Устройство для определения тепломассообменных характеристик газовых смесей Советский патент 1990 года по МПК G01N25/18 

Изобретение относится к измерительной технике, используемой в теплофизике и молекулярной физике, и предназначено для определения тепломассо- обменных характеристик (фактора термодиффузии, коэффициента диффузии и теплоемкости Су) газовых смесей.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей

устройства путем определения в одном опыте фактора термодиффузии, коэффициента диффузии и теплоемкости.

Введение малоинерционного датчика температуры в дополнительный термостатируемый сосуд дает возможность измерить кратковременное изменение (уменьшение) температуры, вызванное расширением газовой смеси при запус10

20

ке ее в вакуумированный термостати- руемый сосуд.

Установление клапана между термо- статируемым сосудом и соединительной трубкой дает возможность изолировать термостатируемые сосуды от соединительной трубки и камеры катарометра (на время измерения Tj ) , точно определить ДТ, объем газовой смеси после расширения, а следовательно, и С .

На чертеже показано устройство для определения тепломассообменных характеристик газовых смесей.

Устройство содержит газосмеситель- ную систему 1, помещенный в термостат катарометр 2, содержащий измерительную 3 и сравнительную k камеры, соединенные с измерительным блоком 5, термостатируемый сосуд 6, соединительную трубку 7, дополнительный термостатируемый сосуд 8, датчик 9 температуры, расположенный в дополнительном термостатируемом сосуде 8 и соединенный с измерительным блоком 5. 25 управляемые клапаны 10-12, блок 13 управления, вентили и 15.

Сравнительная камера k катарометра соединена с помощью управляемого клапана 10 с измерительной камерой J, и с помощью вентиля 15 с газосмесительной системой 1. Термостатируемый сосуд 6 расположен над измерительной камерой 3 катарометра 2 и соединен с ней с помощью соединительной трубки 7 через управляемый клапан 12. Дополни тельный термостатируемый сосуд 8 соединен через вентиль И с газосмесительной системой 1 и с помощью управляемого клапана 11 - с термостатируе- мым сосудом 6.

Устройство работает следующим об- разом.

В исходном состоянии в газосмесирасширения (т.е. без совершения внешней работы) происходит уменьшение температуры газовой смеси в сосуде 8 на величину ДТ. С помощью малоинерционного датчика температуры, например полупроводникового терморезистора, измеряют температуру Тг. Величину Cv определяют по следующему соотношению:

v где V

3PtҐL . (.1 Ь Т - т. v

V,

30

- т, 4v2 v,

,, v - объемы, занимаемые газовой смесью до и после расширения, м3/моль, причем V - V, UV VT,;

Т2 - температура газовой смеси до и после расширения , К;

РК - критическое давление газовой смеси, МПа ,

VK - критической мольный объем газовой смеси, м3/моль.

Значения критических параметров Рк и V для смесей можно определить, например, из следующих выражений: Рк Х,РК, + ХгР„ ; VK X,VK + XzVKi, где X , Х- - мольные доли компонентов смеси, которым соответствуют критические

,- 35

постоянные Р„

РК V 1

Далее закрывают клапан 1

и

40

и открывают клапаны 10 и 12, а также включают измерительный блок катарометра 2. В соединительной трубке 7 под влиянием градиента температуры начинается процесс термодиффузии. С помощью измерительной системы катарометра ре , гистрируют изменение концентрации и время релаксации, определяют фактор

тельной системе находится исследуемая 45 термодиффузии и коэффициент диффузии.

газовая смесь, в остальной системеПри расширении газовой смеси максимальное изменение (уменьшение) температуры происходит за доли секунд. Затем температура устанавливается до первоначального значения. Введение в дополнительный термостатируемый сосуд 8 датчика 9 температуры и клапана 12 между те-рмостатируемым сосудом 6 и соединительной трубкой 7 позволяет восстановить заданную температуру после расширения газовой смеси в сосудах 8 и 6. Затем открывают клапан 12 и включают измерительную систему катарометра для измерения сдвига

уста новлен вакуум. В ка тарометре 2 установлена температура Т, в термо- статируемых сосудах 6 и 8 - температура Т, (Т, Т). Все вентили и клапа- .ны закрыты. Из газосмесительной сис- демы через вентили И и 15 подают газовую смесь в сосуды Ц и 8 до установления определенного давления Р. После прогревания газовой смеси открывают клапан 11 и включают измерительный блок 5. Газовая смесь, расширяясь, заполняет термостатируемый сосуд 6. В результате адиабатного

