气体比热容比智能测试仪及测试方法
【技术领域】：
[0001] 本发明涉及一种气体比热容比的测试方法，该方法可用于实验室进行气体比热容 比测定，该方法可以有效避免人为判断所带来的误差，并便于时刻记录数据能够更直观的 反映出热学过程，加深实验者的理解。
【背景技术】：
[0002] 空气的比热容比y又称气体的绝热指数，是空气的定压比热容与定容比热容的 比值。它是一个重要的热力学常量，在热力学理论及工程技术的实际应用中起着重要的作 用，例如声音在空气中的传播速度以及热机的循环效率都与Y有关。此外，测定Y值在研 宄气体系统的内能，气体分子的热运动以及分子内部的运动等方面都有着重大的作用。目 前在普通物理实验中常用测量y的方法有振动法和绝热膨胀法，这些传统的测量方法在 实验过程中操作较为繁琐，而且不利于学生对于物理现象的直观理解。
【发明内容】
：
[0003] 本发明提供一种气体比热容比智能测试仪。
[0004] 本发明另一目的是提供一种采用上述测试仪进行气体比热容比的测试方法。
[0005] 本发明的具体技术方案如下：
[0006] 气体比热容比智能测试仪，包括气单元，控制单元和注气单元（注射器），其中 贮气单元包括贮气瓶（玻璃瓶），密封塞（橡皮塞）和导气管；控制单元包括差压传感器 (风压变送器），温度传感器（PT1000温度传感器），数据采集单元（NET0724以太网数据采 集卡），工控终端（集成有以太网控制器，串口，SD卡控制器，USB Host控制器），触摸屏，电 磁阀及电磁阀控制电路和电源模块；密封塞安装在贮气瓶上口，差压传感器和温度传感器 的信号采集端分别插装于贮气瓶中，信号输出端分别与数据采集单元连接，数据采集单元 与工控终端连接，该贮气瓶的密封塞上设有电磁阀（用于控制进出气），电磁阀经电磁阀控 制电路与数据采集卡D0输出口连接。
[0007] 电磁阀控制电路包括继电器、三级管、电阻、电容和二极管。
[0008] 本发明中：
[0009] 数据采集单元：选取NET0724以太网数据采集卡。该数据采集卡配置有8个光电隔 离DI (数字输入开关量），8个光电隔离D0 (数字输出开关量）；24位AD转换器；量程0-5V。
[0010] 工控终端：集成有以太网控制器，串口，SD卡控制器，USB Host控制器，内建 Windows CE操作系统；
[0011] 触摸屏采用电容式触摸屏（ZCC-1943V1)，定点触摸不抖动，精度高；物理分辨率： 800X480,6. 5 万色。
[0012] 温度传感器选用的是PT1000铂电阻温度传感器，它的温度测量灵敏度高，线性 好，测量范围〇~50°c。
[0013]差压传感器选用风压变送器（CYH-130)，其灵敏度高、精度高、抗过载能力强，长期 稳定可靠。
[0014]电源模块包括自制24V直流稳压源和24/5V开关电源（R1D-50B)，其中24V直流稳 压源为差压传感器和温度传感器供电；24/5V开关电源为电磁阀和继电器供电。
[0015] 电磁阀控制电路如图4,数据采集卡D0输出端输出一个3. 3V的高电平后，经电阻 R1、二极管D1、电容C1后使三极管Q1导通，继电器RL1上电吸合，导通电磁阀回路，电磁阀 打开。当D0输出端输出低电平时，三极管无压降不导通，继电器不通电，处于常闭状态，电 磁阀回路断开，电磁阀关闭。
[0016] 本发明气体比热容比的测试方法，测试过程步骤如下：
[0017] 1)、系统上电，启动气体比热容比测试仪；
[0018] 2)、在工控终端上运行实验程序，电磁阀打开，贮气瓶内气体与外界大气相通，由 注气单元将常温常压下的待测气体（匕，!；）通过电磁阀上导气管注入至容积为％的贮气瓶 内；如果待测气体不为空气，需抽真空后注气；注入完毕后电磁阀将自动关闭，此时贮气瓶 内气体状态为I(Pi，，断开注气单元与导气管，准备放气；；
[0019]3)、然后，贮气瓶内气体开始经历等容放热过程，采样贮气瓶内气体温度与外界大 气的差压，待贮气瓶内气体温度降至室温L并稳定后，记录贮气瓶内气体压力与外界大气 压的差值AP2，此时贮气内气体为等容放热到状态II(P2,I；，VD;
[0020] 4)、电磁阀打开，贮气瓶与外界大气相通经历绝热膨胀过程，随后电磁阀瞬间迅速 关闭，此时贮气内气体为绝热膨胀到状态III(Pvt2,v2);
[0021] 5)、贮气瓶内气体进入等容升温过程，采样贮气瓶内温度和与外界大气压的差压， 待贮气瓶内气体温度回升至室温L并稳定后，记录贮气瓶内气体压力与外界大气压的差值 ap3，此时贮气内气体为等容升温到状态IV(P3,I；，v2);
