实验指导书汇编9.6讲解.doc

实验一 大气压、空气湿度和空气密度测定一、 实验目的1、 掌握测定大气压P、空气湿度ψ的方法、测定原理及测试仪表的结构、使用方法2、 计算湿空气密度ρ二、 实验原理与实验仪表1、 大气压测定大气压测定仪表有两类，一类是水银气压计，一般用于室内测量，精度较高，另一类是空盒气压计，井下测定使用这种仪表1） 水银气压计 水银气压计有动槽式和定槽式两种动槽式水银气压计（图1-1）的主要部件是一根倒置于可动水银槽内的玻璃管，管的上端水银面上是真空的，槽内液面则通向大气，根据托理拆利实验原理，可知玻璃管内水银柱高度就表示了大气压力（毫米汞柱或毫巴）测定时，转动底部调节螺丝4，使槽内水银液面正好与象牙指针2触及，然后转动螺丝6，使游标1的下切口与水银顶面相切，有刻度尺和游标1读出大气压的读值（P读）因为刻度尺是金属的，热胀冷缩，所以要进行读值的湿度校正，有温度计5读出测定的温度，从表1-1查出温度校正值ΔP温，实际大气压Po=P读+ΔP温 定槽式水银气压计的下部水银槽是固定不动的，除不必调节槽内液面高低外，其余使用方法与动槽式相同黄铜刻度尺换算到8℃时温度校正值（ΔP温）（表1-1）当实测温度值与表中温度不符时，可用插值法求得温度校正值。

2） 空盒气压计 空盒气压计结构如图1-2所示，它是由一个波纹状金属真空盒和杠杆转动机构组成大气压变化时，盒面变形值随之发生变化变形值经杠杆机构传动并放大，带动盒面指针转动指出大气压值空盒气压计使用前应当用水银气压计校正校正时用小螺丝刀拧转盒背面（或侧面）的调节螺丝，使指针所示气压值与水银气压计一致测定时，将气压计水平放置，否则会产生误差，仪器完全垂直放置误差可达0.3mmHg，读数前，还应用手指轻轻敲击盒面数下，以消除因摩擦引起的滞后现象，一般应等待数分钟之后读数，读数应根据仪器所附检定证进行刻度、温度和补充校正例如某空盒气压计读数为770mmHg，查得其刻度校正值为ΔP刻=-0.1mmHg，温度校正为P温=-0.03mmHg℃X15℃=-0.45 mmHg，则实际大气压P计算如下：温度℃气压计读值（P读）74075076077078010-1.21-1.22-1.24-1.26-1.2715-1.81-1.83-1.86-1.89-1.9120-2.41-2.44-2.48-2.51-2.5420-3.01-3.05-3.09-3.13-3.1730-3.61-3.26-3.71-3.75-3.80P=P读+ΔP刻+ΔP温+ΔP补=770-0.1-0.45+0.6=770.05mmHg2、 空气相对湿度的测定煤矿井下空气相对湿度常用手摇湿度计和风扇湿度计测定。

它们都由两支水银温度计组成，其中一支为干温度计（又叫干球） 另一支水银球上包着纱布，叫做湿温度计（又叫湿球）（图1-3）测定时，先将湿球上的纱布用清水蘸湿，用手摇温度计时，手摇摇把以每分钟150转的速度旋转1-2分钟，立即读出两支温度计的读数（读数时注意勿受人体体温的影响）湿球因其水蒸气吸热，它的示数低于干球，湿度愈高，蒸发吸热愈多，干湿球温差也愈大，根据干（或湿）温度计（t℃）及温差（Δt℃）由表2-2即可查出空气的相对湿度用风扇湿度计测定时，用仪器小风扇上的钥匙将发条上紧，风扇转动，使空气以一定速度（1.7-3.0m/s）流经干、湿温度计的水银球周围1-2分钟后，两支温度计示数稳定后即可读数三、 实验内容1、 分别用水银气压计和空盒气压计测大气压P2、 分别用手摇湿度计和风扇湿度计测空气的相对湿度，计算绝对湿度3、 计算湿空气密度实验一 大气压、空气湿度和空气密度测定实验班级—— 姓名—— 实验时间——年——月——日一、 实验内容1、 分别用水银气压计和空盒气压计测大气压2、 分别用手摇湿度计和风扇湿度计测空气的相对湿度，计算绝对湿度3、 以水银气压计和风扇湿度计测定结果计算湿空气重率。

二、 实验数据记录1、 大气压水银气压计 空盒气压计读数P读= 读值P读=温度t= ΔPt=校正值ΔPt= ΔP刻=真实大气压Po= P读+ΔPt ΔP补= = 真实大气压 Po= P读+ΔPt+ΔP刻+ΔP补 =空气密度计算按精密公式计算ρ=按近似公式计算ρ=三、 思考题1、 湿度计测定相对湿度时，如干湿球温度差为零，此时相对湿度是多少？2、 湿空气和干空气相比，哪一个密度大？3、 分析空盒气压计测定大气压的误差来源。

