Способ комплексного измерения теплофизических свойств жидкостей и газов Советский патент 1983 года по МПК G01N25/20 

Изобретение относится к измерени ям теплофиэических свойств жидких и газообразных веществ и предназначено для использования при лабораторных исследованиях теплофиэических свойств газов и жидкостей. Известен способ, согласно котором;, изобарную теплоемкость жид НИХ веществ определяют следу оашм об pasoMt в алиа6г ткческий калориметр, содержащий иссшедуемую жидкость, вв дят известное количество тепла и не прсры&но отводят из калориметра такое количество жидкости, чтобы давл ние Е калориметре з течение всего опыта, eioino практически постоянным, измеряют два значения равновесной темпаратуры до и после г агрева l , Для определения изобарной теплоемкости Ср жид.кости необходимо имет дополнительную информацкк. о зависимое и плотности исследуемой жидкост от давления и температуры. Эта инфо мация Е-:аходится другим способом или берется из литературных данных. Таким образог-, для определения кзобар яой теплоег- кости необхоли1 ы два неэависиг.кх опыта, результаты которых пdлyчaraтcя в разных условиях и нужд ются в математическом сглаживании, Г редшествуюо;ем совместной обрабохке (ем вносят дополнительные систематические погрешности. Погрешность полученных значений теплоемкости включает, кроме того, систематичес;a-i:e погрешности, прису1;1,ие двум типа измеригя чькых устройств, а при исТользоБсГНИк лктературних данных о с-:жи /:у.емос; -; еие и погрешность, обус лсзлснку;-;: влиянием разной степени iKcvoxbi и ::с:Лйдуемого ве ества. Кроме того,, известен способ измерения изохор:-ой теплоемкости, согла но которому в адиабатический калори метр, содаржагдай icaлeдye tiю жидкост массу которой определяют до опыта, вводят язаестное количество тепла, измеряют давление в калориметрическом сосуде во Бре.мя опыта и измеряют два значения равновесной температурь хидкости до и после нагрева .Г2 . Недостатоь: такого способа, заключается в том, что измерение давления в калориметре требует введения в него датчика давления, а это исгсажает условия изохоричности опыта из-за .-1рмации упругого элемента датчика, и приводит к введению дополнительной поправки к измеренному значению теплоемкости, которая не поддается строгому учету. Наиболее близким к предлагаемому является срособ измерения изохорной теплоемкости, согласно которому в а,.пиабатический калориметр, содержащий исследуемую жидкость, массу которой определяют до опыта, вводят известное количество тепла и кзмеряют два значения равновесной температуры жидкости до и после нагрева з. Для определения изохорной теплоемкости Су жидкости необходимо иметь дополнительную информацию данных исследуемой жидкости, которые берутся из литературных данных или находятся другими способами. Таким образом, для определения изохорной теплоемкости необходимы два независимых опыта, результат которых получаются .в разных условиях и нуждаются в математическом сглаживании, предшествующемсовместной обработке, чем вносятся дополнительные систематические погрешности. Погрешность полученных значений теплоемкости включает, кроме того, систематические погрешности, присущие двум типам .измерительных устройств, а при использовании литературных данных о сжимаемости еще и погрешность, обусловленную влиянием равной степени чистоты исследуемого вещества. Цель изобретения - повы1 ение точности измерения изохорной и изобарной теплоемкостей при их одновременном определении. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу комплексного измерения теплофизических свойств ясидкостей и газов в ампулу с исследуег 1ым вешеством вводят известное количество тепла, измеряют два значения равновесной температуры исследуемого Бещества до и после нагрева, затем вещества дросселируют до восстановления начального давления в ампуле, измеряют массу выпущенного вещества и значение равновесной температуры оставшегося в ампуле ветестза и по полученным данным рассчитывают значение изобарной и изохорной теплоемкостей по формулам lCp-c lm 4T,4Tj) (.,-m,HT54T,) rn, ,) ,-v toijj m,Tj Г Q ..„, 1(Cp-C,m -% .f 1г(г;т 1 ГГц - in-1 (t--p,,- mi-ryi,-6m . Cy- изохоркая теплоемкость исследуемого вещества, Дж . . Ср- изобарная теплоемкость исследуемого вещества, CK- теплоемкость ампулы, Q - количество тепла, введенное в аья1улу,Дж m, - начальная масса вещества в ампуле, кг, 4ГТ1 - масса выпу1деккого из ампулы вещества, кг; - температурный коэффициент объемного расширения ампулы, ti ) Vg - объем ампулы при , м, К - постоянная ампулы, учитывающая зависимость объема ампулы от давления. Па; значение равновесной температуры исследуемого вещества до нагрева,К ; 2 - значение равновесной температуры исследуемого вещества после нагрева до начала дросселирования, К Tj - значение равновесной температуры исследуемого вещества, оставшегося в ампуле после дросселирования., К . На фиг. 1 изображена термограмма известного способа на фиг.2 то же, известных способов 2J и з ; на фиг. 3 - то же, предлагаемого способа; на фиг. 4 - устройство, с помощью которого осуществляют предлагаемый способ. Процесс, изображенный на фиг. 1, протекает при постоянном давлении, в калориметр (ампулу) в промежуток йремени между Т, и Т вводят известное количество тепла Q , измерйют два значения равновесной температуры Т, и Т и непрерывно отводят вещество из калориметра. Значение изобарной теплоемкости находят по следуюцей расчетной форктуле: Процесс, изображенный на фиг. 2, протекает при квазипостоянной плотности, в калориметр в промежуток времени между с и 1 вводят известное количество тепла Q , изме ряют два значения равновесной температуры Т и Т, и при этом в 21 дополнительно непрерывно измеряют давление. Расчетная формула в этом случае имеет вид V-{TVT;C I CV Процесс, изображенный на фиг. J3, в промежуток времени между 2,- и «-2, в течение которого в калориметр вво дят известное количество тепла Q протекает при квазипостоянной плотности. Затем ввод тепла прекращают после наступления равновесного состояния, соответствуицего температуре Т , из калориметра ампулы дросселируют такое количество веества, чтобы в ампуле установиось давление, равное нaчaльнo7 y (которое имеет место в момент Ii) процессе опыта измеряют три знаения равновесной температуры: до агрева Т , после нагрева Т , посе дросселирования Т и измеряют ассу вещества, которую ст:;:одят из мпулы при выпуске. Значение изохорной теплоемкости согласно предлагаемому способу наодят из расчетной формулы т, + . 1А GV 2. 1этЦат. -г Для определения поправки на неизохоричность используется следующая система уравнений: (}ЛЬ(iE -lElf UrLT/av ,i :Л Т,-т; 11 3p j-iiv /fi (M /(vi ,, ,Зт|-итЩ -1 и/1з 1р1 (9) Коэффициенты p и К определяют з градуировочного опыта ;-VotUj KiT-Tj kpl. Величина V определяется соотношением V V| / m Из системы уравнений (5) -(.9) для расчета изохорной теплоемкости С, путем алгебраических преобразований получаем расчетную (1) . Значение изобарной теплоемкост ; находится из формульт (2), Устройство, позволяющее осуществить предлагаемый способ, включает низкотемпературный калориметр 1. с выxoдны капилляром 2 и запорным вентилем постоянного объемл з, грузопорилневой манометр 4 , которым через нуль-индикатор 5 давлеч;-яг измеряют давление жидкости в ;йчале и конце опыта, дроссельный вентиль б, через который в съемный мерный баллон 7 выпускают часть жидкости до восстановления в конце опыта начального давления в калориметре. Через вентиль 9 вся или часть системы может вакуутчироваться, в жидкостный термостат 10 для исключения влияния внешней среды поме1,ают систему измерения и регулировки давления, мерный баллон с вентилем 8 служит также для заполнения калориметра исследуемым веществом перед начаJM измерений и взвешивается на ана/Итических весах для определения массы жидкости, выпущенной яз кгшориметра 1,

