CN104132708A

CN104132708A - 一种不规则形状密闭容器的容积标定系统及方法

Info

Publication number: CN104132708A
Application number: CN201410355592.9A
Authority: CN
Inventors: 蔺金贤; 周银行; 钟志京; 辉永庆; 胥全敏; 张玉川; 李群岭; 林涛; 龙素群; 刘秀华
Original assignee: Institute of Nuclear Physics and Chemistry China Academy of Engineering Physics
Current assignee: Institute of Nuclear Physics and Chemistry China Academy of Engineering Physics
Priority date: 2014-07-24
Filing date: 2014-07-24
Publication date: 2014-11-05

Abstract

本发明提供一种不规则形状密闭容器的容积标定系统及方法。所述系统将待测容器依次与阀Ⅰ、软管Ⅰ、气管、压力传感器、流量传感器、阀Ⅱ、软管Ⅱ、真空泵连接；所述方法通过记录多组抽气过程中待测容器及管路内的压力和抽取出的气体累积流量，根据气态方程推广式建立多个关于待测容器容积的一元一次方程式，多个方程所得结果取平均值，即为待测容器的容积。本发明的标定系统结构简单，操作过程简便，可实现各类精密容器复杂内空间容积的快速标定。

Description

一种不规则形状密闭容器的容积标定系统及方法

技术领域

本发明属于辐射防护与环境保护技术领域，具体涉及一种不规则形状密闭容器的容积标定系统及方法，特别适用于工作压力要求限定于80kPa~120kPa范围内精密容器的容积标定。

背景技术

在核工业、航空航天及精密武器生产领域，通常采用各类特殊材料贮存容器密封贮存试验产品进行长期性能考察。为评估密封贮存容器内有机、无机及放射性气氛对存储产品性能的影响，需定期检测贮存容器内某些敏感气氛物质的含量和总量，因而容器容积是检测所需的必要参数。针对内部结构复杂、形状不规则、材料特殊、不能填充液体等类型的特材贮箱容器，常规容积测量方法如充液称重法、恒压气体置换法、定量充气膨胀法、压力激励法等存在测量装置过于复杂、测量精度不够、或方法本身无法应用等问题。目前，中国专利文献数据库公开了一项名称为《一种简易的容器体积精确标定方法》（专利号：CN200510046319.9）的发明专利，采用氦气作为标定气体，根据氦气的MBWR方程和质量守恒定律建立以体积为未知数的二元一次方程，通过多组数据求解可以计算出容器的体积值。中国专利文献数据库公开的另一项发明专利名称为《一种气密性检测仪及利用放气过程测试容器内容积的方法》（专利号：CN201210204439），该发明专利采用高压气源对被测容器进行充气，通过传感器采集放气过程中的即时压强、温度等参数，经数据处理得到容器容积值。此外，《一种利用管路空间测量容器容积的装置及方法》（专利号：CN201220500651），该专利中利用抽气系统和标准体积实现被测容器的容积测量。但上述专利在操作过程中需要将被测容器抽气至高真空度条件或者向被测容器内充气至可达几个兆帕的高压力状态，这样的压力条件可能导致精密容器内部材料或构件的损坏，因而不能适用于工作压力要求介于80kPa~120kPa的各类精密贮存容器内空间容积的标定。

发明内容

为了弥补已有技术针对形状不规则、内部结构复杂、材料特殊、不能填充液体、工作压力要求介于80kPa~120kPa的精密容器复杂内空间容积标定的不足，本发明提供了一种不规则形状密闭容器的容积标定系统及方法，能够实现在限定压力范围内根据待测容器内的压力和抽取出气体的累积流量通过气态方程推广式来计算容器的内空间容积，特别适用于工作压力要求限定于80kPa~120kPa范围内精密容器的容积标定。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

本发明的一种不规则形状密闭容器的容积标定系统，其特点是，所述系统包括阀Ⅰ、压力传感器、流量传感器、阀Ⅱ、真空泵、压力显示器、流量显示控制器；其连接关系是，待测容器的出气口与阀Ⅰ的一端连接，阀Ⅰ的另一端通过接头Ⅰ与软管Ⅰ的一端连接，软管Ⅰ的另一端与接头Ⅱ的一端连接，接头Ⅱ的另一端通过气管依次与压力传感器、流量传感器、阀Ⅱ和接头Ⅲ连接，接头Ⅲ的另一端通过软管Ⅱ与真空泵的进气口连接；压力传感器通过信号线与压力显示器连接；流量传感器通过信号线与流量显示控制器连接。