1- 气压计标尺；2-玻璃罐封闭端； 1-水银表面；2-指针；3-玻璃罐；3-温度计；4-玻璃罐开口端 4-螺钉；5-水银池；6-游标旋钮 图1-1（1）定槽式水银气压计 图1-1（2）动槽式水银气压计 图1-2 空盒气压计图1-3（1）风扇湿度计 图1-3（2）手摇湿度计1-干球温度玻璃罐；2-湿球温度玻璃罐； 1-干球温度玻璃罐；2-湿球温度玻璃罐；3-湿球 3-湿球实验二 煤的甲烷吸附量测定方法(高压容量法)1、实验目的 掌握煤中甲烷含量随压力的变化规律，通过瓦斯压力计算煤中甲烷的原始含量2 测定原理 煤中大量的微孔内表面具有表面能，当气体与内表面接触时，分子的作用力使甲烷或其他多种气体分子在表面上发生浓集，称为吸附气体分子浓集的数量渐趋增多，为吸附过程；气体分子复返回自由状态的气相中，表面上气体分子数量渐趋减少，为脱附过程表面上气体分子维持一定数量，吸附速率和脱附速率相等时，为吸附平衡。

煤对甲烷的吸附为物理吸附 当吸附剂和吸附质特定时，吸附量与压力和温度呈函数关系，即…………………………………(1) 当温度恒定时：……………………………………(2) 式(2)称为吸附等温线，在高压状态下符合郎格缪(Langmuir)方程：………………………………(3) 式(3)变换后得一直线方程：………………………………(4)式中：T——温度，℃； P——压力，MPa； X——p压力下吸附量，cm3／g； a——吸附常数，当p→∞时，X＝a，即为饱和吸附量，cm3／g； b——为吸附常数，MPa-1 3 测定装置3．1 实验装置 实验装置结构如图1所示主要部件和规格如下： 1—玻璃活塞；2—饱和食盐水量管；3—真空管系；4—放气阀；5—真空抽气控制阀；6—旋片式真空泵；7—高压截止阀；8—真空轨管；9—吸附罐控制阀；10—固态压力传感器；11—吸附罐；121一—电线；13—复合真空计；14—水浴；15—高压空气阀；16—充气罐控制阀；17—铜管或软胶管；18—超级恒温器；19—充气罐；20—多路信号调理器；21—高压气源图1 实验装置示意图  a)吸附罐：容积50cm3，工作压力8MPa，耐压16MPa； b)高压截止阀：工作压力16MPa，耐压25MPa。

密封处要求耐低压4MPa； c)固态压力传感器：测量范围为0～8MPa，精度为0．2％； d)饱和食盐水量管：容积500cm3，分度5cm3，带水准瓶； e)充气罐：容积为吸附罐的1．4倍，耐压16MPa； f)水浴； g)真空系统：φ20mm～40mm玻璃管，带玻璃活塞及真空硅管； h)高纯甲烷气：压力15 MPa，甲烷浓度不低于99％3．2 辅助设备 a)复合真空计； b)恒温器：恒温和控温0～100℃±1℃； c)多路信号调理器：压力传感器二次仪表； d)动槽式气压计； e)标准量管；容积200cm3，分度0．5cm3； f)球磨机； g)干燥箱； h)标准筛； i)精密天秤，感量0．0001 g 4 测定方法 高压容量法测定煤的甲烷吸附量的方法是：将处理好的干燥煤样，装入吸附罐，真空脱气，测定吸附罐的剩余体积，向吸附罐中充入或放出一定体积甲烷，使吸附罐内压力达到平衡，部分气体被吸附，部分气体仍以游离状态处于剩余体积之中，已知充入(放出)的甲烷体积，扣除剩余体积的游离体积，即为吸附体积。

重复这样的测定，得到各压力段平衡压力与吸附体积量，连接起来即为吸附等温线当压力由低向高采取充入甲烷气体方式测试时，得到吸附等温线；反之，压力由高向低采取放出甲烷气体方式测试时，得到解吸等温线吸附和解吸等温线在高压状态下是可逆的，测定二者之一，在应用上是等效的 5 测定步骤5．1 测定前准备工作5．1．1 煤样处理 a)采集煤层全厚样品(或分层)，除去矸石，四分法缩分成1 kg，标准采样要素，装袋，备用； b)取送样的一半全部粉碎，通过0．17～0．25 mm筛网，取0．17～0．25 mm间的颗粒，称出100g，放入称量皿其余煤样分别按GB／T 217、GB／T 211、GB／T 212测定水分(Mad)、灰分(Ad，Aad)、挥发分(Vdaf)和真密度TRD20等； c)将盛煤样的称量皿放入干燥箱，恒温到100℃，保持1 h取出；放入干燥器内冷却； d)称煤样和称量皿总质量G1，将煤样装满吸附罐，再称剩余煤样和称量皿质量G2，则吸附罐中的煤样质量G为：…………………………………(5) 煤样可燃物质量Gr为：……………………………(6)………………………………(7)式中：Ad——干燥基灰分，％； Aad——分析基灰分，％； Mad——分析基水分，％。

5．1．2 吸附罐体积测定 吸附罐体积(Vs)包括吸附罐体积和压力表、接头、阀门、连通管的通径体积之和 校正方法是先将吸附罐连通真空系统，抽成压力为10Pa，关闭阀门，再接通标准量管读取量管初始液面高度值，打开阀门，空气进入吸附罐，量管液面上升，液面上升体积值即为吸附罐容积如此重复3次，取其平均值5．1．3 充气罐体积测定 方法同6．1．25．1．4 吸附罐剩余体积测定 剩余体积(Vd)指吸附罐中除纯煤体积外包括煤颗粒内孔隙、颗粒间。