CN113758964A - 一种气体定压比热测试仪 - Google Patents

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黄敏超
张静
胡小平
李铁
张浩然
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Abstract

本发明公开一种气体定压比热测试仪，包括比热仪，比热仪利用气体输送管路与外部气源相连通，气体输送管路上设置有减压阀和截止阀，减压阀靠近外部气源设置；比热仪包括外壳和内壳，内壳与外壳之间具有间隙，内壳和外壳均由聚四氟乙烯材质制成；比热仪具有气体入口和气体出口，气体入口和气体出口均与内壳的腔体相连通，气体输送管路与气体入口相连通，比热仪内设置加热管和均流网，加热管靠近气体入口设置，均流网靠近气体出口设置；气体入口和气体出口处均设置压力传感器和温度传感器。本发明利用减压阀控制实验时待测气体的压力，同时，比热仪包括内壳和外壳，减少了热损失，内壳和外壳均由聚四氟乙烯材质制成，提高了实验安全系数。

Description

一种气体定压比热测试仪
技术领域
本发明涉及气体定压比热测试设备及其周边配套设施技术领域，特别是涉及一种气体定压比热测试仪。
背景技术
气体定压比热指在压强不变情况下，单位质量的气体温度升高1K所需吸收的热量，它是仅与气体状态有关的热力学参数。现有技术中，测试气体定压比热值的实验装置，包括风机、气体流量计、比热仪、U型压力计、调节阀、温度计、支架及功率表。
实验前，通过调节阀调节实验时所需空气流量大小，然后风机将空气送入气体流量计，气体流量计记录流入空气的流量，气体流量计上的温度计和U型压力计分别测气体流量计内的温度和压力。空气从气体流量计流出时，用干湿球测气体流量计出口处空气的干湿温度，气体流量计内的空气进入由支架支撑的比热仪后，通过观察功率表的读数，逐渐提高电热器功率，使比热仪出口温度升高至实验预计温度，空气在比热仪中经加热、均流、旋流、混流后，由冷空气变为热空气流出比热仪。
目前测试气体定压比热值的实验装置，由风机经气体流量计将空气送入比热仪。比热仪是气体定压比热测试的主体，它由内壁镀银的多层杜瓦瓶和有机玻璃罩组成，因为在实验过程中会有压力和高温的产生，所以容易引起比热仪炸裂，实验安全性不高。而且，采用干、湿球仪测空气在气体流量计出口处的温度或温度计记录比热仪进、出口空气的温度，受环境影响存在一定的误差。
因此，如何改变现有技术中，测试气体定压比热的装置实验安全性以及实验结果精确度不佳的现状，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种气体定压比热测试仪，以解决上述现有技术存在的问题，提高气体定压比热测试的实验安全性和测试结果精确度。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种气体定压比热测试仪，包括：
比热仪，所述比热仪利用气体输送管路与外部气源相连通，所述气体输送管路上设置有减压阀和截止阀，所述减压阀靠近外部气源设置；
所述比热仪包括外壳和内壳，所述外壳套装于所述内壳的外部，所述内壳与所述外壳之间具有间隙，所述内壳和所述外壳均由聚四氟乙烯材质制成；
所述比热仪具有气体入口和气体出口，所述气体入口和所述气体出口均与所述内壳的腔体相连通，所述气体输送管路与所述气体入口相连通，所述比热仪内设置加热管和均流网，所述加热管靠近所述气体入口设置，所述均流网靠近所述气体出口设置；
所述气体入口和所述气体出口处均设置压力传感器和温度传感器。
优选地，所述的气体定压比热测试仪还包括气体输送总管路，所述气体输送管路利用所述气体输送总管路与所述气体入口相连通。
优选地，所述气体输送总管路上设置有质量流量控制器，所述质量流量控制器与所述气体入口之间还设置安全阀。
优选地，所述气体输送管路的数量为两条，两条所述气体输送管路分别与所述气体输送总管路相连通。
优选地，所述气体输送管路远离所述比热仪的一端连接有气瓶。
优选地，所述的气体定压比热测试仪还包括控制器，所述控制器包括温控器、电位计、功率表和无纸记录仪，所述温控器和所述功率表均与所述比热仪相连，所述电位计与所述质量流量控制器相连，所述压力传感器和所述温度传感器均与所述控制器相连。
优选地，所述加热管自所述气体入口一侧朝向所述气体出口方向延伸，所述加热管与所述均流网之间具有间隙，且所述均流网与所述气体出口之间具有间隙。
