CN113218816A - 一种利用热重法测试未知气体不同温度下密度的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用热重法测试未知气体不同温度下密度的方法，包括以下步骤；步骤一、由于浮力效应是由于气体密度发生变化引起的，可以利用这一现象来区分不同气体的密度，进行热分析测试时保证气体流量一致，最好使用质量流量计控制气体流量，从热分析T值的分析可以将T值描述为T＝G‑F(1)，开始测试时候，为了方便计算，我们通常需要将T值清零；本发明能够利用热分析TG曲线浮力效应测试已知气体不同温度下密度，未知气体不同温度下的密度，异性小物体体积。

Description

一种利用热重法测试未知气体不同温度下密度的方法
技术领域
本发明涉及气体密度测试技术领域，具体涉及一种利用热重法测试未知气体不同温度下密度的方法。
背景技术
在工业应用，石油化工，电子工业，凡是涉及到使用气体的行业都有测试气体密度的需求。而目前测试气体密度的方法通过天平；量筒；以及带塞子的密封性良好的瓶子等简陋仪器进行测试，无法实现自动测量，也无法精确测量不同温度变化下气体密度的变化。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的目前测试气体密度的方法通过天平；量筒；以及带塞子的密封性良好的瓶子等简陋仪器进行测试，无法实现自动测量，也无法精确测量不同温度变化下气体密度的变化的问题，提供一种利用热重法测试未知气体不同温度下密度的方法，该利用热重法测试未知气体不同温度下密度的方法具有利用热分析TG曲线浮力效应测试已知气体不同温度下密度，未知气体不同温度下的密度，异性小物体体积的效果。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种利用热重法测试未知气体不同温度下密度的方法，包括以下步骤；
步骤一、由于浮力效应是由于气体密度发生变化引起的，可以利用这一现象来区分不同气体的密度，进行热分析测试时保证气体流量一致，最好使用质量流量计控制气体流量，从热分析T值的分析可以将T值描述为T＝G-F(1)，开始测试时候，为了方便计算，我们通常需要将T值清零；
步骤二、物体在气体中的浮力可以表示为F＝ρgV(2)，气体的密度主要受到三个因素影响，1气体类型、2温度、3大气压标准状况(0℃，100kPa)下；
步骤三、当热分析炉体中温度升高时，气体的密度随温度升高而减小，而在同一地点的大气压不变，重力加速度也不变，支架的体积会有少许增加，可以通过计算得到V的变化，由于气体的体积膨胀远大于支架的膨胀，因此，热分析TG曲线表现为T值随温度逐渐增大，T值增大主要受到气体密度减小的影响；
步骤四、利用浮力效应计算已知温度气体密度在不同温度点的密度；可以知道曲线中任意两点的T值变化是由于气体浮力改变带来的T值增加，那么可以得到Tb-Ta＝ρagV-ρbgV(3)，任意温度的T值可以由热天平读出，那么可以求的gV＝(Tb-Ta)/(ρa-ρb)(4)，要得到其他任意温度点气体的密度值可以由ρ＝ρb-(T-Tb)/gV(5)计算得到；
步骤五、根据已知气体的密度计算未知气体密度方法；同一温度下，g为重力加速度，V为支架体积相同，那么T值变化主要和气体密度相关，那么不同气体在同一温度下，可以得到Te/ρe＝k*(Ta/ρa)(6)；
步骤六、根据已知气体计算异形小物体的体积变化；在同一种气体中，虽然气体密度相同，但由于不同坩埚等物体的体积不同，因此浮力也不同，因而也能在热分析热重曲线上显示出随温度变化的差异，利用这一差异，可以利用已知物体的体积去得到未知物体的体积，特别是异性的物体体积，Ta/ρgVa＝kTe/ρgVe(8)可以通过计算得到k值，k＝TeVa/TaVe(9)，那么可以得到任意小物体体积公式为V＝VaT/kTa(10)。
优选的，所述公式(1)中，T为热重天平数值，G为支架重力，F为支架受到的浮力。
