CN203705378U - 一种气体比定压热容测定仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种气体比定压热容测定仪，旨在解决现有技术存在的测量气体比定压热容不准确、测定结果误差较大的技术问题，所述的一种气体比定压热容测定仪包括温湿度计（2）、比热计（4）、铂电阻温度计（5）、温度数字显示仪表（6）、铂电阻温度计（10），其特征在于还包括交、直流调速离心风机（1）、稳压罐（12）、旋进漩涡气体流量计（3）、气体预热装置（11）、电力测量仪（7）、人工智能温度控制仪（8）、电控箱（9），本实用新型所述的一种气体比定压热容测定仪测出的气体比定压热容可精确到被测温度点的气体比定压热容，同时被测气体不被加湿，湿度大大降低，高温测量时不会产生较大的水蒸气分压，测定结果精确。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种工程热力学实验仪器，具体涉及一种基于工程热力学能量守恒定律来精确测定常压下气体流动状态中的气体比定压热容的实验仪器。
背景技术
气体比定压热容测定仪是一种用来测定气体比定压热容的仪器。由工程热力学中关于比定压热容的定义可知，定压力下，1Kg物质在某一温度下温度升高（或降低）1K（或1℃）所吸收（或放出）的热量，单位为J/(Kg·K)，称为该物质在这一温度点的比定压热容。同一物质在不同温度下比定压热容是不同的，且非线性的。现在使用的气体比定压热容测定仪测量的气体进入比热计的温度是室温t1，与气体流出比热计的温度t2温差较大，计算得出的气体比定压热容是平均温度t平均的值计算过程中所用电功率P是将湿空气从室温t1提高到比热计的出口温度t2所消耗的电功率P（这里认为所消耗的电功率P全部转变成用于加热湿空气的热量Q），由于加热温差范围较大，平均值与极限值的误差较大。
现在使用的气体比定压热容测定仪采用湿式气体流量计，气体流量测量不精确。被测气体流过后相对湿度大于95%，含湿量很大从而影响测量精度。当要测量大于100℃以上温度的气体比定压热容时，过多的水分达到沸点会产生较大的水蒸气分压，不符合理想气体比定压热容的定义。
实用新型内容
本实用新型旨在解决现有技术存在的测量气体比定压热容不准确、测定结果误差较大的技术问题，提供了一种精确测量气体比定压热容的测定仪，
为解决上述技术问题，本实用新型是采用如下技术方案实现的：本实用新型所述的一种气体比定压热容测定仪，包括温湿度计、比热计、1号铂电阻温度计、2号铂电阻温度计和温度数字显示仪表、其特征在于还包括交、直流调速离心风机、稳压罐、旋进漩涡气体流量计、气体预热装置、电力测量仪、人工智能温度控制仪和电控箱，交、直流调速离心风机的出风口密闭插入稳压罐的下部，温湿度计的传感器部分密闭插入稳压罐的顶部，旋进漩涡气体流量计的进风口用法兰与稳压罐上部的出风口密闭连接，旋进漩涡气体流量计的出风口用法兰和气体预热装置上部的进风口密闭连接，比热计的进风口与气体预热装置的出风口密闭连接，2号铂电阻温度计密闭插在气体预热装置出风口与比热计进风口的结合部，1号铂电阻温度计插入比热计的出风口处，1号铂电阻温度计的输出线连接在温度数字显示仪表的温度信号接入端子，温度数字显示仪表的220V交流供电端用导线与电源空气开关输出端导线连接，2号铂电阻温度计的输出线与人工智能温度控制仪的温度信号输入端导线连接，人工智能温度控制仪的220V交流供电端用导线与电源空气开关输出端导线连接，温度数字显示仪表、电力测量仪和人工智能温度控制仪镶嵌在电控箱的控制面板上，交、直流调速离心风机的调速器、气体预热装置的继电控制器和比热计的加热功率调压器及其控制电路安装在电控箱内部，气体预热装置为一个耐热的罐体，采用非金属耐热材料制成，耐热温度为最高800℃，气体预热装置内部装有呈多层网状布置的电加热丝，电加热丝的引出线连接气体预热装置的继电控制器的强电输出端，气体预热装置的继电控制器的强电输入端与电源空气开关输出端导线连接，人工智能温度控制仪的弱电信号输出端与气体预热装置的继电控制器的弱电输入端导线连接，比热计的电加热导线和比热计的加热功率调压器的输出端导线连接，比热计的加热功率调压器安装在电控箱内部，比热计的加热功率调压器的输入端从电源空气开关输出端导线连接，电力测量仪的测电流端与比热计的加热功率调压器的输出端串联，电力测量仪的测电压端与比热计的加热功率调压器的输出端并联，电力测量仪的220V交流供电端用导线与电源空气开关输出端连接。