расширения (т.е. без совершения внешней работы) происходит уменьшение температуры газовой смеси в сосуде 8 на величину ДТ. С помощью малоинерционного датчика температуры, например полупроводникового терморезистора, измеряют температуру Тг. Величину Cv определяют по следующему соотношению:

v где V

3PtҐL . (.1 Ь Т - т. v

V,

- т, 4v2 v,

,, v - объемы, занимаемые газовой смесью до и после расширения, м3/моль, причем V - V, UV VT,;

Т2 - температура газовой смеси до и после расширения , К;

РК - критическое давление газовой смеси, МПа ,

VK - критической мольный объем газовой смеси, м3/моль.

Значения критических параметров Рк и V для смесей можно определить, например, из следующих выражений: Рк Х,РК, + ХгР„ ; VK X,VK + XzVKi, где X , Х- - мольные доли компонентов смеси, которым соответствуют критические

35

постоянные Р„

РК V 1

Далее закрывают клапан 1

и

и откр вают клапаны 10 и 12, а также включ ют измерительный блок катарометра 2 В соединительной трубке 7 под влиян ем градиента температуры начинается процесс термодиффузии. С помощью из мерительной системы катарометра регистрируют изменение концентрации и время релаксации, определяют фактор

При расширении газовой смеси мак0

5

симальное изменение (уменьшение) температуры происходит за доли секунд. Затем температура устанавливается до первоначального значения. Введение в дополнительный термостатируемый сосуд 8 датчика 9 температуры и клапана 12 между те-рмостатируемым сосудом 6 и соединительной трубкой 7 позволяет восстановить заданную температуру после расширения газовой смеси в сосудах 8 и 6. Затем открывают клапан 12 и включают измерительную систему катарометра для измерения сдвига

5 1

концентрации и времени релаксации и определения фактора термодиффузии и коэффициента диффузии,

Расположение малоинерционного датчика 9 температуры в непосредственной близости от выходного отверстия дополнительного термостати- руемого сосуда 8 позволяет повысить точность измерения падения температуры в результате адиабатного расширения газовой смеси.

Формула изобретения

1. Устройство для определения тепломассообменных характеристик газовых смесей, содержащее газосмесительную систему, катарометр, включающий сообщающиеся между собой измерительную и сравнительную камеры, вход катарометра соединен с газосмесительной системой, а выход его - с блоком измерения, термостатируемый сосуд, сообщающийся с измерительной камерой катарометра с помощью соеди39630

нительной трубки и соединенный с газосмесительной системой через дополнительный термостатируемый сосуд и управляемые клапаны, установленные между камерами катарометра и термо- статируемыми сосудами, соединенные с блоком управления, отличающееся тем, что, с целью расши.Q рения функциональных возможностей устройства путем определения в одном опыте фактора термодиффузии, коэффициента диффузии и теплоемкости газовых смесей, между термостатируемым

5 сосудом и соединительной трубкой установлен управляемый клапан, соединенный с блоком управления, а в дополнительном термостатируемом сосуде размещен датчик температуры, соеди20 ненный с измерительным блоком.

2. Устройство по п,1, о т л и ч а- ю щ е е с я тем, что, с целью по вышения точности определения теплоемкости, датчик температуры установ25 лен у выходного отверстия дополнительного термостатируемого сосуда.

Изобретение относится к измерительной технике в области теплофизики и молекулярной физики. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства по определению коэффициента диффузии и фактора термодиффузии за счет определения в одном эксперименте дополнительно теплоемкости C_V. Устройство содержит газосмесительную систему, помещенный в термостат катарометр, содержащий измерительную и сравнительную камеры, соединенные с измерительным блоком, термостатируемый сосуд, датчик температуры, расположенный в дополнительном термостатируемом сосуде и соединенный с измерительным блоком, управляемые клапаны, блок управления, вентили. Сравнительная камера катарометра соединена с помощью управляемого клапана с измерительной камерой и с помощью вентиля с газосмесительной системой. Термостатируемый сосуд расположен над измерительной камерой катарометра и соединен с ней с помощью соединительной трубки через управляемый клапан. Дополнительный термостатируемый сосуд соединен через вентиль с газосмесительной системой и с помощью управляемого клапана с термостатируемым сосудом. Введение малоинерционного датчика температуры в дополнительный термостатируемый сосуд и установление клапана между термостатируемым сосудом и соединительной трубкой дает возможность точно определить изменение температуры и объем газовой смеси, необходимые для определения теплоеметания статических и

«