本發(fā)明屬于氣體檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體是涉及一種可測量多種氣體比熱容比的裝置及使用方法。

背景技術(shù)：

比熱容比是描述氣體熱力學(xué)性質(zhì)的一個(gè)重要參數(shù)，定義為定壓比熱Cp與定容比熱Cv之比，通常用符號γ表示，即γ＝Cp/Cv。根據(jù)分子運(yùn)動(dòng)理論,γ的理論值為(n+2)/n，n為氣體分子微觀運(yùn)動(dòng)自由度的數(shù)目。當(dāng)原子氣體分子只有三個(gè)平移運(yùn)動(dòng)自由度，即n＝3，故γ＝5/3。氬、氦等單原子氣體的γ實(shí)驗(yàn)值(1.66)與此非常接近。在不太高的溫度下，雙原子氣體分子除有三個(gè)平動(dòng)自由度外，還有兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，即運(yùn)動(dòng)自由度n＝5，所以γ＝7/5。工程上常見的雙原子氣體，如氧、氮等分子在很寬的溫度范圍內(nèi)的γ值也很接近此值。準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)值隨溫度的上升而略有下降。

對于三原子氣體，分子運(yùn)動(dòng)的自由度至少有六個(gè)，故γ＝4/3或更小些，如二氧化碳(CO2)的γ值等于1.30。在空氣動(dòng)力學(xué)中，空氣的γ值常取為1.40，噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)中的燃后氣體的γ值常取為1.33，火箭發(fā)動(dòng)機(jī)中的燃后氣體的γ值則常取為1.25。

在實(shí)驗(yàn)過程中，氣體的比熱容比有三個(gè)狀態(tài)需研究，打完氣穩(wěn)定后達(dá)到狀態(tài)I，放氣停止時(shí)達(dá)到狀態(tài)II，放氣結(jié)束儲氣瓶內(nèi)氣體溫度升回室溫時(shí)達(dá)到狀態(tài)III。狀態(tài)I→狀態(tài)II是絕熱膨脹過程，狀態(tài)II→狀態(tài)III是等體吸熱過程。由實(shí)驗(yàn)分別測得狀態(tài)I、狀態(tài)II、狀態(tài)III時(shí)研究對象的壓強(qiáng)值，多次測量，再根據(jù)公式計(jì)算出該氣體的比熱容比。但是在實(shí)驗(yàn)中，無法準(zhǔn)確把握放氣結(jié)束時(shí)關(guān)閉放氣閥門的時(shí)機(jī)，容易造成較大誤差，且放氣過程也只是近似看成絕熱過程；同時(shí)現(xiàn)有的測定裝置，主要適用于測定空氣，不適用于測定特定氣體。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明主要是解決上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的技術(shù)問題，提供一種可測量多種氣體比熱容比的裝置及使用方法。

本發(fā)明的上述技術(shù)問題主要是通過下述技術(shù)方案得以解決的：一種可測量多種氣體比熱容比的裝置，包括把手、雙層氣缸和用絕熱材料制成的絕熱活塞，所述雙層氣缸采用雙層結(jié)構(gòu)，中間抽成真空，其外層外壁上設(shè)有體積刻度表，所述絕熱活塞和把手連接，絕熱活塞設(shè)置在雙層氣缸內(nèi)，且與雙層氣缸的內(nèi)層內(nèi)壁之間采用密封的方式連接，所述絕熱活塞的頂部連有兩根玻璃導(dǎo)管，玻璃導(dǎo)管的一端與絕熱活塞連通，且玻璃導(dǎo)管與絕熱活塞之間采用密封的方式連接，所述玻璃導(dǎo)管的另一端連有橡皮管，橡皮管與玻璃導(dǎo)管之間采用密封的方式連接，所述玻璃導(dǎo)管上還連有換氣閥門，換氣閥門與玻璃導(dǎo)管連通，所述絕熱活塞的底部連有溫度傳感器和氣體壓強(qiáng)傳感器。

使用上述比熱容比裝置的方法，具體為：

步驟(1)，打開換氣閥門，絕熱活塞往下壓到底，使雙層氣缸內(nèi)的空氣排盡，然后關(guān)閉換氣閥門，隨后將橡皮管套在玻璃導(dǎo)管上；

步驟(2)，打開換氣閥門，將待測氣體依次通過橡皮管、玻璃導(dǎo)管和絕熱活塞充入雙層氣缸內(nèi)，一邊充氣一邊往上拉把手，將絕熱活塞移動(dòng)至某一個(gè)位置后，關(guān)閉換氣閥門，根據(jù)體積刻度表、溫度傳感器和氣體壓強(qiáng)傳感器上的讀數(shù)分別記錄下該待測氣體的體積V1、溫度T1、壓強(qiáng)值P1；

