CN206311462U - 一种纯液体饱和蒸汽压的自动测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种纯液体饱和蒸汽压的自动测量装置，包括真空泵、阀塞、两位三通电磁阀、玻璃导管、缓冲瓶、烧杯、冷凝管、平衡管组件、压力传感器、温度传感器、水池、水泵驱动单元、压力监测模块、测温模块、PWM控制单元、真空泵驱动单元、电磁铁驱动单元、加热器、MCU单元。该装置能够自动进行气路切换、测温控温、判定实验状态并完成温度和压力数据采集和分析。

Description

一种纯液体饱和蒸汽压的自动测量装置

技术领域

本实用新型涉及一种测量技术，特别是一种纯液体饱和蒸汽压的自动测量装置。

背景技术

通常温度下(距离临界温度较远时)，纯液体与其蒸气达平衡时的蒸气压称为该温度下液体的饱和蒸气压，简称为蒸气压。蒸发1mol液体所吸收的热量称为该温度下液体的摩尔气化热。液体的蒸气压随温度而变化，温度升高时，蒸气压增大；温度降低时，蒸气压降低，这主要与分子的动能有关。当蒸气压等于外界压力时，液体便沸腾，此时的温度称为沸点，外压不同时，液体沸点将相应改变，当外压为1atm(101.325kPa)时，液体的沸点称为该液体的正常沸点。

液体的饱和蒸气压与温度的关系用克劳修斯-克拉贝龙方程式表示：

式中，R为摩尔气体常数；T为热力学温度；Δ_vapH_m为在温度T时纯液体的摩尔气化热。

假定ΔvapHm与温度无关，或因温度范围较小，ΔvapHm可以近似作为常数，积分上式，得：

其中C为积分常数。由此式可以看出，以lnp对1/T作图，应为一直线，直线的斜率为由斜率可求算液体的Δ_vapH_m。

静态法测定液体饱和蒸气压，是指在某一温度下，直接测量饱和蒸气压，此法一般适用于蒸气压比较大的液体。静态法测量不同温度下纯液体饱和蒸气压，有升温法和降温法二种。本次实验采用升温法测定不同温度下纯液体的饱和蒸气压，所用仪器是纯液体饱和蒸气压测定装置，如图6所示：

平衡管由A球和U型管B、C组成。平衡管上接一冷凝管，以橡皮管与压力计相连。A内装待测液体，当A球的液面上纯粹是待测液体的蒸气，而B管与C管的液面处于同一水平时，则表示B管液面上的(即A球液面上的蒸气压)与加在C管液面上的外压相等。此时，体系气液两相平衡的温度称为液体在此外压下的沸点。

实验步骤

1.开通小流量的冷却水。开通DP-A精密数字压力计的电源，预热。认识系统中各旋塞的作用。开启进气旋塞(逆时针旋转“平衡阀2”)使系统与大气相通。读取大气压力p0，以后每半小时读一次。

2.按动DP-A精密数字压力计的“采零”按键，使读数为0。系统检漏：开启真空泵，2分钟后开启抽气旋塞(逆时针旋转“平衡阀门1”)，关闭进气旋塞(平衡阀门2)，使系统减压至压力计读数约为－85kPa，关闭抽气旋塞(平衡阀门1)。系统若在5分钟之内压力计读数基本不变，则说明系统不漏气。

3.打开玻璃恒温浴“加热器”开关，置于“强加热”、“慢搅拌”，同时接通SWQP型数字控温仪的电源，显示屏的右下部得“置数”红灯亮，按动×10和×1按钮，使“设定温度”至40.00℃按动“工作/置数”使水浴升温。

4.水浴温度升至40.00℃后加热方式改为“弱”，稳定5分钟。缓慢旋转进气旋塞(平衡阀门2)，使平衡管中二液面等高，读取DP-A精密数字压力计和水浴的温度，记录。

5.分别测定45、50、53、56、58、60、62、64℃时液体的饱和蒸气压。

以上操作基本上通过手工方式完成实验操作和测量，其存在问题是多次重复操作效率低且容易出错；采用玻璃恒温浴来进行温度控制，时间较长，有一定的误差，存在灵敏度不高等问题；数据采集与分析由人工完成，操作周期长，效率低，出现问题需要事后处理，实验过程数据不能实时采集、处理、分析和显示，整个实验过程远远落后于现代实验方法和测量技术。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种纯液体饱和蒸汽压的自动测量装置，能够自动进行气路切换、测温控温、判定实验状态并完成温度和压力数据采集和分析，可大大提高实验过程的自动化程度和实验数据准确性，简化了操作，显示直观，提高了实验效果。

