[发明专利]气体比热容比智能测试仪及测试方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种气体比热容比的测试方法，该方法可用于实验室进行气体比热容比测定，该方法可以有效避免人为判断所带来的误差，并便于时刻记录数据能够更直观的反映出热学过程，加深实验者的理解。

背景技术：

空气的比热容比γ又称气体的绝热指数，是空气的定压比热容与定容比热容的比值。它是一个重要的热力学常量，在热力学理论及工程技术的实际应用中起着重要的作用，例如声音在空气中的传播速度以及热机的循环效率都与γ有关。此外，测定γ值在研究气体系统的内能，气体分子的热运动以及分子内部的运动等方面都有着重大的作用。目前在普通物理实验中常用测量γ的方法有振动法和绝热膨胀法，这些传统的测量方法在实验过程中操作较为繁琐，而且不利于学生对于物理现象的直观理解。

发明内容：

本发明提供一种气体比热容比智能测试仪。

本发明另一目的是提供一种采用上述测试仪进行气体比热容比的测试方法。

本发明的具体技术方案如下：

气体比热容比智能测试仪，包括贮气单元，控制单元和注气单元(注射器)，其中贮气单元包括贮气瓶(玻璃瓶)，密封塞(橡皮塞)和导气管；控制单元包括差压传感器(风压变送器)，温度传感器(PT1000温度传感器)，数据采集单元(NET0724以太网数据采集卡)，工控终端(集成有以太网控制器，串口，SD卡控制器，USB Host控制器)，触摸屏，电磁阀及电磁阀控制电路和电源模块；密封塞安装在贮气瓶上口，差压传感器和温度传感器的信号采集端分别插装于贮气瓶中，信号输出端分别与数据采集单元连接，数据采集单元与工控终端连接，该贮气瓶的密封塞上设有电磁阀(用于控制进出气)，电磁阀经电磁阀控制电路与数据采集卡DO输出口连接。

电磁阀控制电路包括继电器、三级管、电阻、电容和二极管。

本发明中：

数据采集单元：选取NET0724以太网数据采集卡。该数据采集卡配置有8个光电隔离DI(数字输入开关量),8个光电隔离DO(数字输出开关量)；24位AD转换器；量程0-5V。

工控终端：集成有以太网控制器，串口，SD卡控制器，USB Host控制器，内建Windows CE操作系统；

触摸屏采用电容式触摸屏(ZCC-1943V1)，定点触摸不抖动，精度高；物理分辨率：800×480，6.5万色。

温度传感器选用的是PT1000铂电阻温度传感器，它的温度测量灵敏度高，线性好，测量范围0～50℃。

差压传感器选用风压变送器(CYH-130)，其灵敏度高、精度高、抗过载能力强，长期稳定可靠。

电源模块包括自制24V直流稳压源和24/5V开关电源(R1D-50B)，其中24V直流稳压源为差压传感器和温度传感器供电；24/5V开关电源为电磁阀和继电器供电。

电磁阀控制电路如图4，数据采集卡DO输出端输出一个3.3V的高电平后，经电阻R1、二极管D1、电容C1后使三极管Q1导通，继电器RL1上电吸合，导通电磁阀回路，电磁阀打开。当DO输出端输出低电平时，三极管无压降不导通，继电器不通电，处于常闭状态，电磁阀回路断开，电磁阀关闭。

本发明气体比热容比的测试方法，测试过程步骤如下：

1)、系统上电，启动气体比热容比测试仪；

2)、在工控终端上运行实验程序，电磁阀打开，贮气瓶内气体与外界大气相通，由注气单元将常温常压下的待测气体(P₀，T₀)通过电磁阀上导气管注入至容积为V₁的贮气瓶内；如果待测气体不为空气，需抽真空后注气；注入完毕后电磁阀将自动关闭，此时贮气瓶内气体状态为I(P₁，T₁，V₁)，断开注气单元与导气管，准备放气；；

3)、然后，贮气瓶内气体开始经历等容放热过程，采样贮气瓶内气体温度与外界大气的差压，待贮气瓶内气体温度降至室温T₀并稳定后，记录贮气瓶内气体压力与外界大气压的差值ΔP₂，此时贮气内气体为等容放热到状态II(P₂，T₀，V₁)；

4)、电磁阀打开，贮气瓶与外界大气相通经历绝热膨胀过程，随后电磁阀瞬间迅速关闭，此时贮气内气体为绝热膨胀到状态III(P₀，T₂，V₂)；