專(zhuān)利名稱(chēng)：粒雪封閉氣泡體積測(cè)量?jī)x的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于一種均勻固體介質(zhì)中封閉氣泡體積測(cè)量?jī)x，尤其是屬于粒雪封閉氣泡體積測(cè)量?jī)x。
背景技術(shù)：
寒冷的高山極高海拔及極地地區(qū)發(fā)育有大量具厚的冰川，由于溫度極低，新降雪以顆粒形式堆積在冰川表面，隨著時(shí)間的推移，積壓粒雪層的厚度逐漸加深，粒雪與粒雪間隙縮小，逐漸形成封閉的氣泡。測(cè)量粒雪中封閉氣泡體積是為了定量研究冰川或冰蓋上部幾十米到上百米深度內(nèi)粒雪晶粒之間間隙隨深度的閉合過(guò)程，其對(duì)于研究冰川的形成、演變具有重要的意義。封閉的氣泡體積的測(cè)量不僅能定量反映從雪到冰的成冰作用過(guò)程，而且能直接計(jì)算同層位冰與其中包裹氣體的年齡差，這在冰芯包裹氣體定年研究上占有非常重要的位置。早期廣泛用于封閉氣泡氣體體積測(cè)定的方法是除去粒雪開(kāi)放氣孔中的氣體，然后融化粒雪樣，收集氣泡中釋放出來(lái)的氣體，并測(cè)量其體積(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))(參閱Langway C.C.1958.Physics of the movement of the ice.LAHSPublication，47336~349；Raynaud D.and Lebel B.1979.Total gascontent and surface elevation of polar ice sheets.Nature，281289~291)。除去開(kāi)放氣孔中氣體有兩種方法可供選擇一種是對(duì)放置粒雪樣的密封容器抽真空；另一種是將粒雪樣緩慢浸入液體(如煤油)中，讓液體進(jìn)入氣孔中并取代其中氣體所占的空間。這兩種方法都需要破壞樣品，過(guò)程繁瑣，而且收集氣泡中釋放的氣體需要超低溫設(shè)備，代價(jià)昂貴，得出的結(jié)果誤差較大，沒(méi)有可比性。其次，抽真空的方法還有一個(gè)潛在的危險(xiǎn)，那就是氣泡內(nèi)外的壓力差過(guò)大，那些比較脆弱氣泡容易破裂，引起測(cè)試值小于真實(shí)值，而液體浸潤(rùn)會(huì)將一部分氣孔中的氣體堵塞在氣孔末端而不能排除，使得測(cè)試值大于真實(shí)值。因此從嚴(yán)格意義上講，這兩種方法測(cè)量粒雪封閉氣體的體積并不能真正表征氣泡中包裹氣體的體積。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于提供一種粒雪封閉氣泡體積測(cè)量?jī)x。其原理是基于玻意耳——馬略特定律，即把空氣作為理想氣體，在恒溫下氣體的體積與壓力乘積為常數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)了在不破壞樣品的基礎(chǔ)上，精確地測(cè)定粒雪樣品中封閉氣泡的體積。
本實(shí)用新型的目的可以通過(guò)以下措施來(lái)實(shí)現(xiàn)一種粒雪封閉氣泡體積測(cè)量?jī)x，是由置放樣品的容器、參考容器、管線、電容真空壓力計(jì)、閥門(mén)(8、6、7、5、9)、微型抽氣泵組成，置放樣品的容器、參考容器、微型抽氣泵位于管線的支管線，在各自的支管線上裝有閥門(mén)(8、6、7)；管線上設(shè)置閥門(mén)(5、9)和電容真空壓力計(jì)，由閥門(mén)(5)控制電容真空壓力計(jì)，閥門(mén)(9)控制系統(tǒng)與環(huán)境大氣的聯(lián)系。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)和產(chǎn)生的有益效果是1、由于冰川(或冰蓋)上部粒雪晶粒之間的空氣可以直接與外界大氣進(jìn)行交換，只有當(dāng)間隙完全封閉，這種交換過(guò)程才會(huì)停止。由于晶粒間間隙的封閉是隨深度加深而逐步完成的，對(duì)不同深度粒雪取樣，測(cè)量其中封閉氣泡的體積，就可以看出開(kāi)放間隙完全閉合對(duì)應(yīng)的深度，測(cè)定其密度，在已知當(dāng)?shù)胤e累量的基礎(chǔ)上通過(guò)冰芯定年，從而確定冰內(nèi)包裹空氣的年代。本實(shí)用新型設(shè)計(jì)新穎，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，在無(wú)須破壞樣品的基礎(chǔ)上，利用開(kāi)啟、關(guān)閉閥門(mén)，通過(guò)體積與壓力的變化的測(cè)量，可以計(jì)算樣品中粒雪晶粒間包裹氣泡的體積，測(cè)定精度高，其對(duì)于冰川學(xué)縱深研究將產(chǎn)生重要的應(yīng)用價(jià)值。
2、設(shè)計(jì)新穎，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，實(shí)用性強(qiáng)。