Пред11агаемым способом измеряются изохорная и изобарная теплоемкости жидкой фазы фреонов Ф 13В1 и Ф-23, Относительная погрешность измерений Ср к C.J составляет 0,3-0,5%.

Таким образом, в предлагаемом способе удается избавиться от погрешностей измерений, которые обусловлены теМ; что, во-первых, в известных способах для определения Ср и Су необходима дополнительная информация p-V-Т данных, что требует проведения двух независимых опьзтов, результатьл которых получаются при разных условиях и нухщаются в математическом сглаживании, предшествукчдем совместной обработке, чем вносится дополнительная систематическая погрешность, во-вторых, norpeixjHocTb полученных значений теплоемкостей включает «систематические погрешности, присущие двум типам измерительных устройств, а при использовании литературных данных о сжимаемости еще и пргрешность, обусловленную влиянием разной степени чистоты исследуемого вещества, чем повышается точность измерений изохорной и изобарной теплоемкостей при их одновременном определении.

Предлагаемый способ позволяет одновременно в одном опыте измерять изохорную и изобарную теплоемкости, не требует проведения дополнительного эксперимента для определения P-V-T данных, и может использоваться при изучении изохорной и изобарной теплоемкостей жидкостей и газов, а также при создании пpof.lЫDшeнныx теплофизических приборов.

СПОСОБ КОМПЛЕКСНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ, заключающийся в том, что в ампулу с исследуемым веществом вводят известное количество тепла, измеряют два значения равновесной температуры исследуемого вещества до и после нагрева, отличающийся тем, что, с целью повьпчения точности измерения изохорной и изобарной теплоемкостей при их одновременном определении, после измерения равновесной температурам Har jeToro вещества его дросселируют до восстановления на чального давления в ампуле, измеряют массу выпущенного вещества и значение равновесной температуры оставшегося в ампуле вещества и по полученным данным рассчитывают значение изобарной и изохорной теплоемкостей по формулам (.Cp-Cnalm i TnT i (ocm,-ni,,,) Г Q 1 (Cp-Cni)vr . ) 1 C,j - изохорная теплоемкость исQ следуемого вещества, Дж-К--1.КГ-; Ср- изобарная теплоемкость исследуемого вещества, Дк.- :иг- CK - теплоемкость ампулы, Q - количество тепла, введенное в ампулу, дж; 1- начальная масса вещества в ампуле, кг; СП л -. масса выпущенного из ампулы вещества, кг; fb,; - температурный коэффициент оо со объемного расширения ампу.лы, Kfi-, V(j - объем ампулы при Ос, К - постоянная ампулы, учитывающая зависимость объема ампулы от давления. Па; Т - значение равновесной температуры исследуемого вещества до нагрева. К; Т2 - значение равновесной TeNmeратуры исследуемого вещества после нагрева до начала дросселирования, к; T-J - значение равновесной температуры исследуемого вещест а, оставшегося в ампуле после дросселирования. К..

L. ff, I /./Л

Т. Tf фиг./

,,m,

7tfp,,/rjf)

ЫРг.тг