CN102937470A - 一种利用管路空间测量容器容积的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用管路空间测量容器容积的装置及方法，属于测量技术领域。所述装置包括供气系统、第一隔断阀、真空计、第二隔断阀、被测容器、标准体积和抽气系统；其中，供气系统、第一隔断阀、第二隔断阀、被测容器依次相连，真空计连接到第一隔断阀和第二隔断阀之间的管路中，抽气系统与被测容器相连；测量过程中将标准体积放入被测容器内。所述装置将标准体积直接放入被测容器中，避免了由法兰和管道连接额外增加的容积，不会造成被测容器容积的改变，能够准确测量被测容器的容积，同时能够实现较大容器容积的测量。

Description

一种利用管路空间测量容器容积的装置及方法

技术领域

本发明涉及一种利用管路空间测量容器容积的装置及方法，属于测量技术领域。

背景技术

在真空系统中，确定容器容积的一个基本方法是称重法，即称量容器装满液体(通常为水)前后的重量来计算容积。这种方法尽管可保证精确测量重量，由于液体中气泡和阀门死空间的影响，使容积的测量难以准确。对小容器来说，这种现象更为严重。

第二种方法是利用容积确定的标准容器（外置法），通过静态气体膨胀的方法，建立波义耳马略特方程的方法测量容积。在被测量容器外接一个已知容积的标准容器，用阀门与被测量容器连接，但是连接的阀门无法准确测量，导致最终容器的容积难以准确测量。

另外一种测量容器容积的方法是内置法，测量原理与标准体积测量大容积的方法一样。不同的是内置法采用外接一个带法兰的小容器以及一个金属棒，用阀门与被测量容器连接，金属棒的体积可准确测量，但是在测量的过程中出现了小容器和被测容器管道连接位置容积和阀门的容积无法准确测量，导致最终被测容器的容积难以准确测量，同时无法实现较大容器容积的测量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用管路空间测量容器容积的装置及方法，所述装置将标准体积直接放入被测容器中，避免了由法兰和管道连接额外增加的容积，不会造成被测容器容积的改变，能够准确测量被测容器的容积，同时能够实现较大容器容积的测量。

本发明的目的由以下技术方案实现：

一种利用管路空间测量容器容积的装置，所述装置包括供气系统、第一隔断阀、真空计、第二隔断阀、被测容器、标准体积和抽气系统；

其中，供气系统、第一隔断阀、第二隔断阀、被测容器依次相连，真空计连接到第一隔断阀和第二隔断阀之间的管路中，抽气系统与被测容器相连；测量过程中将标准体积放入被测容器内；

所述第一隔断阀、第二隔断阀与真空计构成容积空间；标准体积通过被测容器上的法兰进行取放。

本发明所述装置的测量方法步骤如下：

①被测容器中先不放入标准体积，启动抽气系统，保持第一隔断阀为关闭状态，打开第二隔断阀对被测容器及真空管路进行抽气，使真空度达到1Pa以下；

②关闭抽气系统和第二隔断阀，打开第一隔断阀，通过供气系统向由第一隔断阀、第二隔断阀与真空计构成的容积空间中充入高压力的气体，当容积空间的压力大于1个标准大气压以上时，关闭第一隔断阀，用真空计测量所述容积空间的压力p₁；打开第二隔断阀，所述容积空间中的气体膨胀到被测容器中，真空计的示数稳定后，记录此时压力p₂；

③将标准体积放入被测容器中，已知标准体积的体积为V₀；

④启动抽气系统，对被测容器及真空管路进行抽气，使真空度达到1Pa以下；

⑤关闭抽气系统和第二隔断阀，打开第一隔断阀，通过供气系统向由第一隔断阀、第二隔断阀与真空计构成的容积空间中充入高压力的气体，当所述容积空间的压力大于1个标准大气压以上时，关闭第一隔断阀，用真空计测量所述容积空间的压力p₃；打开第二隔断阀，所述容积空间中的气体膨胀到被测容器中，真空计的示数稳定后，记录此时压力p₄；

