一种“脉冲法”绝热指数测量装置及测量方法

1.本发明属于绝热指数测量领域，涉及一种“脉冲法”绝热指数测量装置及测量方法。


背景技术：

2.绝热指数是描述气体性质的重要参数，其在数值上等于该气体的定压比热容与定容比热容之比，其数值的大小与气体的种类、所受压力和温度有关；
3.现有测量装置及测量方法，如申请号cn200810035559.2、cn201611010425.6、cn201710600242.8、su1030836-a、wo8809484-a、cn201510536904.0及其它绝热指数测量相关发明专利公开了多种通过气体绝热指数的测量装置及方法，但均需要构建绝热环境进行测量，而该类测量装置测量环境难以达到绝对的绝热条件，精度低，技术难度大，操作繁琐，成本高昂。


技术实现要素：

4.要解决的技术问题
5.为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种“脉冲法”绝热指数测量装置及测量方法，是一种低成本高精度绝热指数的测量装置。该装置通过气体声速与该气体介质绝热指数关系，利用声波传播过程为绝热压缩过程，实现在非绝热环境条件下对于绝热指数的高精度测量，同时可以在较短时间内测量多组数据，具有良好的动态响应特性。
6.技术方案
7.一种“脉冲法”绝热指数测量装置，其特征在于包括声速测量系统和温度测量系统；所述声速测量系统包括超声收发器模块207，数据处理模块及电源模块104的5v直流供电；所述温度测量系统包括温度探针210和电源模块104的220v交流供电；所述超声收发器模块207和温度探针210分别置于管状结构的上下两个顶端，超声收发器模块207的输出、温度探针210的输出与数据处理模块208连接。
8.所述超声收发器模块的输出、温度探针的输出与外部的显示模块连接。
9.所述绝热指数测量装置主体内部为测量区域，并在测量区域放置超声收发器模块207与温度探针210。
10.所述顶端的超声收发器模块207上和温度探针210设有封严罩201。
11.一种利用所述“脉冲法”绝热指数测量装置测量气体的绝热指数的方法，其特征在于：根据气体中声速的计算公式结合其摩尔质量与气体常数，从而计算出气体的绝热指数k；其中：c当前温度下的介质声速、k该气体介质的绝热指数、rg该介质的气体常数、t气体介质温度。
12.有益效果
13.本发明提出的一种“脉冲法”绝热指数测量装置及测量方法，利用与以往不同的原理，极大降低了仪器成本，提高了测量精度，同时该装置高效利用电子测量系统，相比现有
装置有效简化了测量流程，具有良好的动态响应特性，由此该装置能够建立测量数据库，便于对数据进行处理分析，有助于对气体绝热指数进行更深入的研究。
附图说明
14.图1是本发明的"脉冲法"绝热指数测量装置的工作原理图，其中包括：
15.实线为信息流，虚线为电流。包括101测量装置主体，208数据处理模块、209声速显示模块、211温度显示模块、104电源模块；
16.图2是图1中绝热指数测量装置主体内部的结构示意图，其中包括：
17.201封严罩、202螺栓螺母、203垫片、204环形橡胶垫、205多孔支撑板、206管状主体、207超声收发器模块、210温度探针；
18.图3是上述封严罩立体结构图；
19.图4是上述管状结构端部立体结构图；
20.图5是上述环形橡胶垫立体结构图。
具体实施方式
21.现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
22.一种“脉冲法”绝热指数测量装置，其特征在于：所述绝热指数测量装置主体、声速测量系统、温度测量系统、支架台；
23.所述绝热指数测量装置主体为管状结构，内部为测量区域，两端分别布置声速测量系统与温度测量系统的测量端；
24.所述声速测量系统由超声收发器模块，数据处理模块，声速显示模块及5v直流电源组成，超声收发器模块可发出并接收超声信号，输出发射与接收时间间隔；
25.上述超声收发器模块置于上述绝热指数测量装置主体内部一端，通过超声收发器发射多个超声脉冲信号，上述信号在测量区域内传播，再另一端发生反射并被超声收发器模块接收，将信号传递至外部数据处理模块；
26.上述数据处理模块计算超声波传播的平均值，利用已知传播距离，实现对于声速的计算，并将数据传递至显示模块进行显示；
27.所述温度测量系统由温度探针，温度显示模块，电源模块组成；
28.所述温度探针置于上述绝热指数测量装置主体内部一端，且与上述超声收发器模块不同侧，用于测量装置内部气体温度，并将数据传送至外部显示模块。
29.所述绝热指数测量装置利用上述声速测量系统与温度测量系统得到该气体介质声速与温度值，根据气体中声速的计算公式结合其摩尔质量与气体常数，从而计算出气体的绝热指数k。
30.本实施例是一种“脉冲法”绝热指数测量装置。
31.所述"脉冲法"绝热指数测量装置包括：101测量装置主体，102声速测量模块、103温度测量系统、104电源模块以及105支架台；
32.本实施例通过测量气体介质中声速与温度，利用声速、温度与绝热指数的关系，间接测量得到该气体绝热指数值，避免了对于绝热环境的构建。
33.为达到上述目的，本实施例采取以下措施：