一种纯液体饱和蒸汽压的自动测量装置，包括真空泵、阀塞、两位三通电磁阀、玻璃导管、缓冲瓶、烧杯、冷凝管、平衡管组件、压力传感器、温度传感器、水池、水泵驱动单元、压力监测模块、测温模块、PWM控制单元、真空泵驱动单元、电磁铁驱动单元、加热器、MCU单元；其中烧杯中盛装水；温度传感器、加热器、平衡管组件置于烧杯中；测温模块与温度传感器、加热器连接；PWM控制单元与加热器连接；平衡管组件包括A球、B球、C球以及连接A球和B球的单端球形管、连接B球和C球的双端球形U型管、连接C球的玻璃直管，玻璃直管还与压力传感器和缓冲瓶连接；冷凝管套于玻璃直管上且进水口与水泵连接且出水口置于水池内；水泵置于水池内；水泵驱动单元与水泵连接；压力监测模块与压力传感器连接；真空泵与两位三通电磁阀第一端口连接；阀塞与两位三通电磁阀第二端口连接；玻璃导管一端与两位三通电磁阀第三端口连接且另一端与缓冲瓶连接；真空泵驱动单元与真空泵连接；电磁铁驱动单元与两位三通电磁阀的电磁线圈连接；MCU单元分别与水泵驱动单元、压力监测模块、测温模块、PWM控制单元、真空泵驱动单元、电磁铁驱动单元连接。

采用上述装置，装置还包括与MCU单元连接的LCD显示单元、键盘。

本实用新型相比现有技术具有以下优点：

(1)本发明温度传感器和压力检测装置，可同步自动完成压力-温度数据的测量，而无需进行手工调节；利用MCU单元对温度传感器反馈的温度数据进行分析和处理，然后通过PWM驱动单元对加热装置进行闭环控制，对烧杯内水的温度控制更加准确。

(2)本实用新型利用LCD显示屏能及时显示温度等数据；利用键盘输入实验参数控制实验的过程。

(3)本实用新型纯液体饱和蒸气压的自动测量装置能准确、有序地自动进行实验操作并完成数据采集、分析和显示，提高了对温度控制的精度，实验过程更加方便，操作更加简单，极大地提高了实验效率；且由于实验测试任务自动化进行，可以提高实验的准确性，将实验人员从繁琐的工作中解脱出来投入更多精力对实验结果进行分析和研究；保障了每次实验结果和执行内容的一致性，从而达到了实验的可重复性和准确性。

下面结合说明书附图对本实用新型作进一步描述。

附图说明

图1为本实用新型纯液体饱和蒸气压的自动测量装置的结构示意图。

图2为本实用新型出液体饱和蒸气压的自动测量装置的系统框图。

图3为图1中平衡管组件的结构示意图。

图4为压力测量的信号调理电路示意图。

图5为空气相对压力系数的lnp-1/t曲线图。

图6为现有技术示意图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型测测纯液体饱和蒸气压的自动实验装置包括：真空泵1、阀塞2、两位三通电磁阀3、玻璃导管4、缓冲瓶5、烧杯6、冷凝管7、平衡管组件8、硅压力传感器9、温度传感器10、压力检测装置13、水泵12、测温模块14、PWM控制单元15、真空泵驱动单元16、电磁铁驱动单元17、加热器18。

如图2所示，本实用新型测纯液体饱和蒸汽压的自动实验系统包括：MCU单元20、LCD显示单元21、键盘22。MCU单元20具有PWM输出、SPI通讯及相关功能，且具有数据掉电保护功能。其中PWM输出是一个占空比动态调节的过程，SPI通讯可连续测量温度信号。

如图3所示，平衡管组件8包括A球、B球、C球以及连接A球和B球的单端球形管95、连接B球和C球的双端球形U型管93、连接C球的玻璃直管91，玻璃直管91还与压力传感器9和缓冲瓶5连接，管与球之间连接处套有橡皮管92。

压力测量的信号调理电路如图4所示。

烧杯4用来存放水。温度传感器10竖直插入烧杯6中，温度传感器10的温度信号输出与测温模块14的输入相连。加热器件18斜插入烧杯底部，加热器18的输入与PWM驱动单元15输出相连。MCU单元20输入端与测温模块14相连，输出端与PWM驱动单元15相连。MCU单元20的输出端与LCD显示屏21相连。键盘22与MCU单元20的输入端相连。

该测纯液体饱和蒸汽压的自动实验装置在进行实验时，MCU单元20的输出与真空泵驱动16单元的输入相连，真空泵驱动单元16的输出与真空泵1的输入相连；

MCU单元20的输出与电磁驱动单元17的输入相连，电磁驱动单元17的输出与电磁换向阀3的输入相连，由此构成实验装置的管路切换结构。

MCU单元20输出PWM调制信号与PWM驱动单元15输入相连，PWM驱动单元15输出与加热器18输入相连，使加热器18给水加热，温度传感器10采集温度信号输出与测温模块14输入相连，测温模块14温度数据输出与MCU单元20输入相连，由此构成水的闭环加热与温度控制系统。压力检测装置9的输出与压力检测模块13的输入相连，压力检测模块13的输出与MCU单元20的输入相连。

