導(dǎo)線與電源空氣開關(guān)輸出端導(dǎo)線連，氣體預(yù)熱裝置11的升溫控制系統(tǒng)安裝在電控箱9內(nèi)部，氣體預(yù)熱裝置11的繼電控制器的強(qiáng)電輸入端與電源空氣開關(guān)輸出端導(dǎo)線連接，氣體預(yù)熱裝置11的繼電控制器的強(qiáng)電輸出端與氣體預(yù)熱裝置11的電加熱絲通過導(dǎo)線連接，繼電控制程序受來自人工智能溫度控制儀8的弱電信號控制，人工智能溫度控制儀8的弱電信號輸出端與氣體預(yù)熱裝置11的繼電控制器的弱電輸入端導(dǎo)線連接，2號鉬電阻溫度計10的輸出線與人工智能溫度控制儀8的溫度信號輸入端導(dǎo)線連接，人工智能溫度控制儀8根據(jù)2號鉬電阻溫度計10測得的溫度信號輸出4V直流弱點信號控制氣體預(yù)熱裝置11的繼電控制器給氣體預(yù)熱裝置11提供220V交流強(qiáng)電加熱，人工智能溫度控制儀8的220V交流供電用導(dǎo)線與電源空氣開關(guān)輸出端導(dǎo)線連，溫度數(shù)字顯示儀表6、電力測量儀7、人工智能溫度控制儀8鑲嵌在電控箱9的控制面板上，交、直流調(diào)速離心風(fēng)機(jī)I的調(diào)速器、比熱計4的加熱功率調(diào)壓器、氣體預(yù)熱裝置11的繼電控制電控系統(tǒng)及其控制電路安裝在電控箱9內(nèi)部。
[0018]本實用新型工作原理為:通過調(diào)節(jié)交、直流調(diào)速離心風(fēng)機(jī)I的調(diào)速器，改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，獲得需要的風(fēng)量和風(fēng)壓。設(shè)定轉(zhuǎn)速后，將一定流量、一定壓力的氣體送入穩(wěn)壓罐12，氣體在穩(wěn)壓罐12中流動狀態(tài)經(jīng)過梳理，減小離心風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的風(fēng)壓波動，氣流通過旋進(jìn)旋渦氣體流量計3，被測氣體的流量、壓力和溫度均顯示在旋進(jìn)旋渦氣體流量計3的表頭視窗中，用于計算被測干空氣的質(zhì)量流量。氣體在進(jìn)入旋進(jìn)旋渦氣體流量計3之前，在穩(wěn)壓罐上部由溫濕度計2測定被測氣體的濕度。因為用旋進(jìn)漩渦氣體流量計3替換了現(xiàn)有測定儀使用的濕式流量計，使得被測氣體沒有被加濕，相對濕度很小。被測氣體經(jīng)過旋進(jìn)旋渦氣體流量計3計量后進(jìn)入氣體預(yù)熱裝置11，在氣體預(yù)熱裝置11內(nèi)部多層呈網(wǎng)格狀布置的電加熱絲將被測氣體均勻加熱到要測量比定壓熱容的溫度A (即比熱計入口溫度)，溫度由2號鉬電阻溫度計10測得，輸入到人工智能溫度控制儀8，加熱過程由人工智能溫度控制儀8和控制電路控制，被測氣體在比熱計出口溫度t2由I號鉬電阻溫度計5測得，數(shù)值顯示在溫度數(shù)字顯示儀表6視窗上，比熱計消耗功率由電力測量儀7測得，減去水份溫升消耗的熱量，利用公式:r _ Q
Cp—~r一~TT計算被測氣體比定壓熱容。[0019]本實用新型氣體比定壓熱容測定儀在比熱計入口之前將被測氣體加熱到要測的溫度(或接近要測的溫度)，比熱計消耗的加熱功率，只將被測氣體的溫度升高I~2K (或1°C)0這樣計算出的氣體比定壓熱容更精確到被測溫度點的氣體比定壓熱容，符合氣體比定壓熱容定義。而目前使用的氣體比定壓熱容測定儀被測氣體在進(jìn)入比熱計之前只能是室溫，比熱計前后的被測氣體溫差較大，不能準(zhǔn)確測定被測溫度點的氣體比定壓熱容，目前使用的氣體比定壓熱容測定儀中濕式流量計氣體流量測量精度很差，被測氣體經(jīng)過濕式流量計時含濕量大幅增加，當(dāng)加熱溫度超過100°C時必定會產(chǎn)生水蒸氣分壓，偏離理想氣體狀態(tài)，不符合氣體比定壓熱容定義。
[0020]例如:要測定氣體45°C時的比定壓熱容，目前使用的氣體比定壓熱容測定儀需要把被測氣體從室溫24.1°C通過比熱計加熱到出口端穩(wěn)定溫度66°C，測定的比熱計消耗電功率12.5W是將被測濕空氣溫度提高41.9°C所用的熱量。才能計算其平均溫度點45°C的平均比熱1.081J/(Kg.K)。實際中24.1°C~66°C區(qū)間的氣體比定壓熱容不是線性的。簡單的求和取平均值存在計算誤差。
[0021]本實用新型所述的一種氣體比定壓熱容測定儀則可以將被測氣體從室溫24.10C預(yù)先加熱到45°C，再進(jìn)入比熱計加熱到出口端穩(wěn)定溫度46.TC，測定的比熱計消耗電功率，1.365W是將被測空氣溫度提高1.1°C所用的熱量。符合定義要求。
[0022]目前使用的氣體比定壓熱容測定儀的實驗數(shù)據(jù)和本實用新型氣體比定壓熱容測定儀的實驗數(shù)據(jù)如下，其中表1為目前使用的氣體比定壓熱容測定儀的實驗數(shù)據(jù)，表2為本實用新型氣體比定壓熱容測定儀的實驗數(shù)據(jù):
[0023]表1
[0024]
【權(quán)利要求】