优选的，所述公式(2)中可以得出F为支架受到的浮力，ρ为气体密度，g为重力加速度，V为支架体积。
优选的，任何理想气体气体摩尔体积约为22.4L/mol。
优选的，所述公式(6)中Te，Ta分别为已知气体测试的T值，k为修正系数，ρa，ρe为气体a，气体e密度，那么可以得到k＝Ta*ρe/Te*ρa(7)。
优选的，在已知T值的情况下，可以得出任一未知气体密度ρ＝k*T*ρa/Ta(7)。
与现有技术相比，本发明提供了一种利用热重法测试未知气体不同温度下密度的方法，具备以下有益效果：
本发明能够利用热分析TG曲线浮力效应测试已知气体不同温度下密度，未知气体不同温度下的密度，异性小物体体积，热重分析仪是测试样品随温度变化过程重量的变化，由于热分析天平的分辨率都是百万分之一克的精度，对样品测试的热重数据精度很高，热分析测试过程中为了对样品进行保护或者反应，会对炉体中通入质量恒定的气氛，一般有氩气，氦气，氮气，空气，二氧化碳等，且测试样品前还要对仪器进行基线测试以扣除背景，我们知道处于气体中的样品受到重力和气体中的浮力的共同作用产生天平的度数，因为气体中的浮力相对于重力太小，往往忽略不计，而高精度天平下且能够感知这一微小的变化，这就是TG分析里面出现的浮力效应，浮力效应表现为随温度增加TG值逐渐增大，升温过程中，其温度增加导致气体密度发生减少，处于气体包围的样品支架的浮力减小，到而重力不发生变化，因此，其天平反应的TG值会发生增大的现象，表现为不同气体的通入炉体实验时，会引起在加热过程中TG值的基线背景不同，虽然浮力效应会不利于对样品的热重分析的基线扣除，但是，由于浮力效应是由于气体密度发生变化引起的，那么我们可以利用这一现象来区分不同气体的密度，进行热分析测试时保证气体流量一致，最好使用质量流量计控制气体流量。
附图说明
图1是本发明提出的不同气体下的空白TG曲线变化图；
图2是本发明提出的同一种气体下，不同大小坩埚的空白TG曲线变化图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：一种利用热重法测试未知气体不同温度下密度的方法，包括以下步骤；
步骤一、由于浮力效应是由于气体密度发生变化引起的，可以利用这一现象来区分不同气体的密度，进行热分析测试时保证气体流量一致，最好使用质量流量计控制气体流量，从热分析T值的分析可以将T值描述为T＝G-F(1)，开始测试时候，为了方便计算，我们通常需要将T值清零；
步骤二、物体在气体中的浮力可以表示为F＝ρgV(2)，气体的密度主要受到三个因素影响，1气体类型、2温度、3大气压标准状况(0℃，100kPa)下；
步骤三、当热分析炉体中温度升高时，气体的密度随温度升高而减小，而在同一地点的大气压不变，重力加速度也不变，支架的体积会有少许增加，可以通过计算得到V的变化，由于气体的体积膨胀远大于支架的膨胀，因此，热分析TG曲线表现为T值随温度逐渐增大，T值增大主要受到气体密度减小的影响；
步骤四、利用浮力效应计算已知温度气体密度在不同温度点的密度；可以知道曲线中任意两点的T值变化是由于气体浮力改变带来的T值增加，那么可以得到Tb-Ta＝ρagV-ρbgV(3)，任意温度的T值可以由热天平读出，那么可以求的gV＝(Tb-Ta)/(ρa-ρb)(4)，要得到其他任意温度点气体的密度值可以由ρ＝ρb-(T-Tb)/gV(5)计算得到；
步骤五、根据已知气体的密度计算未知气体密度方法；同一温度下，g为重力加速度，V为支架体积相同，那么T值变化主要和气体密度相关，那么不同气体在同一温度下，可以得到Te/ρe＝k*(Ta/ρa)(6)；
步骤六、根据已知气体计算异形小物体的体积变化；在同一种气体中，虽然气体密度相同，但由于不同坩埚等物体的体积不同，因此浮力也不同，因而也能在热分析热重曲线上显示出随温度变化的差异，利用这一差异，可以利用已知物体的体积去得到未知物体的体积，特别是异性的物体体积，Ta/ρgVa＝kTe/ρgVe(8)可以通过计算得到k值，k＝TeVa/TaVe(9)，那么可以得到任意小物体体积公式为V＝VaT/kTa(10)。