优选地，所述均流网连接有均流支架，所述均流支架的一端与所述内壳相连，所述均流支架的另一端与所述均流网相连。
优选地，所述均流支架为柱状结构，所述均流支架的数量为多根，多根所述均流支架绕所述内壳的轴线周向均布。
优选地，所述均流网垂直于所述内壳的轴线设置并将所述内壳的腔体分为两部分，所述气体入口和所述气体出口分别位于所述均流网的两侧。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：本发明的气体定压比热测试仪，包括比热仪，比热仪利用气体输送管路与外部气源相连通，气体输送管路上设置有减压阀和截止阀，减压阀靠近外部气源设置；比热仪包括外壳和内壳，外壳套装于内壳的外部，内壳与外壳之间具有间隙，内壳和外壳均由聚四氟乙烯材质制成；比热仪具有气体入口和气体出口，气体入口和气体出口均与内壳的腔体相连通，气体输送管路与气体入口相连通，比热仪内设置加热管和均流网，加热管靠近气体入口设置，均流网靠近气体出口设置；气体入口和气体出口处均设置压力传感器和温度传感器。
本发明的气体定压比热测试仪工作时，待测气体经由气体输送管路输送至比热仪中，减压阀能够调节气体压力，对待测气体进行减压，截止阀能够控制待测气体的流通，待测气体由气体入口进入比热仪后，经加热管加热后，再经均流网均流后，气体由气体出口流出，比热仪的气体入口和气体出口处均设置压力传感器和温度传感器，能够监测并收集试验数据，从而计算一定温度条件下待测气体的定压比热值。本发明的气体定压比热测试仪，利用减压阀控制实验时待测气体的压力，同时，在比热仪的气体入口和气体出口均设置压力传感器和温度传感器，提高了实验数据准确度，提高测试结果精确度；另外，比热仪包括内壳和外壳，减少了比热仪内部与外部环境的热量交换，减少了热损失，内壳和外壳均由聚四氟乙烯材质制成，提高了实验安全系数。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的气体定压比热测试仪的结构示意图；
图2为本发明的气体定压比热测试仪的主视结构示意图；
图3为本发明的气体定压比热测试仪的侧视结构示意图；
图4为本发明的气体定压比热测试仪的比热仪的剖切结构示意图。
其中，1为比热仪，101为外壳，102为内壳，103为气体入口，104为气体出口，105为加热管，106为均流网，107为均流支架，2为气体输送管路，3为减压阀，4为截止阀，5为压力传感器，6为温度传感器，7为气体输送总管路，8为气瓶，9为质量流量控制器，10为安全阀，11为控制器，1101为温控器，1102为电位计，1103为功率表，1104为无纸记录仪，12为机架。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种气体定压比热测试仪，以解决上述现有技术存在的问题，提高气体定压比热测试的实验安全性和测试结果精确度。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
请参考图1-4，其中，图1为本发明的气体定压比热测试仪的结构示意图，图2为本发明的气体定压比热测试仪的主视结构示意图，图3为本发明的气体定压比热测试仪的侧视结构示意图，图4为本发明的气体定压比热测试仪的比热仪的剖切结构示意图。
本发明提供一种气体定压比热测试仪，包括比热仪1，比热仪1利用气体输送管路2与外部气源相连通，气体输送管路2上设置有减压阀3和截止阀4，减压阀3靠近外部气源设置；比热仪1包括外壳101和内壳102，外壳101套装于内壳102的外部，内壳102与外壳101之间具有间隙，内壳102和外壳101均由聚四氟乙烯材质制成；比热仪1具有气体入口103和气体出口104，气体入口103和气体出口104均与内壳102的腔体相连通，气体输送管路2与气体入口103相连通，比热仪1内设置加热管105和均流网106，加热管105靠近气体入口103设置，均流网106靠近气体出口104设置；气体入口103和气体出口104处均设置压力传感器5和温度传感器6。