1.一種氣體比定壓熱容測定儀，包括溫濕度計(2)、比熱計(4)、1號鉬電阻溫度計(5)、2號鉬電阻溫度計(10)和溫度數(shù)字顯示儀表(6)，其特征在于:還包括交、直流調(diào)速離心風(fēng)機(jī)(I)、穩(wěn)壓罐(12)、旋進(jìn)漩渦氣體流量計(3)、氣體預(yù)熱裝置(11)、電力測量儀(7)、人工智能溫度控制儀(8)和電控箱(9)，交、直流調(diào)速離心風(fēng)機(jī)(I)的出風(fēng)口密閉插入穩(wěn)壓罐(12)的下部，溫濕度計(2)的傳感器部分密閉插入穩(wěn)壓罐(12)的頂部，旋進(jìn)漩渦氣體流量計(3)的進(jìn)風(fēng)口用法蘭與穩(wěn)壓罐(12 )上部的出風(fēng)口密閉連接，旋進(jìn)漩渦氣體流量計(3 )的出風(fēng)口用法蘭和氣體預(yù)熱裝置(11)上部的進(jìn)風(fēng)口密閉連接，比熱計(4 )的進(jìn)風(fēng)口與氣體預(yù)熱裝置(11)的出風(fēng)口密閉連接，2號鉬電阻溫度計(10)密閉插在氣體預(yù)熱裝置(11)出風(fēng)口與比熱計(4)進(jìn)風(fēng)口的結(jié)合部，I號鉬電阻溫度計(5)插入比熱計(4)的出風(fēng)口處，I號鉬電阻溫度計(5)與溫度數(shù)字顯示儀表(6)的用導(dǎo)線連接，2號鉬電阻溫度計(10)用導(dǎo)線與人工智能溫度控制儀(8)連接，溫度數(shù)字顯示儀表(6)、電力測量儀(7)和人工智能溫度控制儀(8)鑲嵌在電控箱9的控制面板上，交、直流調(diào)速離心風(fēng)機(jī)(I)的調(diào)速器、氣體預(yù)熱裝置(11)的繼電控制器和比熱計(4)的加熱功率調(diào)壓器及其控制電路安裝在電控箱(9)內(nèi)部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氣體比定壓熱容測定儀，其特征在于:氣體預(yù)熱裝置(11)為一個耐熱的罐體，采用非金屬耐熱材料制成，耐熱溫度為最高800°C，氣體預(yù)熱裝置(11)內(nèi)部裝有呈多層網(wǎng)狀布置的電加熱絲，電加熱絲的引出線連接氣體預(yù)熱裝置(11)的繼電控制器的強(qiáng)電輸出端，氣體預(yù)熱裝置(11)的繼電控制器的強(qiáng)電輸入端與電源空氣開關(guān)輸出端導(dǎo)線連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氣體比定壓熱容測定儀，其特征在于:交、直流調(diào)速離心風(fēng)機(jī)(I)的輸入端與電源空氣開關(guān)輸出端導(dǎo)線連接，交、直流調(diào)速離心風(fēng)機(jī)(I)的輸出端與交、直流調(diào)速離心風(fēng)機(jī)(I)的風(fēng)機(jī)電機(jī)連接，氣體預(yù)熱裝置(11)的繼電控制器的強(qiáng)電輸入端與電源空氣開關(guān)輸出端導(dǎo)線連接，氣體預(yù)熱裝置(11)的繼電控制器的強(qiáng)電輸出端與氣體預(yù)熱裝置(11)的電加熱引出線連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氣體比定壓熱容測定儀，其特征在于:1號鉬電阻溫度計(5)的輸出線與溫度數(shù)字顯示儀表(6)的溫度信號接入端導(dǎo)線連接，溫度數(shù)字顯示儀表(6)的220V交流供電端用與電源空氣開關(guān)輸出端導(dǎo)線連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氣體比定壓熱容測定儀，其特征在于:人工智能溫度控制儀(8)的弱電信號輸出端與氣體預(yù)熱裝置(11)的繼電控制器的弱電輸入端導(dǎo)線連接，2號鉬電阻溫度計(10)的輸出線接入人工智能溫度控制儀(8)的溫度信號輸入端子，人工智能溫度控制儀(8)的220V交流供電端用導(dǎo)線與電源空氣開關(guān)輸出端導(dǎo)線連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氣體比定壓熱容測定儀，其特征在于:比熱計(4)的電加熱導(dǎo)線和比熱計(4)的加熱功率調(diào)壓器的輸出端導(dǎo)線連接，比熱計(4)的加熱功率調(diào)壓器安裝在電控箱(9)內(nèi)部，比熱計(4)的加熱功率調(diào)壓器的輸入端與電源空氣開關(guān)輸出端導(dǎo)線連接，電力測量儀(7)測電流端與比熱計(4)的加熱功率調(diào)壓器的輸出端串聯(lián)，電力測量儀(7)測電壓端與比熱計(4)的加熱功率調(diào)壓器的輸出端并聯(lián)，電力測量儀(7)的220V交流供電端用導(dǎo)線從電源空氣開關(guān)輸出端引入。
【文檔編號】G01N25/20GK203705378SQ201420021882
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年1月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月14日
【發(fā)明者】矯振偉, 金英愛, 劉洋, 張群力, 李兆輝 申請人:吉林大學(xué)