本发明中，优选的，所述公式(1)中，T为热重天平数值，G为支架重力，F为支架受到的浮力。
本发明中，优选的，所述公式(2)中可以得出F为支架受到的浮力，ρ为气体密度，g为重力加速度，V为支架体积。
本发明中，优选的，任何理想气体气体摩尔体积约为22.4L/mol。
本发明中，优选的，所述公式(6)中Te，Ta分别为已知气体测试的T值，k为修正系数，ρa，ρe为气体a，气体e密度，那么可以得到k＝Ta*ρe/Te*ρa(7)。
本发明中，优选的，在已知T值的情况下，可以得出任一未知气体密度ρ＝k*T*ρa/Ta(7)。
实施例1
一种利用热重法测试未知气体不同温度下密度的方法，包括以下步骤；
步骤一、由于浮力效应是由于气体密度发生变化引起的，可以利用这一现象来区分不同气体的密度，进行热分析测试时保证气体流量一致，最好使用质量流量计控制气体流量，从热分析T值的分析可以将T值描述为T＝G-F(1)，开始测试时候，为了方便计算，我们通常需要将T值清零；
步骤二、物体在气体中的浮力可以表示为F＝ρgV(2)，气体的密度主要受到三个因素影响，1气体类型、2温度、3大气压标准状况(0℃，100kPa)下；
步骤三、当热分析炉体中温度升高时，气体的密度随温度升高而减小，而在同一地点的大气压不变，重力加速度也不变，支架的体积会有少许增加，可以通过计算得到V的变化，由于气体的体积膨胀远大于支架的膨胀，因此，热分析TG曲线表现为T值随温度逐渐增大，T值增大主要受到气体密度减小的影响；
步骤四、利用浮力效应计算已知温度气体密度在不同温度点的密度；可以知道曲线中任意两点的T值变化是由于气体浮力改变带来的T值增加，那么可以得到Tb-Ta＝ρagV-ρbgV(3)，任意温度的T值可以由热天平读出，那么可以求的gV＝(Tb-Ta)/(ρa-ρb)(4)，要得到其他任意温度点气体的密度值可以由ρ＝ρb-(T-Tb)/gV(5)计算得到；
步骤五、根据已知气体的密度计算未知气体密度方法；同一温度下，g为重力加速度，V为支架体积相同，那么T值变化主要和气体密度相关，那么不同气体在同一温度下，可以得到Te/ρe＝k*(Ta/ρa)(6)；
步骤六、根据已知气体计算异形小物体的体积变化；在同一种气体中，虽然气体密度相同，但由于不同坩埚等物体的体积不同，因此浮力也不同，因而也能在热分析热重曲线上显示出随温度变化的差异，利用这一差异，可以利用已知物体的体积去得到未知物体的体积，特别是异性的物体体积，Ta/ρgVa＝kTe/ρgVe(8)可以通过计算得到k值，k＝TeVa/TaVe(9)，那么可以得到任意小物体体积公式为V＝VaT/kTa(10)。
实施例2
所述公式(1)中，T为热重天平数值，G为支架重力，F为支架受到的浮力，所述公式(2)中可以得出F为支架受到的浮力，ρ为气体密度，g为重力加速度，V为支架体积，任何理想气体气体摩尔体积约为22.4L/mol，所述公式(6)中Te，Ta分别为已知气体测试的T值，k为修正系数，ρa，ρe为气体a，气体e密度，那么可以得到k＝Ta*ρe/Te*ρa(7)，在已知T值的情况下，可以得出任一未知气体密度ρ＝k*T*ρa/Ta(7)。