本发明的气体定压比热测试仪工作时，待测气体经由气体输送管路2输送至比热仪1中，减压阀3能够调节气体压力，对待测气体进行减压，截止阀4能够控制待测气体的流通，待测气体由气体入口103进入比热仪1后，经加热管105加热后，再经均流网106均流后，气体由气体出口104流出，比热仪1的气体入口103和气体出口104处均设置压力传感器5和温度传感器6，能够监测并收集试验数据，从而计算一定温度条件下待测气体的定压比热值。本发明的气体定压比热测试仪，利用减压阀3控制实验时待测气体的压力，同时，在比热仪1的气体入口103和气体出口104均设置压力传感器5和温度传感器6，提高了实验数据准确度，提高测试结果精确度；另外，比热仪1包括内壳102和外壳101，减少了比热仪1内部与外部环境的热量交换，减少了热损失，内壳102和外壳101均由聚四氟乙烯材质制成，具有优良的化学稳定性、耐腐蚀性、密封性、高润滑不粘性、电绝缘性和良好的抗老化耐力，提高了实验安全系数。
在本具体实施方式中，气体定压比热测试仪还包括气体输送总管路7，气体输送管路2利用气体输送总管路7与气体入口103相连通，设置气体输送管路2和气体输送总管路7，方便控制连接阀体以及管路维护检修。气体输送管路2远离比热仪1的一端连接有气瓶8，气瓶8能够存储待测气体，方便实验操作。
为了便于控制气体流量，气体输送总管路7上设置有质量流量控制器9，质量流量控制器9与气体入口103之间还设置安全阀10，在气流压力或比热仪1内压力过高时，安全阀10能够释放气体减压，有效保护比热仪1，提高实验安全系数。
除此之外，气体定压比热测试仪还包括控制器11，控制器11包括温控器1101、电位计1102、功率表1103和无纸记录仪1104，温控器1101和功率表1103均与比热仪1相连，温控器1101能够监测比热仪1内的温度，功率表1103能够监测比热仪1内加热管105的加热功率，电位计1102与质量流量控制器9相连，压力传感器5和温度传感器6均与控制器11相连，便于无纸记录仪1104记录实验数据。
在本具体实施方式中，气体输送管路2的数量为两条，两条气体输送管路2分别与气体输送总管路7相连通，其中一条气体输送管路2与压缩空气相连通，另一条气体输送管路2与惰性气体相连通，使得装置能够分别对两种待测气体进行测试，在本发明的其他具体实施方式中，可根据实验需求，通过更换装有不同气体的气瓶，可测不同气体的定压比热值，提高操作便捷性，本具体实施方式对压缩空气和惰性气体进行测试，具体测试过程如下：
实验介质为压缩空气时。空压机里的压缩空气从气体输送管路2，经减压阀3减压后，流经打开的截止阀4，通过电位计1102控制质量流量控制器9的开度控制来流压缩空气流量，压缩空气然后经过压力传感器5和温度传感器6从气体入口103进入比热仪1内，经比热仪1内的加热管105加热后的压缩空气，再通过均流网106均流后，经温度传感器6和压力传感器5后，压缩空气由气体出口104流出。实验完毕后，根据无纸记录仪1104记录的实验数据，计算该温度条件下压缩空气的定压比热值。在进行不同温度下压缩空气的定压比热值计算时，可通过温控器1101控制加热管105的加热功率改变压缩空气的温度，重复上述步骤，计算不同温度下的压缩空气的定压比热值。
实验介质为惰性气体时。气瓶8中的惰性气体进入气体输送管路2，经减压阀3减压后，流经打开的截止阀4，通过电位计1102控制质量流量控制器9的开度控制来流惰性气体流量，惰性气体然后经过压力传感器5和温度传感器6从气体入口103进入比热仪1内，经比热仪1内的加热管105加热后的惰性气体，再通过均流网106均流后，经温度传感器6和压力传感器5后，惰性气体由气体出口104流出。实验完毕后，根据无纸记录仪1104记录的实验数据，计算惰性气体的定压比热值。在进行不同温度下惰性气体的定压比热值计算时，可通过温控器1101控制加热管105的加热功率改变惰性气体的温度，重复上述步骤，计算不同温度下的惰性气体的定压比热值。
具体地，气体的定压比热值的计算方法如下：
Figure BDA0003249489970000061
根据公式：
Q＝Wt (2)
由式(1)和式(2)得，气体定压比热值的计算公式可写为：
Figure BDA0003249489970000071
即：
Figure BDA0003249489970000072
其中，C-比热容(即比热值)；Q-流量；
Figure BDA0003249489970000073
-气体质量流量；t2-比热仪1气体出口104温度；t1-比热仪1气体入口103温度；W-比热仪1内电加热功率。
此处需要说明的是，待测气体为惰性气体和压缩空气时，气体中基本无水分，不再计算气体的干、湿温度，计算气体定压比热值的方法更简单，操作便捷。
