CN107884022A - 基于差压法的容器体积测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于差压法的容器体积测量装置及方法，本发明通过平衡室、差压变送器、测量室、第一阀门、压力计、稳压室、第二阀门、气源系统、机械泵、第三阀门、膨胀室、第四阀门、第五阀门和水浴恒温系统，能测量复杂容器体积，可消除环境温度波动影响，本发明基于差压法，测量精度高，测量过程简单，可应用于各种复杂容器体积的测量。

Description

基于差压法的容器体积测量装置及方法

技术领域

本发明涉及一种基于差压法的容器体积测量装置及方法。

背景技术

容器体积是真空容器重要的物理性质。在真空检漏、真空计量、真空系统设计等方面有着重要的应用价值。如密封容器体积的精确测量，是准确分析比对质谱检漏法与压力检漏法检测结果可靠性的基础数据；在真空漏孔、真空计的静态校准技术研究方面，定容室容积是重要参数之一。

目前国内测量容器体积的方法主要有衡量法、静态膨胀法、流量-压力法等。衡量法是以水或高纯气体为填充介质，通过密度与质量计算容器体积，该方法常用于国家标准装置中标准容器的容积标定，但工艺较复杂，耗时较长；静态膨胀法是外接一个已知体积的标准容器，开启膨胀阀使系统压力阀发生变化，并通过理想气体状态方程求得体积，该方法广泛应用于真空工程领域，但标准容器的体积相对于被测容器不能太小，否则膨胀引起的压力变化无法被精确测量；流量-压力法是对容器充放气并测得容器充放气前后的绝对压力、累计质量流量，进而计算容器的体积，该方法结构简单，但测量结果受气体种类影响。

因此，急需设计一种能精确测量复杂容器且测量过程简单、设备成本低的测量方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于差压法的容器体积测量装置及方法，能够解决容器体积测量过程中的环境温度波动影响等问题。

为解决上述问题，本发明提供一种基于差压法的容器体积测量装置，包括：

包括平衡室、差压变送器、测量室、第一阀门、压力计、稳压室、第二阀门、气源系统、机械泵、第三阀门、膨胀室、第四阀门、第五阀门和水浴恒温系统，其中，

所述平衡室通过第五阀门与测量室连接；差压变送器与平衡室和测量室连接；稳压室通过第一阀门与测量室连接；压力计与稳压室连接；气源系统通过第二阀门与稳压室连接；机械泵通过第三阀门与膨胀室连接；膨胀室通过第四阀门与测量室连接。

进一步的，在上述装置中，所述平衡室与测量室的组成材质一样，体积相近。

进一步的，在上述装置中，所述水浴恒温系统的控温精度优于±0.1℃。

进一步的，在上述装置中，所述稳压室的体积约为平衡室的10倍。

进一步的，在上述装置中，所述膨胀室为标准体积容器。

根据本发明的另一面，还提供一种基于差压法的容器体积测量方法，采用上述基于差压法的容器体积测量装置，所述方法包括：

将平衡室、测量室、稳压室和膨胀室置于水浴恒温系统中；

开启水浴恒温系统使得平衡室、测量室、稳压室和膨胀室所处空间的环境温度为20℃；

关闭第二阀门，开启第一阀门、第三阀门、第四阀门、第五阀门；

使用机械泵对平衡室、测量室、稳压室、膨胀室抽真空；

关闭第三阀门、第四阀门，开启第二阀门，进行充气；

观察压力计，当其示数稳定在101325Pa时，关闭第一阀门、第二阀门、第五阀门，记录差压变送器的初始压力；

开启第四阀门，稳定后记录差压变送器的末压力，得出测量室由于膨胀减少的压力。

进一步的，在上述方法中，得出测量室由于膨胀减少的压力之后，还包括：

根据伯努利方程得到：

V·P1＝(V+V0)·P2 (一)

其中，V是测量室(3)的体积，P1是测量室(3)的初始压强，V0是膨胀室(11)的体积，P2是测量室(3)的末压强；

P1＝P2+ΔP (二)

其中，ΔP是测量室(3)膨胀前后的压强差；

结合公式(一)和(二)得到测量室(3)的体积为：

其中，V是测量室(3)的体积，V0是膨胀室(11)的体积，P1是测量室(3)的初始压强,是测量室(3)膨胀前后的压强差。

与现有技术相比，本发明通过平衡室、差压变送器、测量室、第一阀门、压力计、稳压室、第二阀门、气源系统、机械泵、第三阀门、膨胀室、第四阀门、第五阀门和水浴恒温系统，能测量复杂容器体积，可消除环境温度波动影响，本发明基于差压法，测量精度高，测量过程简单，可应用于各种复杂容器体积的测量。

附图说明

图1是本发明一实施例的基于差压法的容器体积测量装置的结构示意图；

其中，1-平衡室、2-差压变送器、3-测量室、4-第一阀门、5-压力计、6-稳压室、7-第二阀门、8-气源系统、9-机械泵、10-第三阀门、11-膨胀室、12-第四阀门、13-第五阀门、14-水浴恒温系统。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

具体实施方式一：如图1所示，本发明提供一种基于差压法的容器体积测量装置及方法，本发明提供一种基于差压法的容器体积测量装置，包括平衡室1、差压变送器2、测量室3、第一阀门4、压力计5、稳压室6、第二阀门7、气源系统8、机械泵9、第三阀门10、膨胀室11、第四阀门12、第五阀门13和水浴恒温系统14；