[0022] 6)、由以下公式计算待测气体的比热容比Y，
[0023] 绝热膨胀过程，满足理想气体绝热方程
【主权项】
1. 气体比热容比智能测试仪，其特征是；包括贬气单元，控制单元和注气单元，其中贬 气单元包括贬气瓶，密封塞和导气管；注气单元经导气管与贬气瓶连通，控制单元包括差压 传感器，温度传感器，数据采集单元，工控终端，触摸屏，电磁阀及电磁阀控制电路和电源模 块；密封塞安装在贬气瓶上口，差压传感器和温度传感器的信号采集端分别插装于贬气瓶 中，信号输出端分别与数据采集单元连接，数据采集单元与工控终端连接，该贬气瓶的密封 塞上设置电磁阀，电磁阀经电磁阀控制电路与数据采集卡连接。
2. 采用权利要求1测试仪进行气体比热容比的测试方法，该方法包括如下步骤： 1) 、系统上电，启动气体比热容比测试仪； 2) 、在工控终端上运行实验程序，电磁阀打开，贬气瓶内气体与外界大气相通，由注气 单元将常温常压下的待测气体（P。，T。）通过电磁阀上导气管注入至容积为Vi的贬气瓶内； 如果待测气体不为空气，需抽真空后注气；注入完毕后电磁阀将自动关闭，此时贬气瓶内气 体状态为I(Pi，Ti，Vi);断开注气单元与导气管，准备放气； 3) 、然后，贬气瓶内气体开始经历等容放热过程，采样贬气瓶内气体温度与外界大气的 差压，待贬气瓶内气体温度降至室温T。并稳定后，记录贬气瓶内气体压力与外界大气压的 差值AP2,此时贬气内气体为等容放热到状态11化，T。，Vi); 4) 、电磁阀打开，贬气瓶与外界大气相通经历绝热膨胀过程，随后电磁阀瞬间迅速关 闭，此时贬气内气体为绝热膨胀到状态III(P。，T2,V2); 5) 、贬气瓶内气体进入等容升温过程，采样贬气瓶内温度和与外界大气压的差压，待 贬气瓶内气体温度回升至室温T。并稳定后，记录贬气瓶内气体压力与外界大气压的差值 APs，此时贬气内气体为等容升温到状态IV(P3,T。，V2); 6)、由W下公式计算待测气体的比热容比丫，
令AP2=P2-P。，AP3=P3-P0， 当AP2<<P。，AP2-AP3<<P。时， 整理可得丫 =AP2/(AP2-AP3) 由此测出贬气瓶内气体在绝热膨胀前与大气压的差压AP,，及放气后经等容吸热回升 至室温时的差压APs，即而计算出待测气体的比热容比丫。
3. 根据权利要求2所述测试方法，其特征是；该方法还包括W下步骤：测试过程中，温 度和压力的采样周期均为0. 5-2. 0次/秒，采样得到的温度和压差值，实时显示在液晶屏 上。
4.根据权利要求2所述测试方法，其特征是；该方法还包括W下步骤；测试过程中，W 采样时间为横作标，采样温度为纵作标，生成温度曲线图；W采样时间为横作标，采样差压 为纵作标，生成差压曲线图；W及由采样温度为横作标，采样差压为纵作标，生成温度与差 压合成图。
5.根据权利要求4所述测试方法，其特征是；该方法还包括W下步骤：利用步骤3)时 段生成的温度曲线，对采样时间连续求导，当导数值连续多次为0时，表示此时温度达到环 境温度；并将其后1-5分钟内所采集的差压取平均值，作为当前状态的差压值，并显示的液 晶屏上。
6. 根据权利要求2所述测试方法，其特征是；该方法还包括W下步骤：步骤3)结束后， 系统向数据采集单元的DO输出端输出一个高电平；电磁阀控制电路中S极管导通，继电器 通电吸合打开电磁阀，然后自动关闭电磁阀；实验结束后，仪器将自动与外界通气一段时 间，方便下次使用。
【专利摘要】本发明提供一种气体比热容比智能测试仪及测试方法，该测试仪包括贮气单元，控制单元和注气单元，其中贮气单元包括贮气瓶，密封塞和导气管；控制单元包括差压传感器，温度传感器，数据采集单元，工控终端，触摸屏，电磁阀及电磁阀控制电路和电源模块；密封塞安装在贮气瓶上口，差压传感器和温度传感器的信号采集端分别插装于贮气瓶中，信号输出端分别与数据采集单元连接，数据采集单元与工控终端连接，该贮气瓶的密封塞上设置电磁阀，电磁阀经电磁阀控制电路与数据采集卡连接。本发明结合传感器测量技术对传统的绝热膨胀法进行改进，进行 值的测量。可以有效避免人为判断所带来的误差，时刻记录数据能够更直观的反映出热学过程，加深实验者的理解。
【IPC分类】G01N25-20
【公开号】CN104849309
【申请号】CN201510271994
【发明人】顾大伟, 张凯宇, 蔡志明, 范艾杰, 卢杰, 葛旭
【申请人】南京工业大学
【公开日】2015年8月19日
【申请日】2015年5月25日