34.上述101测量装置主体由201封严罩、202螺栓螺母、203垫片、204环形橡胶垫、205多孔支撑板、206管状主体组成；
35.上述102声速测量模块由207超声收发器模块，208数据处理模块，209声速显示模块上述103温度测量系统由210温度探针，211温度显示模块组成；
36.上述104电源模块由220v交流供电，5v直流供电组成；
37.具体的：
38.上述201封严罩为正锥形结构，上端有引线孔用于引线以及换气孔用于更换气体，下端为外环形安装边，锥形底面内径与环形安装边内径相同；
39.上述外环形安装边，内径与外径分别与206管状主体内径与外径相同；
40.上述204环形橡胶垫，内径与外径分别与206管状主体内径与外径相同；
41.上述205多孔支撑板，为304不锈钢材料制成的圆形冲压孔板，其直径介于206管状主体内径与外径之间；
42.上述205多孔支撑板，用于支撑内部测量结构，同时利用孔洞打碎来流涡，使来流更加均匀；
43.上述206管状主体两端面，201封严罩外环形安装边，204环形橡胶垫在相同半径处皆均布六个螺栓孔，用于穿过202螺栓螺母，且该孔距轴线距离应大于孔半径与多孔支撑板半径之和，以避免螺栓孔与205多孔支撑板相接触；
44.上述206管状主体螺栓孔内有螺纹，用于与上述螺栓连接；
45.上述201封严罩，204环形橡胶垫及205多孔支撑板均有两个，分别置于206管状主体两端；
46.上述204环形橡胶垫，一端抵接206管状主体，另一端抵接201封严罩，两端各组件皆通过202螺栓螺母连接，产生紧度，实现端面密封；
47.上述多孔支撑板置于204环形橡胶垫中间，与206管状主体相接触，206管状主体在两端面应有深度约为205多孔支撑板厚度，半径与205多孔支撑板半径相等的凹槽，用于定位与放置205多孔支撑板；
48.上述207超声收发器模块，置于装置主体下端201密封罩与205多孔支撑板形成的空腔内，固定于上述205多孔支撑板上，由下向上发射超声波；
49.上述207超声收发器模块，线路通过201密封罩锥形顶部引线孔引出，连接于装置外部的208数据处理模块；
50.上述208数据处理模块使用104电源模块5v直流电源供电，上述207超声收发器模块与209声速显示模块通过与208数据处理模块连接实现供电；
51.上述210温度探针，置于101测量装置主体上端201密封罩与205多孔支撑板形成的空腔内，测量端靠近205多孔支撑板，通过201密封罩固定后端；
52.上述210温度探针，线路通过201密封罩锥形顶部引线孔引出，连接于装置外部的211温度显示模块；
53.上述211温度显示模块通过104电源模块220v交流供电，上述210温度探针通过与211温度显示模块连接实现供电；
54.上述201密封罩引线孔均使用密封胶密封；
55.进一步地，通过上述209声速显示模块，211温度显示模块可读取待测气体温度与
声速，结合其摩尔质量与气体常数，可实现对于待测气体绝热指数的测量；
56.进一步地，上述201封严罩顶部有换气孔，两端201封严罩的换气孔与单向阀相连，从一侧通入气体，另一侧排出气体，实现待测气体的更换；
57.进一步的，上述换气孔与换气装置使用密封胶密封固定；
58.进一步地，相对于测量区域原有气体，低密度气体从上方通入，高密度气体从下方通入；
59.进一步地，在低流速下通入一段时间气体，可保证测量区域气体纯度；
60.更优地，可先使用真空泵抽去内部原有气体，后通入新的待测气体。
61.进一步地，将上述装置全部组装完成后，下端置于上述105支架台，实现装置地固定；
62.进一步地，上述105支架台与装置接触端面，固定有橡胶材料，使装置更稳定；
63.进一步地，上述105支架台由铁圈与支柱焊接制作，下端201封严罩引线孔引线通过支柱间隙引出；
64.更优地，可利用其它方式制作上述105支架台，保证装置整体稳定，便于线路连接。
65.为了充分了解该"脉冲法"绝热指数测量装置，进一步解释其安装包括以下步骤：
66.步骤1:将换气装置置于两个封严罩换气孔，通过封严胶密封固定；
67.步骤2:将超声收发器模块导线穿过封严罩引线孔，并通过密封胶密封固定；
68.步骤3:将超声收发器模块固定于多孔支撑板，收发面朝向管道内部，上述固定由超声收发器模块的多孔支撑板置于管状主体一端圆形定位凹槽，再放置环形橡胶垫固定多孔支撑板；
69.步骤4:将超声收发器模块连接封严罩内部导线接头，确保连接固定后，将封严罩环形安装边盖于环形橡胶垫上，将螺栓由外向内旋入管状主体端面螺栓孔，与管状主体螺纹孔相连接，保证一定紧度，则完成装置下端各组件安装；
70.步骤5：将温度探针导线穿过另一封严罩引线孔，必要时将一部分温度探针穿过引线孔，使温度探针测量端尽可能靠近多孔支撑板，位置调整好后，利用封严胶将温度探针密封固定于封严罩引线孔；
71.步骤6：将另一多孔支撑板置于管状主体另一端后，放置环形橡胶垫固定多孔支撑板，再将固定好温度探针及换气装置的封严罩安装边置于环形橡胶垫上，将螺栓由外向内旋入管状主体端面螺栓孔，保证一定紧度，则完成装置上端各组件安装。
72.步骤7：将装配好的测量装置主体竖直立起，超声收发器所在端为下端，下端端面置于支架台上实现固定；
73.步骤8：连接外部气路与各测量装置电路，保证线路连接准确；
74.步骤9：接通电源进行测量。