本发明能够利用热分析TG曲线浮力效应测试已知气体不同温度下密度，未知气体不同温度下的密度，异性小物体体积，热重分析仪是测试样品随温度变化过程重量的变化，由于热分析天平的分辨率都是百万分之一克的精度，对样品测试的热重数据精度很高，热分析测试过程中为了对样品进行保护或者反应，会对炉体中通入质量恒定的气氛，一般有氩气，氦气，氮气，空气，二氧化碳等，且测试样品前还要对仪器进行基线测试以扣除背景，我们知道处于气体中的样品受到重力和气体中的浮力的共同作用产生天平的度数，因为气体中的浮力相对于重力太小，往往忽略不计，而高精度天平下且能够感知这一微小的变化，这就是TG分析里面出现的浮力效应，浮力效应表现为随温度增加TG值逐渐增大，升温过程中，其温度增加导致气体密度发生减少，处于气体包围的样品支架的浮力减小，到而重力不发生变化，因此，其天平反应的TG值会发生增大的现象，表现为不同气体的通入炉体实验时，会引起在加热过程中TG值的基线背景不同，虽然浮力效应会不利于对样品的热重分析的基线扣除，但是，由于浮力效应是由于气体密度发生变化引起的，那么我们可以利用这一现象来区分不同气体的密度，进行热分析测试时保证气体流量一致，最好使用质量流量计控制气体流量。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种利用热重法测试未知气体不同温度下密度的方法，其特征在于，包括以下步骤；
步骤一、由于浮力效应是由于气体密度发生变化引起的，可以利用这一现象来区分不同气体的密度，进行热分析测试时保证气体流量一致，最好使用质量流量计控制气体流量，从热分析T值的分析可以将T值描述为T＝G-F(1)，开始测试时候，为了方便计算，我们通常需要将T值清零；
步骤二、物体在气体中的浮力可以表示为F＝ρgV(2)，气体的密度主要受到三个因素影响，1气体类型、2温度、3大气压标准状况(0℃，100kPa)下；
步骤三、当热分析炉体中温度升高时，气体的密度随温度升高而减小，而在同一地点的大气压不变，重力加速度也不变，支架的体积会有少许增加，可以通过计算得到V的变化，由于气体的体积膨胀远大于支架的膨胀，因此，热分析TG曲线表现为T值随温度逐渐增大，T值增大主要受到气体密度减小的影响；
步骤四、利用浮力效应计算已知温度气体密度在不同温度点的密度；可以知道曲线中任意两点的T值变化是由于气体浮力改变带来的T值增加，那么可以得到Tb-Ta＝ρagV-ρbgV(3)，任意温度的T值可以由热天平读出，那么可以求的gV＝(Tb-Ta)/(ρa-ρb)(4)，要得到其他任意温度点气体的密度值可以由ρ＝ρb-(T-Tb)/gV(5)计算得到；
步骤五、根据已知气体的密度计算未知气体密度方法；同一温度下，g为重力加速度，V为支架体积相同，那么T值变化主要和气体密度相关，那么不同气体在同一温度下，可以得到Te/ρe＝k*(Ta/ρa)(6)；
步骤六、根据已知气体计算异形小物体的体积变化；在同一种气体中，虽然气体密度相同，但由于不同坩埚等物体的体积不同，因此浮力也不同，因而也能在热分析热重曲线上显示出随温度变化的差异，利用这一差异，可以利用已知物体的体积去得到未知物体的体积，特别是异性的物体体积，Ta/ρgVa＝kTe/ρgVe(8)可以通过计算得到k值，k＝TeVa/TaVe(9)，那么可以得到任意小物体体积公式为V＝VaT/kTa(10)。
2.根据权利要求1所述的利用热重法测试未知气体不同温度下密度的方法，其特征在于，所述公式(1)中，T为热重天平数值，G为支架重力，F为支架受到的浮力。
3.根据权利要求1所述的利用热重法测试未知气体不同温度下密度的方法，其特征在于，所述公式(2)中可以得出F为支架受到的浮力，ρ为气体密度，g为重力加速度，V为支架体积。
4.根据权利要求1所述的利用热重法测试未知气体不同温度下密度的方法，其特征在于，任何理想气体气体摩尔体积约为22.4L/mol。
5.根据权利要求1所述的利用热重法测试未知气体不同温度下密度的方法，其特征在于，所述公式(6)中Te，Ta分别为已知气体测试的T值，k为修正系数，ρa，ρe为气体a，气体e密度，那么可以得到k＝Ta*ρe/Te*ρa(7)。
6.根据权利要求5所述的利用热重法测试未知气体不同温度下密度的方法，其特征在于，在已知T值的情况下，可以得出任一未知气体密度ρ＝k*T*ρa/Ta(7)。
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