CN208721185U - 一种实验室测量气体体积的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种实验室测量气体体积的装置，包括气体采样袋、真空泵、密闭容器、第一导管、第二导管、水槽和电子秤；密闭容器的侧壁上设置有刻度；第一导管的第一端部与密闭容器的内部相连通，第一导管的第二端部设置在水槽内；第二导管的第一端部与密闭容器的内部相连通，第二导管的第二端部可拆卸地与气体采样袋的内部或真空泵的抽气口相连通；第一导管上设置有第一阀门；第二导管上设置有第二阀门；水槽设置在电子秤上。本实用新型所涉及的装置解决了沼气体积检测难以进行二次校正的问题，测量具有良好的准确性。

Description

一种实验室测量气体体积的装置

技术领域

本实用新型涉及一种实验室检测装置，尤其是一种实验室测量气体体积的装置。

背景技术

精确测量沼气体积在实验室制取沼气实验中是一项基本的实验技能，沼气产量是沼气发酵的重要指征，通过测量沼气体积的变化来判断沼气发酵的进程、稳定性和生产效率。

常见的气体体积的测量方法可分为直接测量法和间接测量法两种：

倒置量筒法是常见的直接测量法，将装满液体(通常为水)的量筒倒放在盛有液体的水槽中，气体从下面通入，实验结束，即可读取气体的体积。此方法的优点是可在实验进行的同时进行气体体积测定，缺点是收集的气体不够干燥，大量水蒸气混在气体中会影响实验结果的准确，且由于量筒的刻度不够精密，读数时易造成偏差，只能粗略的测得气体体积，且不能进行二次校正。

滴定管法(直接测量法)是将碱式滴定管的橡胶管及玻璃尖嘴去掉，用橡胶管将它与另一玻璃管连接组成连通器，向其中注入液体(通常为水)。用单孔橡皮塞把滴定管塞好，将其与制气装置连接。记下反应前滴定管中液面的读数，反应后再读取滴定管中液面的读数，其差值就是气体体积。此方法的优点是可在实验进行的同时进行气体体积测定，滴定管较量筒测气体体积更为准确，但它也不能进行气体体积的二次校正。

间接测量法是指利用气体将液体(通常为水)排出，通过测量所排出液体的体积从而得到气体体积的测量方法。常用的测量装置为：用导管连接的装满液体的广口瓶和空量筒。用此方法需气体的温度、压强都与外界相同，缺点为不够准确，不能进行体积的二次测量。

比较精确的测量装置还包括使用压力传感装置实时测量沼气产量情况。但由于是通过感应产出的沼气在发酵瓶内累积产生压力变化而进行测量，往往导致二氧化碳受压力影响大量溶解在发酵液中，造成沼气产量的测量值偏小。此外，该装置成本较高，不利于科研经费较少的单位开展工作。

此外还有气体计数装置，可以通过对每个特定单位的导出沼气进行计数，克服了压力传感计数偏小的缺点，但是其造价成本高。

综上所述，之前的方法都或多或少存在一些问题或技术中的不足，一则大部分方案都不可进行气体体积的二次校正，二则若不能简便、准确、经济的测定气体体积，则会导致实验结果产生偏差，或需花费较多资金进行购置。因此，本领域技术人员致力于开发一种实验室水平下可准确测量沼气体积的装置。

实用新型内容

为解决现有技术中不能二次校正的问题，本实用新型提供一种实验室测量气体体积的装置，包括气体采样袋、真空泵、密闭容器、第一导管、第二导管、水槽和电子秤；密闭容器的侧壁上设置有刻度；第一导管的第一端部与密闭容器的内部相连通，第一导管的第二端部设置在水槽内；第二导管的第一端部与密闭容器的内部相连通，第二导管的第二端部可拆卸地与气体采样袋的内部或真空泵的抽气口相连通；第一导管上设置有第一阀门；第二导管上设置有第二阀门；水槽设置在电子秤上。

进一步地，密闭容器竖直设置，第一导管设置在密闭容器的底部，第二导管设置在密闭容器的顶部。在本实用新型中，竖直设置指与重力所指的方向平行设置，密闭容器竖直设置指密闭容器的刻度延伸方向与重力所指的方向平行设置。