与现有技术相比本实用新型的有益效果是：
1.在比热计入口之前增加能够程序控制温度的气体预热装置，使被测气体在进入比热计之前加热到要测的温度（或接近要测的温度），气体在比热计出口与入口的温差控制在1～2K（或1℃）。这样比热计消耗的加热功率，计算出的气体比定压热容更精确到被测温度点的气体比定压热容。
2.采用旋进漩涡气体流量计替代湿式气体流量计，被测气体流量测量精度更加精确。同时被测气体不被加湿，湿度大大降低，高温测量时不会产生较大的水蒸气分压，满足理想气体要求。
3.在风机与流量计之间增加一稳压罐，消除由风机产生的风压周期性波动，风压测定更加平稳。
附图说明
下面结合附图对本实用新型作进一步的说明：
图1为本实用新型所述的一种气体比定压热容测定仪的结构简图。
图2为使用现有实验仪器测得的空气比定压热容的实验数据曲线图。
图3为使用本实用新型所述的一种气体比定压热容测定仪测得的空气比定压热容的实验数据曲线图。
图中：1、交、直流调速离心风机，2、温湿度计，3、旋进漩涡气体流量计，4、比热计，5、1号铂电阻温度计，6、温度数字显示仪表，7、电力测量仪，8、人工智能温度控制仪，9、电控箱，10、2号铂电阻温度计，11、气体预热装置，12、稳压罐。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作详细的描述：
参照附图1，交、直流调速离心风机1为台州高工电气有限公司的产品，通过调节交、直流调速离心风机1的调速器，改变电机转速，获得需要的风量和风压。温湿度计2型号为testo 625，旋进漩涡气体流量计3型号为LUXB---DN15、温度数字显示仪表6型号为AI501、电力测量仪7型号为AI601、人工智能温度控制仪8型号为AI518P，1号铂电阻温度计5和2号铂电阻温度计10型号均为PT100，稳压罐12为有一定容积的罐体，采用PVT材质，空气温度为室温，容积4.86L，用来疏理气流流动形态，稳定气压波动，气体预热装置11是一个耐热的罐体，采用耐火水泥制成，可经受800℃以下高温，内部装有电加热丝，电加热丝呈多层网状布置，被测气体在气体预热装置11内层流流过，均匀加热到要求温度。
交、直流调速离心风机1的出风口密闭插入稳压罐12的下部，温湿度计2的传感器部分密闭插入稳压罐12的顶部，旋进漩涡气体流量计3的进风口用法兰与稳压罐12上部的出风口密闭连接，旋进漩涡气体流量计3的出风口用法兰和气体预热装置11上部的进风口密闭连接，比热计4的进风口与气体预热装置11的出风口密闭连接，2号铂电阻温度计10密闭插在气体预热装置11出风口与比热计4进风口的结合部，1号铂电阻温度计5插入比热计4的出风口处，1号铂电阻温度计5的输出线连接在温度数字显示仪表6的温度信号接入端子，温度数字显示仪表6的220V交流供电用导线与电源空气开关输出端导线连接。比热计4的电加热导线接在比热计4的加热功率调压器的输出端，比热计4的加热功率调压器安装在电控箱9内部，比热计4的加热功率调压器的输入端从电源空气开关输出端导线连接，通过调节比热计4的加热功率调压器输出电压改变比热计4的电加热功率，电力测量仪7的测电流端与加热功率调压器的输出端串联，电力测量仪7测电压端与加热功率调压器的输出端并联，测量比热计4的电加热功率，电力测量仪7的220V交流供电端用导线与电源空气开关输出端导线连，气体预热装置11的升温控制系统安装在电控箱9内部，气体预热装置11的继电控制器的强电输入端与电源空气开关输出端导线连接，气体预热装置11的继电控制器的强电输出端与气体预热装置11的电加热丝通过导线连接，继电控制程序受来自人工智能温度控制仪8的弱电信号控制，人工智能温度控制仪8的弱电信号输出端与气体预热装置11的继电控制器的弱电输入端导线连接，2号铂电阻温度计10的输出线与人工智能温度控制仪8的温度信号输入端导线连接，人工智能温度控制仪8根据2号铂电阻温度计10测得的温度信号输出4V直流弱点信号控制气体预热装置11的继电控制器给气体预热装置11提供220V交流强电加热，人工智能温度控制仪8的220V交流供电用导线与电源空气开关输出端导线连，温度数字显示仪表6、电力测量仪7、人工智能温度控制仪8镶嵌在电控箱9的控制面板上，交、直流调速离心风机1的调速器、比热计4的加热功率调压器、气体预热装置11的继电控制电控系统及其控制电路安装在电控箱9内部。