步驟(3)，拉動(dòng)把手將絕熱活塞移動(dòng)至另一個(gè)位置后，根據(jù)體積刻度表、溫度傳感器和氣體壓強(qiáng)傳感器上的讀數(shù)分別記錄下該待測氣體的體積V2、溫度T2、壓強(qiáng)值P2；

步驟(4)，對比觀察實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，溫度T1和T2幾乎相等，根據(jù)公式P₁*V₁^γ＝P₂*V₂^γ即可計(jì)算出該氣體的比熱容比γ。

上述比熱容比裝置的實(shí)驗(yàn)原理：利用熱力學(xué)公式P₁*V₁^γ＝P₂*V₂^γ和絕熱膨脹(壓縮)法測定待測氣體的比熱容比。由于在絕熱過程中P₁*V₁^γ＝常量，只需在絕熱過程中分別測得兩個(gè)狀態(tài)下待測氣體的壓強(qiáng)P和體積V，即可計(jì)算出該待測氣體的比熱容比。

本發(fā)明具有的有益效果：絕熱過程是通過絕熱活塞壓縮和提拉把手來實(shí)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，誤差小，避免了因無法準(zhǔn)確把握放氣結(jié)束時(shí)關(guān)閉換氣閥門的時(shí)機(jī)而產(chǎn)生的誤差。本發(fā)明雙層氣缸與絕熱活塞，絕熱活塞與玻璃導(dǎo)管之間密封連接，絕熱保溫性大大提升，絕熱過程短，誤差大大減小。同時(shí)本發(fā)明設(shè)有兩根玻璃導(dǎo)管和兩個(gè)換氣閥門，可同時(shí)導(dǎo)入兩種不同的氣體，從而測量按某比例混合的混合氣體的比熱容比。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的一種結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的具體實(shí)施事例的示意圖。

圖中：1、把手；2、雙層氣缸；3、絕熱活塞；4、體積刻度表；5、玻璃導(dǎo)管；6、橡皮管；7、換氣閥門；8、溫度傳感器；9、氣體壓強(qiáng)傳感器；10、裝有氧氣的氣缸；11、裝有二氧化碳的氣缸；12、溫度傳感器的二次儀表；13、導(dǎo)線；14、壓強(qiáng)傳感器的二次儀表。

具體實(shí)施方式

下面通過實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說明。

實(shí)施例1：一種可測量多種氣體比熱容比的裝置，如圖1所示，包括把手、雙層氣缸和用絕熱材料制成的絕熱活塞，所述雙層氣缸采用雙層結(jié)構(gòu)，中間抽成真空，其外層外壁上設(shè)有體積刻度表，所述絕熱活塞和把手連接，絕熱活塞設(shè)置在雙層氣缸內(nèi)，且與雙層氣缸的內(nèi)層內(nèi)壁之間采用密封的方式連接，所述絕熱活塞的頂部連有兩根玻璃導(dǎo)管，玻璃導(dǎo)管的一端與絕熱活塞連通，且玻璃導(dǎo)管與絕熱活塞之間采用密封的方式連接，所述玻璃導(dǎo)管的另一端連有橡皮管，橡皮管與玻璃導(dǎo)管之間采用密封的方式連接，所述玻璃導(dǎo)管上還連有換氣閥門，換氣閥門與玻璃導(dǎo)管連通，所述絕熱活塞的底部連有溫度傳感器和氣體壓強(qiáng)傳感器。

使用上述比熱容比裝置的方法，具體為：步驟(1)，打開換氣閥門，絕熱活塞往下壓到底，使雙層氣缸內(nèi)的空氣排盡，然后關(guān)閉換氣閥門，隨后將橡皮管套在玻璃導(dǎo)管上；步驟(2)，打開換氣閥門，將待測氣體依次通過橡皮管、玻璃導(dǎo)管和絕熱活塞充入雙層氣缸內(nèi)，一邊充氣一邊往上拉把手，將絕熱活塞移動(dòng)至某一個(gè)位置后，關(guān)閉換氣閥門，根據(jù)體積刻度表、溫度傳感器和氣體壓強(qiáng)傳感器上的讀數(shù)分別記錄下該待測氣體的體積V1、溫度T1、壓強(qiáng)值P1；步驟(3)，拉動(dòng)把手將絕熱活塞移動(dòng)至另一個(gè)位置后，根據(jù)體積刻度表、溫度傳感器和氣體壓強(qiáng)傳感器上的讀數(shù)分別記錄下該待測氣體的體積V2、溫度T2、壓強(qiáng)值P2；步驟(4)，對比觀察實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，溫度T1和T2幾乎相等，根據(jù)公式P₁*V₁^γ＝P₂*V₂^γ即可計(jì)算出該氣體的比熱容比γ。