进一步地，刻度为体积刻度标尺或高度刻度标尺。

进步一地，刻度的数值从密闭容器的底部向上由小变大或由大变小。

进一步地，电子秤为精准电子秤，能够检测到质量单位克的小数点后两位。

进一步地，水槽设置在电子秤的称量台上。

进一步地，第一导管的第二端部设置在水槽的底部内表面上。

进一步地，第一导管的第一端部设置在密闭容器的底部内表面上。

进一步地，还包括温度计。用于检测环境温度。

进一步地，还包括气压计。用于检测大气压。

进一步地，水槽中液体的pH值为1-3，优选地，水槽中液体的pH值为2。该液体使用水，尤其是蒸馏水，和无机强酸配制而成，使得pH值约为2，最大程度防止沼气中二氧化碳在溶液中溶解。

本实用新型所检测的气体可以是任何不溶于水槽内液体的气体，不仅仅限于沼气一种。

其有益效果是：

1、与现有技术相比，本装置可在测定气体体积时同时进行气体体积的二次校正，使得测量结果更具准确性。

2、与现有技术相比，本装置可精确的在常压下测得一定气体体积，通过气压计、温度计测得环境的气压与温度，用公式计算可算出在标准大气压下气体的体积，测量结果经试验检验后高效准确。

3、与现有技术相比，本装置设计合理、结构紧凑、占地面积小、容易维护、便于保养，结构简单，使用简便易操作、组装。

4、本实用新型专利可控制性强、可靠性高、结果重复性好，结构简单、运行成本低，性价比高易于普及推广。

综上所述，本装置是直接测量法与间接测量法的结合，从方案与实际上解决了二次校正问题，测量具有良好的准确性，可在常压下精确测量一定气体的体积，再通过公式得出标准大气压下气体体积。本实用新型所涉及的装置结构简单，简便易操作、易组装，运行成本低，可准确、快速测量沼气体积。

附图说明

图1是本实用新型所涉及的实验室测量气体体积的装置的一个具体实施方式的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的描述。

实施例1

图1示出了本实用新型的一个实施例，在该实施例中，实验室测量气体体积的装置包括气体采样袋1、真空泵8、密闭容器3、第一导管9、第二导管5、水槽6和电子秤7。

密闭容器3呈圆筒状，材质为玻璃。密闭容器3的侧壁与重力所指的方向平行设置，其上有刻度。刻度为体积刻度标尺，其数值从密闭容器3的底部向上由小变大。或者密闭容器的侧壁上的刻度为高度刻度标尺，其体积换算需要乘以密闭容器的横截面面积获得。

第一导管9设置在密闭容器3的底部，其第一端部与密闭容器3的内部相连通，其第二端部设置在水槽6内，更确切地表述是其第二端部浸没在水槽6的液面以下。水槽6中液体的pH值为1-3，尤其是pH值在2左右。该液体通过无机强酸调pH值。

第二导管5设置在密闭容器3的顶部，其第一端部与密闭容器3的内部相连通，其第二端部可拆卸地与气体采样袋1的内部相连通。或者第二导管5的第二端部可拆卸地与真空泵8的抽气口相连通，使得真空泵8可将水槽6内的液体泵入密闭容器3。第一导管9上设置有第一阀门4。第二导管5上设置有第二阀门2。水槽6放在电子秤7的称量盘上。电子秤7为精准电子秤，能够检测到质量单位克的小数点后两位。

实施例2

在本实施例中，密闭容器的侧壁上的刻度的数值从密闭容器的底部向上由大变小。其余与实施例1同。

实施例3

在本实施例中，实验室测量气体体积的装置还包括支架；密闭容器设置在支架上。支架使得密闭容器的侧壁保持与重力所指的方向平行设置。其余与实施例1或2同。

实施例4

在本实施例中，实验室测量气体体积的装置还包括温度计和气压计。其余与实施例1、2或3同。

实施例5

在本实施例中，密闭容器的材质为塑料。其余与实施例1、2、3或4同。

本实用新型所涉及的实验室测量气体体积的装置的使用方法：

测量前先关闭第一阀门4和第二阀门2检查密闭容器3的气密性。

将真空泵8的抽气口与第二导管5的第二端部连接，将水槽6中的液体泵入部分到密闭容器3中，依次关闭第二阀门2和第一阀门4，记录此时液面在刻度上的位置得到第一体积V1，记录此时电子秤7的读数得到第一质量m1，或者将电子秤7的读数清零，即m1＝0。