本发明的一种不规则形状密闭容器的容积标定方法，其特点包括如下步骤：

a）开启阀Ⅰ，使待测容器与管路内初始压力保持平衡，此时记为初始气压P；

b）通过流量显示控制器设定抽气流速，启动真空泵的开关，开启阀Ⅱ开始抽取气体；通过流量传感器测定抽取出气体的累积流量和抽气流速；

c）抽气过程中，通过压力传感器测定待测容器内的气体压力；当压力显示器读数低至P₁附近时，迅速关闭阀Ⅱ，待压力显示器读数稳定后，记录此时压力P₁的精确数值和累积流量值ΔV₁；

d）打开阀Ⅱ，继续抽取气体，重复上述步骤c）过程数次，得到一系列抽气过程中待测容器内压力P₁、P₂、…、P_n和分别对应的累积流量值ΔV₁、ΔV₂、…、ΔV_n；

e）分别将步骤a）和步骤d)所得数据代入中，得到多个关于V₁的一元一次方程，多个方程求解取其平均值，计算出待测容器的容积V₁；其中V₂为管路体积，采用管路直径及长度尺寸计算得到。

所述压力传感器为空气绝对压力传感器，通过信号线向压力显示器传输被测容器及其连通气路中的压力信息；流量传感器通过信号线向流量显示控制器传输气路中抽气流速和抽取气体的累积流量的数据；流量显示控制器通过信号线设定和控制气路中抽气流速的大小。

所述步骤d）中的压力P₁、P₂、…、P_n均应在待测容器要求的工作压力范围之内；累积流量ΔV₁、ΔV₂、…、ΔV_n均为测定时当地温度和初始气压P条件下对应的值。

本发明的一种不规则形状密闭容器的容积标定方法的原理是：

假定待测容器及管路内气体总质量为m，状态参量为P、V、T，根据气态方程可知，，当抽取出一定量气体后，待测容器及管路内气体参量变为m₁、P_n、V、T₁，抽出的气体参量为m₂、P₂、ΔV_n、T₂，根据质量守恒可以得到下列关系，

()

其中V₁为待测容器的容积，V₂为管路体积，且V=V₁+V₂。针对同一温度下的同一种气体，μ、R为常数，且T=T₁=T₂，从而可得，

()

其中，ΔV为测定时当地温度和初始气压P条件对应的体积值，则有P=P₂。从而有下列关系式，

()

通过压力传感器测得P、P_n的值，通过流量传感器测得ΔV_n的值，采用管路直径及长度尺寸计算得管路体积V₂，根据式（）能够计算出待测容器V₁的值。多次测量取其平均值，能减小标定的偶然误差。

本发明与现有技术相比具有的有益效果是：

本发明不需氦气或高压气源等外加气源，采用待测容器内存在的相应气氛作为标定气体，通过记录多组抽气过程中待测容器及管路内的压力和抽取出的气体累积流量，根据气态方程推广式建立多个关于待测容器容积的一元一次方程式，多个方程所得结果取平均值，即为待测容器的容积。抽气过程不需要将容器内压力抽至较高真空度，整个过程均保持在精密容器限定的工作压力范围内，不会损坏待测容器内的材料或相关构件。该方法所需标定系统结构简单，操作过程简便，标定工作效率高，很好的解决了形状不规则、内部结构复杂、材料特殊、不能填充液体、对标定压力条件限定在80kPa~120kPa的各类精密贮存容器复杂内空间的容积标定问题。采用本发明可以实现精密贮存容器复杂内空间容积的快速标定，测定结果与真实值偏差在±3.0%以内。

附图说明

图1为本发明的一种不规则形状密闭容器的容积标定系统的示意图；

图中：1.待测容器 2.阀Ⅰ 3.接头Ⅰ 4.软管Ⅰ 5.接头Ⅱ 6.气管 7.压力传感器 8.流量传感器 9.阀Ⅱ 10.接头Ⅲ 11.软管Ⅱ 12.泵 13.压力显示器 14.流量显示控制器。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1

本发明的一种不规则形状密闭容器的容积标定系统示意图如图1所示，该系统包括阀Ⅰ2、压力传感器7、流量传感器8、阀Ⅱ9、真空泵12、压力显示器13、流量显示控制器14；其连接关系是，待测容器1的出气口与阀Ⅰ2的一端连接，阀Ⅰ2的另一端通过接头Ⅰ3与软管Ⅰ4的一端连接，软管Ⅰ4的另一端与接头Ⅱ5的一端连接，接头Ⅱ5的另一端通过气管6依次与压力传感器7、流量传感器8、阀Ⅱ9和接头Ⅲ10连接，接头Ⅲ10的另一端通过软管Ⅱ11与真空泵12的进气口连接；压力传感器7通过信号线与压力显示器13连接；流量传感器8通过信号线与流量显示控制器14连接。