MCU单元20对数据进行分析、处理和储存，并将输出与LCD显示屏21输入相连，LCD显示屏21显示实验数据和曲线。键盘22用来控制实验的过程与参数。

开始试验时，将待测液体装入平衡管中，A球约2/3体积，B、C球约1/2体积，按图1连接好实验装置。

(1)自动实现系统气密性检查：两位三通阀右路常态下选通，MCU控制真空泵工作，同时MCU通过压力检测模块实时检测平衡管内气压，气压达到53kPa时，MCU驱动电磁铁得电，两位三通阀左路接通，关闭真空泵，系统与大气、真空泵都不通。系统自动记录5分钟内的气压大小，若维持不变表示系统不漏气。

(2)自动排除A-B弯管空间内的空气：AB弯管空间内的压力包括两部分：一是待测液体的蒸气压；另一部分是空气的压力。排除空气后才能保证B管液面上的压力为液体的蒸气压。MCU通过PWM控制单元启动加热棒，闭环控制水杯内温度为室温高2℃。MCU控制水泵接通冷凝水，两位三通阀工作在右路，真空泵开始抽气至液体轻微沸腾，此时A-B弯管内的空气不断随蒸气经C管逸出，沸腾数分钟后，空气被排净。

(3)自动测定饱和蒸气压：排净空气且温度恒定后，两位三通阀工作在右路，平衡管中缓缓放入空气，直至B管和C管中液面齐平。MCU控制电磁铁得电，两位三通阀工作在左路。自动存下当前的温度和压力数据。

MCU控制加热棒升温，温度每升高5℃，重复上述动作(3)。

(4)根据步骤3的数据，绘制lnp-1/T曲线(如图5所示)。计算纯液体饱和蒸气压的大小。并在LCD屏上显示。

Claims (5)

1.一种纯液体饱和蒸汽压的自动测量装置，其特征在于，包括真空泵(1)、阀塞(2)、两位三通电磁阀(3)、玻璃导管(4)、缓冲瓶(5)、烧杯(6)、冷凝管(7)、平衡管组件(8)、压力传感器(9)、温度传感器(10)、水池(11)、水泵驱动单元(12)、压力监测模块(13)、测温模块(14)、PWM控制单元(15)、真空泵驱动单元(16)、电磁铁驱动单元(17)、加热器(18)、MCU单元(20)；其中

烧杯(6)中盛装水，

温度传感器(10)、加热器(18)、平衡管组件(8)置于烧杯(6)中，

测温模块(14)与温度传感器(10)、加热器(18)连接，

PWM控制单元(15)与加热器(18)连接，

平衡管组件(8)包括A球、B球、C球以及连接A球和B球的单端球形管(95)、连接B球和C球的双端球形U型管、连接C球的玻璃直管(91)，玻璃直管(91)还与压力传感器(9)和缓冲瓶(5)连接，

冷凝管(7)套于玻璃直管(91)上且进水口与水泵连接且出水口置于水池(11)内，

水泵置于水池(11)内，

水泵驱动单元(12)与水泵连接，

压力监测模块(13)与压力传感器(9)连接，

真空泵(1)与两位三通电磁阀(3)第一端口连接，

阀塞(2)与两位三通电磁阀(3)第二端口连接，

玻璃导管(4)一端与两位三通电磁阀(3)第三端口连接且另一端与缓冲瓶(5)连接，

真空泵驱动单元(16)与真空泵(1)连接，

电磁铁驱动单元(17)与两位三通电磁阀(3)的电磁线圈连接，

MCU单元(20)分别与水泵驱动单元(12)、压力监测模块(13)、测温模块(14)、PWM控制单元(15)、真空泵驱动单元(16)、电磁铁驱动单元(17)连接。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，开始试验时，待测液体装入平衡管组件(8)中，其中A球中液体占A球体积的2/3，B、C球中液体均占B、C球体积的1/2。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，测温模块(14)包括两个恒流源、参考电压模块、第一TD接入端、第二TD接入端、信号放大与A/D模块；其中

两个恒流源输出端与参考电压模块输入端连接，参考电压模块的两个输出端分别与第一TD接入端、第二TD接入端输入端连接，第一TD接入端、第二TD接入端输出端分别与信号放大与A/D模块输入端连接，信号放大与A/D模块输出端与MCU单元(20)连接；

第一TD接入端接温度传感器(10)，

第二TD接入端接加热器(18)。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，加热器(18)为电热丝，其上涂满导热硅胶。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，装置还包括与MCU单元(20)连接的LC D显示单元(21)、键盘(22)。