本实用新型工作原理为：通过调节交、直流调速离心风机1的调速器，改变电机转速，获得需要的风量和风压。设定转速后，将一定流量、一定压力的气体送入稳压罐12，气体在稳压罐12中流动状态经过梳理，减小离心风机产生的风压波动，气流通过旋进旋涡气体流量计3，被测气体的流量、压力和温度均显示在旋进旋涡气体流量计3的表头视窗中，用于计算被测干空气的质量流量。气体在进入旋进旋涡气体流量计3之前，在稳压罐上部由温湿度计2测定被测气体的湿度。因为用旋进漩涡气体流量计3替换了现有测定仪使用的湿式流量计，使得被测气体没有被加湿，相对湿度很小。被测气体经过旋进旋涡气体流量计3计量后进入气体预热装置11，在气体预热装置11内部多层呈网格状布置的电加热丝将被测气体均匀加热到要测量比定压热容的温度t1（即比热计入口温度），温度由2号铂电阻温度计10测得，输入到人工智能温度控制仪8，加热过程由人工智能温度控制仪8和控制电路控制，被测气体在比热计出口温度t2由1号铂电阻温度计5测得，数值显示在温度数字显示仪表6视窗上，比热计消耗功率由电力测量仪7测得，减去水份温升消耗的热量，利用公式：计算被测气体比定压热容。
本实用新型气体比定压热容测定仪在比热计入口之前将被测气体加热到要测的温度（或接近要测的温度），比热计消耗的加热功率，只将被测气体的温度升高1～2K（或1℃）。这样计算出的气体比定压热容更精确到被测温度点的气体比定压热容，符合气体比定压热容定义。而目前使用的气体比定压热容测定仪被测气体在进入比热计之前只能是室温，比热计前后的被测气体温差较大，不能准确测定被测温度点的气体比定压热容，目前使用的气体比定压热容测定仪中湿式流量计气体流量测量精度很差，被测气体经过湿式流量计时含湿量大幅增加，当加热温度超过100℃时必定会产生水蒸气分压，偏离理想气体状态，不符合气体比定压热容定义。
例如：要测定气体45℃时的比定压热容，目前使用的气体比定压热容测定仪需要把被测气体从室温24.1℃通过比热计加热到出口端稳定温度66℃，测定的比热计消耗电功率12.5W是将被测湿空气温度提高41.9℃所用的热量。才能计算其平均温度点45℃的平均比热1.081J/(Kg.K)。实际中24.1℃～66℃区间的气体比定压热容不是线性的。简单的求和取平均值存在计算误差。
本实用新型所述的一种气体比定压热容测定仪则可以将被测气体从室温24.1℃预先加热到45℃，再进入比热计加热到出口端稳定温度46.1℃，测定的比热计消耗电功率,1.365W是将被测空气温度提高1.1℃所用的热量。符合定义要求。
目前使用的气体比定压热容测定仪的实验数据和本实用新型气体比定压热容测定仪的实验数据如下，其中表1为目前使用的气体比定压热容测定仪的实验数据，表2为本实用新型气体比定压热容测定仪的实验数据：
表1
| t1(℃) | t2℃ | t平均℃ | P(W) | CpJ/(kg·k) |
| 24.6 | 34.2 | 29.4 | 2.5 | 0.905 |
| 24.3 | 43.4 | 33.85 | 5 | 0.94 |
| 24.3 | 51.7 | 38 | 7.5 | 0.984 |
| 24.3 | 59.2 | 41.75 | 10 | 1.032 |
| 24.1 | 66 | 45.05 | 12.5 | 1.081 |
| 24 | 72.1 | 48.05 | 15 | 1.133 |
实验环境：被测气体质量流量：2.871*10-4kg/s；被测湿空气的相对湿度：95.5%；被测气体的计算压力：101.033kPa。
表2
| t1(℃) | t2℃ | t平均℃ | P(W) | CpJ/(kg·k) |
| 30 | 30.9 | 30.45 | 1.107 | 1.036 |
| 35 | 35.8 | 35.4 | 1.171 | 1.045 |
| 40 | 40.6 | 40.3 | 1.189 | 1.055 |
| 45 | 46.1 | 45.55 | 1.365 | 1.064 |
| 50 | 50.3 | 50.15 | 1.143 | 1.076 |
| 55 | 56.4 | 55.7 | 1.43 | 1.089 |
| 60 | 61.8 | 60.9 | 1.641 | 1.105 |
| 65 | 65.4 | 65.2 | 1.144 | 1.118 |
| 70 | 71.1 | 70.55 | 1.847 | 1.138 |
| 75 | 75.8 | 75.4 | 1.229 | 1.152 |
