一種不規則形狀密閉容器的容積標定系統及方法
【專利摘要】本發明提供一種不規則形狀密閉容器的容積標定系統及方法。所述系統將待測容器依次與閥Ⅰ、軟管Ⅰ、氣管、壓力傳感器、流量傳感器、閥Ⅱ、軟管Ⅱ、真空泵連接；所述方法通過記錄多組抽氣過程中待測容器及管路內的壓力和抽取出的氣體累積流量，根據氣態方程推廣式建立多個關于待測容器容積的一元一次方程式，多個方程所得結果取平均值，即為待測容器的容積。本發明的標定系統結構簡單，操作過程簡便，可實現各類精密容器復雜內空間容積的快速標定。
【專利說明】一種不規則形狀密閉容器的容積標定系統及方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于輻射防護與環境保護【技術領域】，具體涉及一種不規則形狀密閉容器的容積標定系統及方法，特別適用于工作壓力要求限定于80kPa?120kPa范圍內精密容器的容積標定。
【背景技術】
[0002]在核工業、航空航天及精密武器生產領域，通常采用各類特殊材料貯存容器密封貯存試驗產品進行長期性能考察。為評估密封貯存容器內有機、無機及放射性氣氛對存儲產品性能的影響，需定期檢測貯存容器內某些敏感氣氛物質的含量和總量，因而容器容積是檢測所需的必要參數。針對內部結構復雜、形狀不規則、材料特殊、不能填充液體等類型的特材貯箱容器，常規容積測量方法如充液稱重法、恒壓氣體置換法、定量充氣膨脹法、壓力激勵法等存在測量裝置過于復雜、測量精度不夠、或方法本身無法應用等問題。目前，中國專利文獻數據庫公開了一項名稱為《一種簡易的容器體積精確標定方法》(專利號:CN200510046319.9)的發明專利，采用氦氣作為標定氣體，根據氦氣的MBWR方程和質量守恒定律建立以體積為未知數的二元一次方程，通過多組數據求解可以計算出容器的體積值。中國專利文獻數據庫公開的另一項發明專利名稱為《一種氣密性檢測儀及利用放氣過程測試容器內容積的方法》(專利號:CN201210204439)，該發明專利采用高壓氣源對被測容器進行充氣，通過傳感器采集放氣過程中的即時壓強、溫度等參數，經數據處理得到容器容積值。此外，《一種利用管路空間測量容器容積的裝置及方法》(專利號:CN201220500651)，該專利中利用抽氣系統和標準體積實現被測容器的容積測量。但上述專利在操作過程中需要將被測容器抽氣至高真空度條件或者向被測容器內充氣至可達幾個兆帕的高壓力狀態，這樣的壓力條件可能導致精密容器內部材料或構件的損壞，因而不能適用于工作壓力要求介于SOkPa?120kPa的各類精密貯存容器內空間容積的標定。
【發明內容】
[0003]為了彌補已有技術針對形狀不規則、內部結構復雜、材料特殊、不能填充液體、工作壓力要求介于80kPa?120kPa的精密容器復雜內空間容積標定的不足，本發明提供了一種不規則形狀密閉容器的容積標定系統及方法，能夠實現在限定壓力范圍內根據待測容器內的壓力和抽取出氣體的累積流量通過氣態方程推廣式來計算容器的內空間容積，特別適用于工作壓力要求限定于80kPa?120kPa范圍內精密容器的容積標定。
[0004]本發明解決其技術問題所采用的技術方案如下:
本發明的一種不規則形狀密閉容器的容積標定系統，其特點是，所述系統包括閥1、壓力傳感器、流量傳感器、閥I1、真空泵、壓力顯示器、流量顯示控制器；其連接關系是，待測容器的出氣口與閥I的一端連接，閥I的另一端通過接頭I與軟管I的一端連接，軟管I的另一端與接頭II的一端連接，接頭II的另一端通過氣管依次與壓力傳感器、流量傳感器、閥
II和接頭III連接，接頭III的另一端通過軟管II與真空泵的進氣口連接；壓力傳感器通過信號線與壓力顯示器連接；流量傳感器通過信號線與流量顯示控制器連接。
[0005]本發明的一種不規則形狀密閉容器的容積標定方法，其特點包括如下步驟:
a)開啟閥I，使待測容器與管路內初始壓力保持平衡，此時記為初始氣壓P;
b)通過流量顯示控制器設定抽氣流速，啟動真空泵的開關，開啟閥II開始抽取氣體；通過流量傳感器測定抽取出氣體的累積流量和抽氣流速；
c)抽氣過程中，通過壓力傳感器測定待測容器內的氣體壓力；當壓力顯示器讀數低至P1附近時，迅速關閉閥II，待壓力顯示器讀數穩定后，記錄此時壓力P1的精確數值和累積流量值AV1 ;
d)打開閥II，繼續抽取氣體，重復上述步驟c)過程數次，得到一系列抽氣過程中待測容器內壓力…、Pn和分別對應的累積流量值AVp Λ v2、…、Λνη;
e)分別將步驟a)和步驟d)所得數據代入+仿+ Μ+Μ--中，得到多個關于V1的一元一次方程，多個方程求解取其平均值，計算出待測容器的容積V1 ;其中V2為管路體積，采用管路直徑及長度尺寸計算得到。
[0006]所述壓力傳感器為空氣絕對壓力傳感器，通過信號線向壓力顯示器傳輸被測容器及其連通氣路中的壓力信息；流量傳感器通過信號線向流量顯示控制器傳輸氣路中抽氣流速和抽取氣體的累積流量的數據；流量顯示控制器通過信號線設定和控制氣路中抽氣流速的大小。
[0007]所述步驟d)中的壓力ΡρΡ2、…、Pn均應在待測容器要求的工作壓力范圍之內；累積流量AVp M2'…、Λ Vn均為測定時當地溫度和初始氣壓P條件下對應的值。
[0008]本發明的一種不規則形狀密閉容器的容積標定方法的原理是:
假定待測容器及管路內氣體總質量為m，狀態參量為P、V、T，根據氣態方程可知，
PV=^RT ,當抽取出一定量氣體后，待測容器及管路內氣體參量變為HipPnJj1，抽出的氣體參量為m2、P2、Λ Vn、T2，根據質量守恒可以得到下列關系，
m = M1 + m2(?)