上述比熱容比裝置的實(shí)驗(yàn)原理：利用熱力學(xué)公式P₁*V₁^γ＝P₂*V₂^γ和絕熱膨脹(壓縮)法測定待測氣體的比熱容比。由于在絕熱過程中P₁*V₁^γ＝常量，只需在絕熱過程中分別測得兩個(gè)狀態(tài)下待測氣體的壓強(qiáng)P和體積V，即可計(jì)算出該待測氣體的比熱容比。

絕熱過程是通過絕熱活塞壓縮和提拉把手來實(shí)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，誤差小，避免了因無法準(zhǔn)確把握放氣結(jié)束時(shí)關(guān)閉換氣閥門的時(shí)機(jī)而產(chǎn)生的誤差。本發(fā)明雙層氣缸與絕熱活塞，絕熱活塞與玻璃導(dǎo)管之間密封連接，絕熱保溫性大大提升，絕熱過程短，誤差大大減小。同時(shí)本發(fā)明設(shè)有兩根玻璃導(dǎo)管和兩個(gè)換氣閥門，可同時(shí)導(dǎo)入兩種不同的氣體，從而測量按某比例混合的混合氣體的比熱容比。

實(shí)施例2：一種可測量多種氣體比熱容比的裝置，如圖2所示，把手、橡皮管、玻璃導(dǎo)管、換氣閥門均采用實(shí)驗(yàn)室常用儀器，絕熱活塞采用耐熱性好、導(dǎo)熱系數(shù)小、膨脹系數(shù)低的高級陶瓷合成材料制成，雙層氣缸采用絕熱玻璃制成，溫度傳感器采用電流型溫度傳感器AD590，該半導(dǎo)體溫度傳感器靈敏度高、線性好，采用四位半數(shù)字電壓表作為溫度傳感器的二次儀表，氣體壓強(qiáng)傳感器采用擴(kuò)散硅壓力傳感器，采用三位半數(shù)字電壓表作為壓強(qiáng)傳感器的二次儀表，溫度傳感器和溫度傳感器的二次儀表通過導(dǎo)線連接，壓強(qiáng)傳感器和壓強(qiáng)傳感器的二次儀表通過導(dǎo)線連接。開始實(shí)驗(yàn)時(shí)，先打開兩個(gè)換氣閥門，將絕熱活塞往下壓到底，使雙層氣缸內(nèi)的空氣排盡，隨后關(guān)閉兩個(gè)換氣閥門；然后將其中一根橡皮管與裝有氧氣的氣缸相連，另一根橡皮管與裝有二氧化碳的氣缸相連；連接好后，打開兩個(gè)換氣閥門，按比例將氧氣和二氧化碳充入雙層氣缸內(nèi)，一邊充氣一邊往上提拉把手，將絕熱活塞移動(dòng)至某一個(gè)位置后，關(guān)閉換氣閥門，根據(jù)體積刻度表、溫度傳感器和氣體壓強(qiáng)傳感器上的讀數(shù)分別記錄下該待測氣體的體積V1、溫度T1、壓強(qiáng)值P1；拉動(dòng)把手將絕熱活塞移動(dòng)至另一個(gè)位置后，根據(jù)體積刻度表、溫度傳感器和氣體壓強(qiáng)傳感器上的讀數(shù)分別記錄下該待測氣體的體積V2、溫度T2、壓強(qiáng)值P2；對比觀察實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，溫度T1和T2幾乎相等，根據(jù)公式P₁*V₁^γ＝P₂*V₂^γ，即可計(jì)算出混合氣體的比熱容比。

最后，應(yīng)當(dāng)指出，以上實(shí)施例僅是本發(fā)明較有代表性的例子。顯然，本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，還可以有許多變形。凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均應(yīng)認(rèn)為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。