⑥计算被测容器的容积：

根据玻义耳定律，建立方程（I）和（II）：

p₁V₁＝p₂（V₁+V）                                           （I）

式中：p₁—为膨胀前容积空间的压力，单位：Pa；

p₂—为膨胀后被测容器和容积空间的压力，单位：Pa；

V₁—为容积空间的容积，单位：L；

V—为被测容器的容积，单位：L；

p₃V₁＝p₄（V₁+V-V₀）                                         （II）

式中：p₃—为装入标准体积后膨胀前容积空间的压力，单位：Pa；

p₄—为装入标准体积后膨胀后被测容器和容积空间的压力，单位：Pa；

V₀—为标准体积的体积，单位：L；

根据式（I）和公式（II），可得被测容器的容积：

$V=\frac{p_4(p_1-p_2)}{p_1{p}_4-p_2{p}_3}\×V_0---\left(\mathrm{III}\right)$

有益效果

（1）本发明所述装置中将标准体积直接放入被测容器中，避免了由法兰和管道连接额外增加的容积，不会造成被测容器容积的改变，能够准确测量被测容器的容积。

（2）本发明所述装置及方法采用同一只真空计对实验过程压力进行测量，避免不同真空计压力测量造成的不确定度。

附图说明

图1为本发明所述的利用管路空间测量容器容积的装置的示意图；

其中，1—供气系统、2—第一隔断阀、3—真空计、4—第二隔断阀、5—被测容器、6—标准体积。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例来详述本发明，但不限于此。

实施例1

如图1所示，一种利用管路空间测量容器容积的装置，所述装置包括供气系统1、第一隔断阀2、真空计3、第二隔断阀4、被测容器5、标准体积6和抽气系统；

其中，供气系统1、第一隔断阀2、第二隔断阀4、被测容器5依次相连，真空计3连接到第一隔断阀2和第二隔断阀4之间的管路中，抽气系统与被测容器5相连；测量过程中将标准体积6放入被测容器5内；

所述第一隔断阀2、第二隔断阀4与真空计3构成容积空间；标准体积6通过被测容器5上的法兰进行取放。

本发明所述装置的测量方法步骤如下：

①被测容器5中先不放入标准体积6，启动抽气系统，保持第一隔断阀2为关闭状态，打开第二隔断阀4对被测容器5及真空管路进行抽气，使真空度达到1Pa以下；

②关闭抽气系统和第二隔断阀4，打开第一隔断阀2，通过供气系统1向由第一隔断阀2、第二隔断阀4与真空计3构成的容积空间中充入高压力的气体，当容积空间的压力大于1个标准大气压以上时，关闭第一隔断阀2，用真空计3测量所述容积空间的压力p₁；打开第二隔断阀4，所述容积空间中的气体膨胀到被测容器5中，真空计3的示数稳定后，记录此时压力p₂；

③将标准体积6放入被测容器5中，已知标准体积6的体积为V₀；

④启动抽气系统，对被测容器5及真空管路进行抽气，使真空度达到1Pa以下；

⑤关闭抽气系统和第二隔断阀4，打开第一隔断阀2，通过供气系统1向由第一隔断阀2、第二隔断阀4与真空计3构成的容积空间中充入高压力的气体，当所述容积空间的压力大于1个标准大气压以上时，关闭第一隔断阀2，用真空计3测量所述容积空间的压力p₃；打开第二隔断阀4，所述容积空间中的气体膨胀到被测容器5中，真空计3的示数稳定后，记录此时压力p₄；

