专利名称：粒雪封闭气泡体积测量仪的制作方法
技术领域：
本实用新型属于一种均匀固体介质中封闭气泡体积测量仪，尤其是属于粒雪封闭气泡体积测量仪。
背景技术：
寒冷的高山极高海拔及极地地区发育有大量具厚的冰川，由于温度极低，新降雪以颗粒形式堆积在冰川表面，随着时间的推移，积压粒雪层的厚度逐渐加深，粒雪与粒雪间隙缩小，逐渐形成封闭的气泡。测量粒雪中封闭气泡体积是为了定量研究冰川或冰盖上部几十米到上百米深度内粒雪晶粒之间间隙随深度的闭合过程，其对于研究冰川的形成、演变具有重要的意义。封闭的气泡体积的测量不仅能定量反映从雪到冰的成冰作用过程，而且能直接计算同层位冰与其中包裹气体的年龄差，这在冰芯包裹气体定年研究上占有非常重要的位置。早期广泛用于封闭气泡气体体积测定的方法是除去粒雪开放气孔中的气体，然后融化粒雪样，收集气泡中释放出来的气体，并测量其体积(标准状态)(参阅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)。除去开放气孔中气体有两种方法可供选择一种是对放置粒雪样的密封容器抽真空；另一种是将粒雪样缓慢浸入液体(如煤油)中，让液体进入气孔中并取代其中气体所占的空间。这两种方法都需要破坏样品，过程繁琐，而且收集气泡中释放的气体需要超低温设备，代价昂贵，得出的结果误差较大，没有可比性。其次，抽真空的方法还有一个潜在的危险，那就是气泡内外的压力差过大，那些比较脆弱气泡容易破裂，引起测试值小于真实值，而液体浸润会将一部分气孔中的气体堵塞在气孔末端而不能排除，使得测试值大于真实值。因此从严格意义上讲，这两种方法测量粒雪封闭气体的体积并不能真正表征气泡中包裹气体的体积。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种粒雪封闭气泡体积测量仪。其原理是基于玻意耳——马略特定律，即把空气作为理想气体，在恒温下气体的体积与压力乘积为常数，从而实现了在不破坏样品的基础上，精确地测定粒雪样品中封闭气泡的体积。
本实用新型的目的可以通过以下措施来实现一种粒雪封闭气泡体积测量仪，是由置放样品的容器、参考容器、管线、电容真空压力计、阀门(8、6、7、5、9)、微型抽气泵组成，置放样品的容器、参考容器、微型抽气泵位于管线的支管线，在各自的支管线上装有阀门(8、6、7)；管线上设置阀门(5、9)和电容真空压力计，由阀门(5)控制电容真空压力计，阀门(9)控制系统与环境大气的联系。
本实用新型的优点和产生的有益效果是1、由于冰川(或冰盖)上部粒雪晶粒之间的空气可以直接与外界大气进行交换，只有当间隙完全封闭，这种交换过程才会停止。由于晶粒间间隙的封闭是随深度加深而逐步完成的，对不同深度粒雪取样，测量其中封闭气泡的体积，就可以看出开放间隙完全闭合对应的深度，测定其密度，在已知当地积累量的基础上通过冰芯定年，从而确定冰内包裹空气的年代。本实用新型设计新颖，结构简单，操作方便，在无须破坏样品的基础上，利用开启、关闭阀门，通过体积与压力的变化的测量，可以计算样品中粒雪晶粒间包裹气泡的体积，测定精度高，其对于冰川学纵深研究将产生重要的应用价值。
2、设计新颖，结构简单，操作方便，实用性强。
图1是本实用新型示意图具体实施方式
结合附图，对本实用新型再作进一步的说明为测量粒雪封闭气泡体积，首先将粒雪切成直径约40mm，长度约50mm的圆柱体，并精确称重。将圆柱体粒雪样品置于置放样品容器1(容积V1为211.96cm3)中，容器1通过阀门8与大气隔离，并与参考容器2(容积V2为93.23cm3)、管线3(容积V3为30.76cm3)相连。开启所有的阀门及电容真空压力计的电源(上海振太电容真空压力计厂生产)，待电容真空压力计读数稳定后，关闭阀门6、8、9，记下读数，作为大气压力值。开启阀门7，用抽气泵10从V2+V3中抽取一定体积的气体，V2+V3中的压力降ΔP1约为7Kpa。打开阀门8，V1中的气体扩散到V2+V3中，经20秒钟扩散平衡后关闭阀门8，读取V2+V3中的压力降ΔP2。上述所有的操作在-15℃恒温冷库中进行，假设上述为等温过程，那么冰晶与其内包裹的气泡的体积之和VI+VB可表示为PA[V1-(VI+VB)]+(PA-ΔP1)(V2+V3)＝(PA-ΔP2)[V1-(VI+VB)+V2+V3]……(1)其中PA为大气压力，ΔP1为V2+V3中首次压力降，ΔP2为容器V1中气体向V2+V3中扩散至平衡后的压力降，VI为粒雪样中冰晶的总体积，VB为样品中封闭气泡的总体积。VI可以用-15℃时不含气泡的纯冰的密度0.9185g/cm3(Bader，1964)计算获得(VI＝ms/ρi，ms为样品的质量，ρi＝0.9185g/cm3)。这样从(1)式中可以求出样品中气泡总体积VB，并换算成单位质量的样品气泡总体积(Vb＝VB/ms，Vb为单位质量的样品中气泡总体积)。
上述测量过程中由于ΔP2小于7Ka，这样小的压力降不会使脆弱的气泡破裂。如果压力的测量是在气体于容器间扩散20秒之后进行，那么绝热冷却的影响可以忽略，Joule-Thomson效应及空气对理想气体行为的偏离(范德赫兹校正)同样可以忽略。
用不含气泡的冰对该系统进行测试，获得的体积数据误差仅为±0.002cm3/g，即±2％。
权利要求1.一种粒雪封闭气泡体积测量仪，是由置放样品的容器(1)、参考容器(2)、管线(3)、电容真空压力计(4)、阀门(5、6、7、8、9)、微型抽气泵(10)组成，其特征是置放样品的容器(1)、参考容器(2)、微型抽气泵(10)位于管线(3)的支管线，在各自的支管线上装有阀门(8、6、7)；管线(3)设置阀门(5、9)和电容真空压力计(4)，由阀门(5)控制电容真空压力计(4)。
专利摘要本实用新型属于一种均匀固体介质中封闭气泡体积的测量仪。它是由置放样品的容器、参考容器、管线、电容真空压力计、阀门、微型抽气泵组成。其结构特征是置放样品的容器、参考容器、微型抽气泵位于管线的支管线，在各自的支管线上装有阀门；管线上设置两个阀门，一个阀门用于控制系统与环境大气的联系，另一个阀门控制电容真空压力计。本实用新型设计新颖，结构简单，操作方便，在无须破坏样品的基础上，利用开启、关闭阀门，通过体积与压力的变化，可以计算粒雪样品中封闭气泡的体积，测量精度高，其对于冰川学研究将产生重要的应用价值。
文档编号G01F22/02GK2715119SQ200420042220
公开日2005年8月3日 申请日期2004年7月16日 优先权日2004年7月16日
发明者徐柏青, 姚檀栋, 王宁练, 刘先勤 申请人:中国科学院青藏高原研究所, 中国科学院寒区旱区与环境工程研究所