更具体地，加热管105自气体入口103一侧朝向气体出口104方向延伸，对进入比热仪1的气体进行加热，加热管105的延伸方向与气体流通方向相一致，提高加热效率，确保气体被顺利加热；加热管105与均流网106之间具有间隙，且均流网106与气体出口104之间具有间隙，加热后的气体流动到均流网106处，经均流网106均流后，由气体出口104流出。
还需说明的是，均流网106连接有均流支架107，均流支架107的一端与内壳102相连，均流支架107的另一端与均流网106相连，均流支架107能够支撑均流网106，提高均流网106的稳定性。
在本具体实施方式中，均流支架107为柱状结构，避免均流支架107影响气体顺利流动，均流支架107的数量为多根，多根均流支架107绕内壳102的轴线周向均布，提高均流网106的受力均匀性。
另外，均流网106垂直于内壳102的轴线设置并将内壳102的腔体分为两部分，气体入口103和气体出口104分别位于均流网106的两侧，均流网106采用均匀孔状结构，使得比热仪1内的加热后气体混合后，气体温度更加均匀；在实际操作中，还可以根据实际需要调整均流网106与内壳102的轴线之间的角度，以调整均流网106与气流的接触面积，提高装置的灵活适应性。
还需说明的是，在本发明的其他具体实施方式中，还可以设置机架12，用于承托比热仪1以及其他部件，提高装置的稳定性，同时为实验操作提供便利条件。
本发明的气体定压比热测试仪，利用减压阀3控制实验时待测气体的压力，同时，在比热仪1的气体入口103和气体出口104均设置压力传感器5和温度传感器6，提高了实验数据准确度，提高测试结果精确度；另外，比热仪1包括内壳102和外壳101，增强保温效果，减少了比热仪1内部与外部环境的热量交换，减少了热损失，内壳102和外壳101均由聚四氟乙烯材质制成，提高了实验安全系数。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种气体定压比热测试仪，其特征在于，包括：
比热仪，所述比热仪利用气体输送管路与外部气源相连通，所述气体输送管路上设置有减压阀和截止阀，所述减压阀靠近外部气源设置；
所述比热仪包括外壳和内壳，所述外壳套装于所述内壳的外部，所述内壳与所述外壳之间具有间隙，所述内壳和所述外壳均由聚四氟乙烯材质制成；
所述比热仪具有气体入口和气体出口，所述气体入口和所述气体出口均与所述内壳的腔体相连通，所述气体输送管路与所述气体入口相连通，所述比热仪内设置加热管和均流网，所述加热管靠近所述气体入口设置，所述均流网靠近所述气体出口设置；
所述气体入口和所述气体出口处均设置压力传感器和温度传感器。
2.根据权利要求1所述的气体定压比热测试仪，其特征在于：还包括气体输送总管路，所述气体输送管路利用所述气体输送总管路与所述气体入口相连通。
3.根据权利要求2所述的气体定压比热测试仪，其特征在于：所述气体输送总管路上设置有质量流量控制器，所述质量流量控制器与所述气体入口之间还设置安全阀。
4.根据权利要求2所述的气体定压比热测试仪，其特征在于：所述气体输送管路的数量为两条，两条所述气体输送管路分别与所述气体输送总管路相连通。
5.根据权利要求4所述的气体定压比热测试仪，其特征在于：所述气体输送管路远离所述比热仪的一端连接有气瓶。
6.根据权利要求3所述的气体定压比热测试仪，其特征在于：还包括控制器，所述控制器包括温控器、电位计、功率表和无纸记录仪，所述温控器和所述功率表均与所述比热仪相连，所述电位计与所述质量流量控制器相连，所述压力传感器和所述温度传感器均与所述控制器相连。
7.根据权利要求1所述的气体定压比热测试仪，其特征在于：所述加热管自所述气体入口一侧朝向所述气体出口方向延伸，所述加热管与所述均流网之间具有间隙，且所述均流网与所述气体出口之间具有间隙。
8.根据权利要求7所述的气体定压比热测试仪，其特征在于：所述均流网连接有均流支架，所述均流支架的一端与所述内壳相连，所述均流支架的另一端与所述均流网相连。
9.根据权利要求8所述的气体定压比热测试仪，其特征在于：所述均流支架为柱状结构，所述均流支架的数量为多根，多根所述均流支架绕所述内壳的轴线周向均布。
10.根据权利要求1-9任一项所述的气体定压比热测试仪，其特征在于：所述均流网垂直于所述内壳的轴线设置并将所述内壳的腔体分为两部分，所述气体入口和所述气体出口分别位于所述均流网的两侧。
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