圖1是本實(shí)用新型示意圖具體實(shí)施方式
結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型再作進(jìn)一步的說(shuō)明為測(cè)量粒雪封閉氣泡體積，首先將粒雪切成直徑約40mm，長(zhǎng)度約50mm的圓柱體，并精確稱(chēng)重。將圓柱體粒雪樣品置于置放樣品容器1(容積V1為211.96cm3)中，容器1通過(guò)閥門(mén)8與大氣隔離，并與參考容器2(容積V2為93.23cm3)、管線3(容積V3為30.76cm3)相連。開(kāi)啟所有的閥門(mén)及電容真空壓力計(jì)的電源(上海振太電容真空壓力計(jì)廠生產(chǎn))，待電容真空壓力計(jì)讀數(shù)穩(wěn)定后，關(guān)閉閥門(mén)6、8、9，記下讀數(shù)，作為大氣壓力值。開(kāi)啟閥門(mén)7，用抽氣泵10從V2+V3中抽取一定體積的氣體，V2+V3中的壓力降ΔP1約為7Kpa。打開(kāi)閥門(mén)8，V1中的氣體擴(kuò)散到V2+V3中，經(jīng)20秒鐘擴(kuò)散平衡后關(guān)閉閥門(mén)8，讀取V2+V3中的壓力降ΔP2。上述所有的操作在-15℃恒溫冷庫(kù)中進(jìn)行，假設(shè)上述為等溫過(guò)程，那么冰晶與其內(nèi)包裹的氣泡的體積之和VI+VB可表示為PA[V1-(VI+VB)]+(PA-ΔP1)(V2+V3)＝(PA-ΔP2)[V1-(VI+VB)+V2+V3]……(1)其中PA為大氣壓力，ΔP1為V2+V3中首次壓力降，ΔP2為容器V1中氣體向V2+V3中擴(kuò)散至平衡后的壓力降，VI為粒雪樣中冰晶的總體積，VB為樣品中封閉氣泡的總體積。VI可以用-15℃時(shí)不含氣泡的純冰的密度0.9185g/cm3(Bader，1964)計(jì)算獲得(VI＝ms/ρi，ms為樣品的質(zhì)量，ρi＝0.9185g/cm3)。這樣從(1)式中可以求出樣品中氣泡總體積VB，并換算成單位質(zhì)量的樣品氣泡總體積(Vb＝VB/ms，Vb為單位質(zhì)量的樣品中氣泡總體積)。
上述測(cè)量過(guò)程中由于ΔP2小于7Ka，這樣小的壓力降不會(huì)使脆弱的氣泡破裂。如果壓力的測(cè)量是在氣體于容器間擴(kuò)散20秒之后進(jìn)行，那么絕熱冷卻的影響可以忽略，Joule-Thomson效應(yīng)及空氣對(duì)理想氣體行為的偏離(范德赫茲校正)同樣可以忽略。
用不含氣泡的冰對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，獲得的體積數(shù)據(jù)誤差僅為±0.002cm3/g，即±2％。
權(quán)利要求1.一種粒雪封閉氣泡體積測(cè)量?jī)x，是由置放樣品的容器(1)、參考容器(2)、管線(3)、電容真空壓力計(jì)(4)、閥門(mén)(5、6、7、8、9)、微型抽氣泵(10)組成，其特征是置放樣品的容器(1)、參考容器(2)、微型抽氣泵(10)位于管線(3)的支管線，在各自的支管線上裝有閥門(mén)(8、6、7)；管線(3)設(shè)置閥門(mén)(5、9)和電容真空壓力計(jì)(4)，由閥門(mén)(5)控制電容真空壓力計(jì)(4)。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型屬于一種均勻固體介質(zhì)中封閉氣泡體積的測(cè)量?jī)x。它是由置放樣品的容器、參考容器、管線、電容真空壓力計(jì)、閥門(mén)、微型抽氣泵組成。其結(jié)構(gòu)特征是置放樣品的容器、參考容器、微型抽氣泵位于管線的支管線，在各自的支管線上裝有閥門(mén)；管線上設(shè)置兩個(gè)閥門(mén)，一個(gè)閥門(mén)用于控制系統(tǒng)與環(huán)境大氣的聯(lián)系，另一個(gè)閥門(mén)控制電容真空壓力計(jì)。本實(shí)用新型設(shè)計(jì)新穎，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，在無(wú)須破壞樣品的基礎(chǔ)上，利用開(kāi)啟、關(guān)閉閥門(mén)，通過(guò)體積與壓力的變化，可以計(jì)算粒雪樣品中封閉氣泡的體積，測(cè)量精度高，其對(duì)于冰川學(xué)研究將產(chǎn)生重要的應(yīng)用價(jià)值。
文檔編號(hào)G01F22/02GK2715119SQ200420042220
公開(kāi)日2005年8月3日 申請(qǐng)日期2004年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月16日
發(fā)明者徐柏青, 姚檀棟, 王寧練, 劉先勤 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院青藏高原研究所, 中國(guó)科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)與環(huán)境工程研究所