将气体采样袋1与第二导管5的第二端部连接，依次打开第一阀门4、第二阀门2，将气体采样袋1内的沼气排入密闭容器3中，当液面停止下降后，记录此时液面在刻度上的位置得到第二体积V2，记录此时电子秤7的读数得到第二质量m2。

V1与V2之差即为沼气体积，m1与m2之差乘以液体的密度即为密闭容器3中排出的液体体积。密闭容器中排出的液体体积的作用是为沼气体积的二次校正。

根据当时的大气压和温度，运用公式PV＝nRT，换算沼气体积至标准状态。这个方程有4个变量：P是指理想气体的压强，V为理想气体的体积，n表示气体物质的量，而T则表示理想气体的热力学温度；还有一个常量：R为理想气体常数。设，标准状态下的大气压强用P0表示，已知P0＝101.325kPa；标准状态下的环境温度用T0表示，已知T0＝273.15K；在P0和T0条件下的沼气体积用V0表示；当时的大气压强用P’表示，用气压计测得P’；当时的环境温度用T’表示，用温度计测得T’；在P’和T’条件下的沼气体积用V’表示，用本实用新型的装置测得V’。将上述公式转换为：nR＝PV/T，当n相同时，P0V0/T0＝P’V’/T’，从而换算出V0＝(P’×V’×T0)/(T’×P0)。

实施例6

首先检查装置的气密性，确保装置气密性良好。将气体采样袋1按图1与第二阀门2连接。测定前电子称7读数清零。密闭容器3为带刻度玻璃管，其量程是10L。通过真空泵8抽入密闭容器3液体的初始读数为9.53L。依次打开第一阀门4、第二阀门2，直至密闭容器3内液体的液面与电子秤7的示数不再变化。记录电子秤7的终止示数为600.10g，密闭容器3的终止读数为8.93L。据密闭容器3的读数变化和电子秤7显示质量变化可知待测沼气体积约为600mL。

实施例7标准体积的换算

使用气压计测出当时的大气压强P’＝99kPa，使用温度计测出当时的环境温度T’＝303.45K，使用本实用新型所涉及的装置测得P’和T’条件下的沼气体积为V’＝3L。已知标准状态为T0＝273.15K，P0＝101.325kPa，则标准状态下的沼气体积V0为：

V0＝(P’×V’×T0)/(T’×P0)＝(99kPa×3L×273.15K)/(101.325kPa×303.45K)＝811255.5/30747.0712＝2.638L。

以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种实验室测量气体体积的装置，其特征在于，包括气体采样袋、真空泵、密闭容器、第一导管、第二导管、水槽和电子秤；所述密闭容器的侧壁上设置有刻度；所述第一导管的第一端部与所述密闭容器的内部相连通，所述第一导管的第二端部设置在所述水槽内；所述第二导管的第一端部与所述密闭容器的内部相连通，所述第二导管的第二端部可拆卸地与所述气体采样袋的内部或所述真空泵的抽气口相连通；所述第一导管上设置有第一阀门；所述第二导管上设置有第二阀门；所述水槽设置在所述电子秤上。

2.如权利要求1所述的实验室测量气体体积的装置，其特征在于，所述密闭容器竖直设置，所述第一导管设置在所述密闭容器的底部，所述第二导管设置在所述密闭容器的顶部。

3.如权利要求2所述的实验室测量气体体积的装置，其特征在于，所述刻度为体积刻度标尺或高度刻度标尺。

4.如权利要求3所述的实验室测量气体体积的装置，其特征在于，所述刻度的数值从所述密闭容器的底部向上由小变大或由大变小。

5.如权利要求2所述的实验室测量气体体积的装置，其特征在于，所述电子秤为精准电子秤，能够检测到质量单位克的小数点后两位。

6.如权利要求2所述的实验室测量气体体积的装置，其特征在于，所述水槽设置在所述电子秤的称量台上。

7.如权利要求2所述的实验室测量气体体积的装置，其特征在于，所述第一导管的第二端部设置在所述水槽的底部内表面上。

8.如权利要求2所述的实验室测量气体体积的装置，其特征在于，所述第一导管的第一端部设置在所述密闭容器的底部内表面上。

9.如权利要求2所述的实验室测量气体体积的装置，其特征在于，还包括温度计。

10.如权利要求1-9任一项所述的实验室测量气体体积的装置，其特征在于，还包括气压计。