实验环境：被测气体质量流量：2.6055*10-4kg/s；被测湿空气的相对湿度：45.5%；被测气体的计算压力：98.56kPa；被测空气的室内温度：24.0℃～24.6℃。
通过表1和表2的实验数据以及图2和图3的实验数据曲线图可以看出，本实用新型所述的一种气体比定压热容测定仪测定的结果比现有实验仪器测定的结果数值低，测定出的结果更加接近实际值，而现有实验仪器测定的结果随着测试温度的提高偏差加大。因为，气体比定压热容随着温度的升高是非线性的增大，温差跨度越大，在平均温度点到比热计出口温度点之间提升温度消耗的热量越多，现有实验仪器按平均法计算平均温度点气体比定压热容，将过多的热量计入是不合理的。低温段误差尚小，高温时误差很大，因为高温时气体比定压热容增加很大，曲线曲率增大。现有实验仪器将被测气体加湿，消耗在水分升温的热量比重很大，也给计算带来误差。综上所述，本实用新型所述的一种气体比定压热容测定仪测定出的气体比定压热容更精确到被测温度点的气体比定压热容，符合气体比定压热容定义。
Claims (6)
1.一种气体比定压热容测定仪，包括温湿度计（2）、比热计（4）、1号铂电阻温度计（5）、2号铂电阻温度计（10）和温度数字显示仪表（6），其特征在于：还包括交、直流调速离心风机（1）、稳压罐（12）、旋进漩涡气体流量计（3）、气体预热装置（11）、电力测量仪（7）、人工智能温度控制仪（8）和电控箱（9），交、直流调速离心风机（1）的出风口密闭插入稳压罐（12）的下部，温湿度计（2）的传感器部分密闭插入稳压罐（12）的顶部，旋进漩涡气体流量计（3）的进风口用法兰与稳压罐（12）上部的出风口密闭连接，旋进漩涡气体流量计（3）的出风口用法兰和气体预热装置（11）上部的进风口密闭连接，比热计（4）的进风口与气体预热装置（11）的出风口密闭连接，2号铂电阻温度计（10）密闭插在气体预热装置（11）出风口与比热计（4）进风口的结合部，1号铂电阻温度计（5）插入比热计（4）的出风口处，1号铂电阻温度计（5）与温度数字显示仪表（6）的用导线连接，2号铂电阻温度计（10）用导线与人工智能温度控制仪（8）连接，温度数字显示仪表（6）、电力测量仪（7）和人工智能温度控制仪（8）镶嵌在电控箱9的控制面板上，交、直流调速离心风机（1）的调速器、气体预热装置（11）的继电控制器和比热计（4）的加热功率调压器及其控制电路安装在电控箱（9）内部。
2.根据权利要求1所述的一种气体比定压热容测定仪，其特征在于：气体预热装置(11)为一个耐热的罐体，采用非金属耐热材料制成，耐热温度为最高800℃，气体预热装置(11)内部装有呈多层网状布置的电加热丝，电加热丝的引出线连接气体预热装置（11）的继电控制器的强电输出端，气体预热装置（11）的继电控制器的强电输入端与电源空气开关输出端导线连接。
3.根据权利要求1所述的一种气体比定压热容测定仪，其特征在于：交、直流调速离心风机（1）的输入端与电源空气开关输出端导线连接，交、直流调速离心风机（1）的输出端与交、直流调速离心风机（1）的风机电机连接，气体预热装置（11）的继电控制器的强电输入端与电源空气开关输出端导线连接，气体预热装置（11）的继电控制器的强电输出端与气体预热装置（11）的电加热引出线连接。
4.根据权利要求1所述的一种气体比定压热容测定仪，其特征在于：1号铂电阻温度计（5）的输出线与温度数字显示仪表（6）的温度信号接入端导线连接，温度数字显示仪表（6）的220V交流供电端用与电源空气开关输出端导线连接。
5.根据权利要求1所述的一种气体比定压热容测定仪，其特征在于：人工智能温度控制仪（8）的弱电信号输出端与气体预热装置（11）的继电控制器的弱电输入端导线连接，2号铂电阻温度计（10）的输出线接入人工智能温度控制仪（8）的温度信号输入端子，人工智能温度控制仪（8）的220V交流供电端用导线与电源空气开关输出端导线连接。
6.根据权利要求1所述的一种气体比定压热容测定仪，其特征在于：比热计（4）的电加热导线和比热计（4）的加热功率调压器的输出端导线连接，比热计（4）的加热功率调压器安装在电控箱（9）内部，比热计（4）的加热功率调压器的输入端与电源空气开关输出端导线连接，电力测量仪（7）测电流端与比热计（4）的加热功率调压器的输出端串联，电力测量仪（7）测电压端与比热计（4）的加热功率调压器的输出端并联，电力测量仪（7）的220V交流供电端用导线从电源空气开关输出端引入。
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