本发明的一种不规则形状密闭容器的容积标定方法，其特征在于包括如下步骤：

a）开启阀Ⅰ2，使待测容器1与管路内初始压力保持平衡，此时记为初始气压P；

b）通过流量显示控制器14设定抽气流速，启动真空泵12的开关，开启阀Ⅱ9开始抽取气体；通过流量传感器8测定抽取出气体的累积流量和抽气流速；

c）抽气过程中，通过压力传感器7测定待测容器1内的气体压力；当压力显示器13读数低至P₁附近时，迅速关闭阀Ⅱ9，待压力显示器13读数稳定后，记录此时压力P₁的精确数值和累积流量值ΔV₁；

d）打开阀Ⅱ9，继续抽取气体，重复上述步骤c）过程数次，得到一系列抽气过程中待测容器1内压力P₁、P₂、…、P_n和分别对应的累积流量值ΔV₁、ΔV₂、…、ΔV_n；

e）分别将步骤a）和步骤d)所得数据代入中，得到多个关于V₁的一元一次方程，多个方程求解取其平均值，计算出待测容器1的容积V₁；其中V₂为管路体积，采用管路直径及长度尺寸计算得到。

所述压力传感器7是测量范围为0.50kPa~130.00kPa的空气绝对压力传感器，通过RS485信号线向压力显示器13传输被测容器1及其连通气路中的压力信息；流量传感器8通过信号线向流量显示控制器14传输气路中抽气流速和抽取气体的累积流量的数据；流量显示控制器14通过信号线设定和控制气路中抽气流速的大小。

所述步骤d）中的压力P₁、P₂、…、P_n均应在待测容器1要求的工作压力范围之内；累积流量ΔV₁、ΔV₂、…、ΔV_n均为测定时当地温度和初始气压P条件下对应的值。

本发明的一种不规则形状密闭容器的容积标定系统及方法适用于不含挥发性液体的容器的容积标定。这是由于，抽气过程中待测容器1内处于负压状态，容器内若存在易挥发物质，会影响体系压力的变化，引起测定结果的偏差。

本发明的一种不规则形状密闭容器的容积标定系统及方法中的压力P₁、P₂、…、P_n均应在待测容器1要求的工作压力范围80.0~120.0kPa之内；累积流量ΔV₁、ΔV₂、…、ΔV_n均为测定时当地温度和初始气压P条件下对应的值；重复步骤d）的次数为3-8次为宜。

Claims

1.一种不规则形状密闭容器的容积标定系统，其特征在于，所述系统包括阀Ⅰ（2）、压力传感器（7）、流量传感器（8）、阀Ⅱ（9）、真空泵（12）、压力显示器（13）、流量显示控制器（14）；其连接关系是，待测容器（1）的出气口与阀Ⅰ（2）的一端连接，阀Ⅰ（2）的另一端通过接头Ⅰ（3）与软管Ⅰ（4）的一端连接，软管Ⅰ（4）的另一端与接头Ⅱ（5）的一端连接，接头Ⅱ（5）的另一端通过气管（6）依次与压力传感器（7）、流量传感器（8）、阀Ⅱ（9）和接头Ⅲ（10）连接，接头Ⅲ（10）的另一端通过软管Ⅱ（11）与真空泵（12）的进气口连接；压力传感器（7）通过信号线与压力显示器（13）连接；流量传感器（8）通过信号线与流量显示控制器（14）连接。

2.一种不规则形状密闭容器的容积标定方法，其特征在于包括如下步骤：

a）开启阀Ⅰ（2），使待测容器（1）与管路内初始压力保持平衡，此时记为初始气压P；

b）通过流量显示控制器（14）设定抽气流速，启动真空泵（12）的开关，开启阀Ⅱ（9）开始抽取气体；通过流量传感器（8）测定抽取出气体的累积流量和抽气流速；

c）抽气过程中，通过压力传感器（7）测定待测容器（1）内的气体压力；当压力显示器（13）读数低至P₁附近时，迅速关闭阀Ⅱ（9），待压力显示器（13）读数稳定后，记录此时压力P₁的精确数值和累积流量值ΔV₁；

d）打开阀Ⅱ（9），继续抽取气体，重复上述步骤c）过程数次，得到一系列抽气过程中待测容器（1）内压力P₁、P₂、…、P_n和分别对应的累积流量值ΔV₁、ΔV₂、…、ΔV_n；

e）分别将步骤a）和步骤d)所得数据代入中，得到多个关于V₁的一元一次方程，多个方程求解取其平均值，计算出待测容器（1）的容积V₁；其中V₂为管路体积，采用管路直径及长度尺寸计算得到。

3.按照权利要求2所述的一种不规则形状密闭容器的容积标定方法，其特征在于：所述压力传感器（7）为空气绝对压力传感器，通过信号线向压力显示器（13）传输被测容器（1）及其连通气路中的压力信息；流量传感器（8）通过信号线向流量显示控制器（14）传输气路中抽气流速和抽取气体的累积流量的数据；流量显示控制器（14）通过信号线设定和控制气路中抽气流速的大小。