MF(Fl + F2)_p.P(Ft + Fa)| MFsAF.RTRT1RT2II
其中V1為待測容器的容積，V2為管路體積，且V=VfV215針對同一溫度下的同一種氣體，μ、R為常數，且T=T1=T2,從而可得，
HA + LhPJn + AhPAK(in)
其中，Λ V為測定時當地溫度和初始氣壓P條件對應的體積值，則有ρ=ρ2。從而有下列關系式，
PfF1 + Vi)= P.(F1 +F,')+PA V.(IV )
通過壓力傳感器測得P、Pn的值，通過流量傳感器測得△ Vn的值，采用管路直徑及長度尺寸計算得管路體積V2，根據式(IV)能夠計算出待測容器V1的值。多次測量取其平均值，能減小標定的偶然誤差。
[0009]本發明與現有技術相比具有的有益效果是:
本發明不需氦氣或高壓氣源等外加氣源，采用待測容器內存在的相應氣氛作為標定氣體，通過記錄多組抽氣過程中待測容器及管路內的壓力和抽取出的氣體累積流量，根據氣態方程推廣式建立多個關于待測容器容積的一元一次方程式，多個方程所得結果取平均值，即為待測容器的容積。抽氣過程不需要將容器內壓力抽至較高真空度，整個過程均保持在精密容器限定的工作壓力范圍內，不會損壞待測容器內的材料或相關構件。該方法所需標定系統結構簡單，操作過程簡便，標定工作效率高，很好的解決了形狀不規則、內部結構復雜、材料特殊、不能填充液體、對標定壓力條件限定在80kPa?120kPa的各類精密貯存容器復雜內空間的容積標定問題。采用本發明可以實現精密貯存容器復雜內空間容積的快速標定，測定結果與真實值偏差在±3.0%以內。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]圖1為本發明的一種不規則形狀密閉容器的容積標定系統的示意圖；
圖中:1.待測容器 2.閥I3.接頭I4.軟管I5.接頭II
6.氣管 7.壓力傳感器 8.流量傳感器 9.閥II 10.接頭III 11.軟管II 12.泵 13.壓力顯示器 14.流量顯示控制器。
【具體實施方式】
[0011]下面結合附圖及具體實施例對本發明作進一步詳細說明。
[0012]實施例1
本發明的一種不規則形狀密閉容器的容積標定系統示意圖如圖1所示，該系統包括閥I 2、壓力傳感器7、流量傳感器8、閥II 9、真空泵12、壓力顯示器13、流量顯示控制器14 ;其連接關系是，待測容器I的出氣口與閥I 2的一端連接，閥I 2的另一端通過接頭I 3與軟管I 4的一端連接，軟管I 4的另一端與接頭II 5的一端連接，接頭II 5的另一端通過氣管6依次與壓力傳感器7、流量傳感器8、閥II 9和接頭III 10連接，接頭III 10的另一端通過軟管II 11與真空泵12的進氣口連接；壓力傳感器7通過信號線與壓力顯示器13連接；流量傳感器8通過信號線與流量顯示控制器14連接。
[0013]本發明的一種不規則形狀密閉容器的容積標定方法，其特征在于包括如下步驟:
a)開啟閥I2，使待測容器I與管路內初始壓力保持平衡，此時記為初始氣壓P ;
b)通過流量顯示控制器14設定抽氣流速，啟動真空泵12的開關，開啟閥II9開始抽取氣體；通過流量傳感器8測定抽取出氣體的累積流量和抽氣流速；
c)抽氣過程中，通過壓力傳感器7測定待測容器I內的氣體壓力；當壓力顯示器13讀數低至P1附近時，迅速關閉閥II 9，待壓力顯示器13讀數穩定后，記錄此時壓力P1的精確數值和累積流量值AV1 ；
d)打開閥II9，繼續抽取氣體，重復上述步驟c)過程數次，得到一系列抽氣過程中待測容器I內壓力…、Pn和分別對應的累積流量值Λ、Λ V2、…、AVn;
e)分別將步驟a)和步驟d)所得數據代入/^+ 6)=巧仿+中，得到多個關于V1的一元一次方程，多個方程求解取其平均值，計算出待測容器I的容積V1 ;其中％為管路體積，采用管路直徑及長度尺寸計算得到。