⑥计算被测容器5的容积：

根据玻义耳定律，建立方程（I）和（II）：

p₁V₁＝p₂（V₁+V）                                           （I）

式中：p₁-为膨胀前容积空间的压力，单位：Pa；

p₂-为膨胀后被测容器5和容积空间的压力，单位：Pa；

V₁-为容积空间的容积，单位：L；

V—为被测容器5的容积，单位：L；

p₃V₁＝p₄（V₁+V-V₀）                                       （II）

式中：p₃—为装入标准体积6后膨胀前容积空间的压力，单位：Pa；

p₄—为装入标准体积6后膨胀后被测容器5和容积空间的压力，单位：Pa；

V₀—为标准体积6的体积，单位：L；

根据式（I）和公式（II），可得被测容器5的容积：

$V=\frac{p_4(p_1-p_2)}{p_1{p}_4-p_2{p}_3}\×V_0---\left(\mathrm{III}\right)$

本发明包括但不限于以上实施例，凡是在本发明精神的原则之下进行的任何等同替换或局部改进，都将视为在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种利用管路空间测量容器容积的装置，其特征在于：所述装置包括供气系统（1）、第一隔断阀（2）、真空计（3）、第二隔断阀（4）、被测容器（5）、标准体积（6）和抽气系统；

其中，供气系统（1）、第一隔断阀（2）、第二隔断阀（4）、被测容器（5）依次相连，真空计（3）连接到第一隔断阀（2）和第二隔断阀（4）之间的管路中，抽气系统与被测容器（5）相连；测量过程中将标准体积（6）放入被测容器（5）内；

所述第一隔断阀（2）、第二隔断阀（4）与真空计（3）构成容积空间；标准体积（6）通过被测容器（5）上的法兰进行取放。

2.一种采用如权利要求1所述的利用管路空间测量容器容积的装置的测量方法，其特征在于：所述方法步骤如下：

①被测容器（5）中先不放入标准体积（6），启动抽气系统，保持第一隔断阀（2）为关闭状态，打开第二隔断阀（4）对被测容器（5）及真空管路进行抽气，使真空度达到1Pa以下；

②关闭抽气系统和第二隔断阀（4），打开第一隔断阀（2），通过供气系统（1）向由第一隔断阀（2）、第二隔断阀（4）与真空计（3）构成的容积空间中充入高压力的气体，当容积空间的压力大于1个标准大气压以上时，关闭第一隔断阀（2），用真空计（3）测量所述容积空间的压力p₁；打开第二隔断阀（4），所述容积空间中的气体膨胀到被测容器（5）中，真空计（3）的示数稳定后，记录此时压力p₂；

③将标准体积（6）放入被测容器（5）中，已知标准体积（6）的体积为V₀；

④启动抽气系统，对被测容器（5）及真空管路进行抽气，使真空度达到1Pa以下；

⑤关闭抽气系统和第二隔断阀（4），打开第一隔断阀（2），通过供气系统（1）向由第一隔断阀（2）、第二隔断阀（4）与真空计（3）构成的容积空间中充入高压力的气体，当所述容积空间的压力大于1个标准大气压以上时，关闭第一隔断阀（2），用真空计（3）测量所述容积空间的压力p₃；打开第二隔断阀（4），所述容积空间中的气体膨胀到被测容器（5）中，真空计（3）的示数稳定后，记录此时压力p₄；

⑥计算被测容器（5）的容积：

根据玻义耳定律，建立方程（I）和（II）：

p₁V₁＝p₂（V₁+V）                                      （I）

式中：p₁—为膨胀前容积空间的压力，单位：Pa；

p₂—为膨胀后被测容器（5）和容积空间的压力，单位：Pa；

V₁—为容积空间的容积，单位：L；

V—为被测容器（5）的容积，单位：L；

p₃V₁＝p₄（V₁+V-V₀）                                   （II）

式中：p₃—为装入标准体积（6）后膨胀前容积空间的压力，单位：Pa；

p₄—为装入标准体积（6）后膨胀后被测容器（5）和容积空间的压力，单位：Pa；

V₀—为标准体积（6）的体积，单位：L；

根据式（I）和公式（II），可得被测容器（5）的容积：

$V=\frac{p_4(p_1-p_2)}{p_1{p}_4-p_2{p}_3}\×V_0---\left(\mathrm{III}\right)$

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