所述平衡室1通过第五阀门13与测量室3连接；差压变送器2与平衡室1和测量室3连接；稳压室6通过第一阀门4与测量室3连接；压力计5与稳压室6连接；气源系统8通过第二阀门7与稳压室6连接；机械泵9通过第三阀门10与膨胀室11连接；膨胀室11通过第四阀门12与测量室3连接。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同点：平衡室1与测量室3的组成材质一样，体积相近。其他步骤与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一至二之一不同点：水浴恒温系统14的控温精度优于±0.1℃。其他步骤与具体实施方式一至二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同点：稳压室6的体积约为平衡室1的10倍。其他步骤与具体实施方式一至三相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同点：膨胀室11为标准体积容器。其他步骤与具体实施方式一至四相同。

具体实施方案六：本实施方式是提供一种使用上述基于差压法的容器体积测量装置的方法，具体是按以下步骤完成的:

将平衡室1、测量室3、稳压室6和膨胀室11置于水浴恒温系统14中；

开启水浴恒温系统14使得平衡室1、测量室3、稳压室6和膨胀室11所处空间的环境温度为20℃；

关闭第二阀门7，开启第一阀门4、第三阀门10、第四阀门12、第五阀门13；

使用机械泵9对平衡室1、测量室3、稳压室6、膨胀室11抽真空；

关闭第三阀门10、第四阀门12，开启第二阀门7，进行充气；

观察压力计5，当其示数稳定在101325Pa时，关闭第一阀门4、第二阀门7、第五阀门13，记录差压变送器2的初始压力；

开启第四阀门12，稳定后记录差压变送器2的末压力，得出测量室3由于膨胀减少的压力；

根据伯努利方程得到：

V·P1＝(V+V0)·P2 (一)

其中，V是测量室3的体积，P1是测量室3的初始压强，V0是膨胀室11的体积，P2是测量室3的末压强；

P1＝P2+ΔP (二)

其中，ΔP是测量室3膨胀前后的压强差；

结合公式(一)和(二)得到测量室3的体积为：

其中，V是测量室3的体积，V0是膨胀室11的体积，P1是测量室3的初始压强,是测量室3膨胀前后的压强差。

综上所述，本发明的装置由平衡室、测量室、膨胀室、稳压室、差压变送器、压力计、充气系统、机械泵、各类阀门组成。所述方法，通过差压变送器测量测量室膨胀前后的压力变化，并结合初始压力、膨胀室体积，计算得出测量室的体积，本发明适用于精确测量复杂容器的体积，测量过程简单。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种基于差压法的容器体积测量装置，其特征在于，包括平衡室(1)、差压变送器(2)、测量室(3)、第一阀门(4)、压力计(5)、稳压室(6)、第二阀门(7)、气源系统(8)、机械泵(9)、第三阀门(10)、膨胀室(11)、第四阀门(12)、第五阀门(13)和水浴恒温系统(14)，其中，

所述平衡室(1)通过第五阀门(13)与测量室(3)连接；差压变送器(2)与平衡室(1)和测量室(3)连接；稳压室(6)通过第一阀门(4)与测量室(3)连接；压力计(5)与稳压室(6)连接；气源系统(8)通过第二阀门(7)与稳压室(6)连接；机械泵(9)通过第三阀门(10)与膨胀室(11)连接；膨胀室(11)通过第四阀门(12)与测量室(3)连接。

2.如权利要求1所述的基于差压法的容器体积测量装置，其特征在于，所述平衡室(1)与测量室(3)的组成材质一样，体积相近。

3.如权利要求1所述的基于差压法的容器体积测量装置，其特征在于，所述水浴恒温系统(14)的控温精度优于±0.1℃。

4.如权利要求1所述的基于差压法的容器体积测量装置，其特征在于，所述稳压室(6)的体积约为平衡室(1)的10倍。

5.如权利要求1至5任一项所述的基于差压法的容器体积测量装置，其特征在于，所述膨胀室(11)为标准体积容器。

6.一种基于差压法的容器体积测量方法，其特征在于，采用如权利要求1～5任一项所述的基于差压法的容器体积测量装置，所述方法包括：

将平衡室(1)、测量室(3)、稳压室(6)和膨胀室(11)置于水浴恒温系统(14)中；

开启水浴恒温系统(14)使得平衡室(1)、测量室(3)、稳压室(6)和膨胀室(11)所处空间的环境温度为20℃；

关闭第二阀门(7)，开启第一阀门(4)、第三阀门(10)、第四阀门(12)、第五阀门(13)；

使用机械泵(9)对平衡室(1)、测量室(3)、稳压室(6)、膨胀室(11)抽真空；

关闭第三阀门(10)、第四阀门(12)，开启第二阀门(7)，进行充气；

观察压力计(5)，当其示数稳定在101325Pa时，关闭第一阀门(4)、第二阀门(7)、第五阀门(13)，记录差压变送器(2)的初始压力；

开启第四阀门(12)，稳定后记录差压变送器(2)的末压力，得出测量室(3)由于膨胀减少的压力。

7.如权利要求6所述的基于差压法的容器体积测量方法，其特征在于，得出测量室(3)由于膨胀减少的压力之后，还包括：

根据伯努利方程得到：

V·P1＝(V+V0)·P2 (一)

其中，V是测量室(3)的体积，P1是测量室(3)的初始压强，V0是膨胀室(11)的体积，P2是测量室(3)的末压强；

P1＝P2+ΔP (二)

其中，ΔP是测量室(3)膨胀前后的压强差；

结合公式(一)和(二)得到测量室(3)的体积为：

其中，V是测量室(3)的体积，V0是膨胀室(11)的体积，P1是测量室(3)的初始压强,是测量室(3)膨胀前后的压强差。