[0014]所述壓力傳感器7是測量范圍為0.50kPa?130.0OkPa的空氣絕對壓力傳感器，通過RS485信號線向壓力顯示器13傳輸被測容器I及其連通氣路中的壓力信息；流量傳感器8通過信號線向流量顯示控制器14傳輸氣路中抽氣流速和抽取氣體的累積流量的數據；流量顯示控制器14通過信號線設定和控制氣路中抽氣流速的大小。
[0015]所述步驟d)中的壓力PpP2、…、應在待測容器I要求的工作壓力范圍之內；累積流量AVp M2'…、Λ Vn均為測定時當地溫度和初始氣壓P條件下對應的值。
[0016]本發明的一種不規則形狀密閉容器的容積標定系統及方法適用于不含揮發性液體的容器的容積標定。這是由于，抽氣過程中待測容器I內處于負壓狀態，容器內若存在易揮發物質，會影響體系壓力的變化，引起測定結果的偏差。
[0017]本發明的一種不規則形狀密閉容器的容積標定系統及方法中的壓力ΡρΡ2、…、Pn均應在待測容器I要求的工作壓力范圍80.0?120.0kPa之內;累積流量Λ V” Λ V2、…、Λ Vn均為測定時當地溫度和初始氣壓P條件下對應的值；重復步驟d)的次數為3-8次為宜。
【權利要求】
1.一種不規則形狀密閉容器的容積標定系統，其特征在于，所述系統包括閥I (2)、壓力傳感器(7)、流量傳感器(8)、閥II (9)、真空泵(12)、壓力顯示器(13)、流量顯示控制器(14);其連接關系是，待測容器(I)的出氣口與閥I (2)的一端連接，閥I (2)的另一端通過接頭I (3)與軟管I (4)的一端連接，軟管I (4)的另一端與接頭II (5)的一端連接，接頭II (5)的另一端通過氣管(6)依次與壓力傳感器(7)、流量傳感器(8)、閥II (9)和接頭III(10)連接，接頭III(1)的另一端通過軟管II (11)與真空泵(12)的進氣口連接；壓力傳感器(7)通過信號線與壓力顯示器(13)連接；流量傳感器(8)通過信號線與流量顯示控制器(14)連接。
2.一種不規則形狀密閉容器的容積標定方法，其特征在于包括如下步驟: a)開啟閥I(2)，使待測容器(I)與管路內初始壓力保持平衡，此時記為初始氣壓P ; b)通過流量顯示控制器(14)設定抽氣流速，啟動真空泵(12)的開關，開啟閥II(9)開始抽取氣體；通過流量傳感器(8)測定抽取出氣體的累積流量和抽氣流速； c)抽氣過程中，通過壓力傳感器(7)測定待測容器(I)內的氣體壓力；當壓力顯示器(13)讀數低至P1附近時，迅速關閉閥II (9)，待壓力顯示器(13)讀數穩定后，記錄此時壓力P1的精確數值和累積流量值AV1 ； d)打開閥II(9)，繼續抽取氣體，重復上述步驟c)過程數次，得到一系列抽氣過程中待測容器(I)內壓力…、Pn和分別對應的累積流量值匕\、AV2,…、AVn； e)分別將步驟a)和步驟d)所得數據代入+PA P；中，得到多個關于V1的一元一次方程，多個方程求解取其平均值，計算出待測容器(I)的容積V1 ;其中V2為管路體積，采用管路直徑及長度尺寸計算得到。
3.按照權利要求2所述的一種不規則形狀密閉容器的容積標定方法，其特征在于:所述壓力傳感器(7)為空氣絕對壓力傳感器，通過信號線向壓力顯示器(13)傳輸被測容器(I)及其連通氣路中的壓力信息；流量傳感器(8)通過信號線向流量顯示控制器(14)傳輸氣路中抽氣流速和抽取氣體的累積流量的數據；流量顯示控制器(14)通過信號線設定和控制氣路中抽氣流速的大小。
【文檔編號】G01F17/00GK104132708SQ201410355592
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年7月24日 優先權日:2014年7月24日
【發明者】藺金賢, 周銀行, 鐘志京, 輝永慶, 胥全敏, 張玉川, 李群嶺, 林濤, 龍素群, 劉秀華 申請人:中國工程物理研究院核物理與化學研究所
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
