CN109029619A - 一种基于动态差压衰减的容积测量装置 - Google Patents

一种基于动态差压衰减的容积测量装置 Download PDF

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Abstract

本发明介绍了一种利用动态差压衰减与阳极多孔氧化铝(AAO)漏孔相结合的测量容积新装置，使金属容器容积测量具有高精度、高效率和简便易行的特点。本发明装置包括：充气装置、第一阀门、被测容器、AAO(阳极多孔氧化铝)漏孔、第二阀门、差压变送器、真空泵组，真空泵组抽气使AAO漏孔低压端保持为0Pa，充气装置对系统充气，气体流经AAO漏孔时流导保持不变，差压变送器测量AAO漏孔两端的差压，对两端差压变化进行指数函数拟合，从而计算出被测容器容积。

Description

一种基于动态差压衰减的容积测量装置
技术领域
本发明涉及一种基于动态差压衰减的容积测量装置，属于测量技术领域。
背景技术
对于形状不规则的非标准金属容器体积的研究，在真空科学技术领域如检漏、真空测量、真空系统设计等方面具有重要的应用价值。目前，衡量法是最常用的测量方法，也被国家标准与技术研究院采用。然而，系统非常复杂，测量过程持续时间长。真空技术中广泛采用静态膨胀法和内置法来确定体积，其中待测体积是根据质量守恒定律和波义耳定律计算出来的。为了保证高精度，需要高真空系统和较长的松弛时间。基于充气法的体积测量方法需要高精度的差压计和流量控制器。充气过程中很难保持恒温，实验时间必须足够长，以减少测量误差。
本发明介绍了一种利用动态差压衰减与阳极多孔氧化铝(AAO)漏孔相结合的容积测量新装置，使金属容器容积测量具有高精度、高效率和简便易行的特点。
发明内容
本发明提出一种基于动态差压衰减的容积测量装置，以达到精确测量金属容器容积的目的。
为了实现上述目的，本发明采取了以下技术方案：
一种基于动态差压衰减的容积测量装置，其特征在于一种基于动态差压衰减的容积测量装置包括：充气装置、第一阀门、被测容器、AAO(阳极多孔氧化铝)漏孔、第二阀门、差压变送器、真空泵组。
被测容器通过第一阀门与充气装置相连，AAO漏孔的高压端与第一阀门相连，AAO漏孔的低压端与第二阀门相连，真空泵组与第二阀门相连，差压变送器一端与AAO漏孔高压端相连，一端通过第二阀门与AAO漏孔低压端相连。
所述的一种基于动态差压衰减的容积测量装置，差压变送器测量AAO漏孔两端的动态差压变化。
所述的一种基于动态差压衰减的容积测量装置，被测容器充入约1800Pa的压强，AAO漏孔低压端被真空泵组持续抽真空，始终保持在约0Pa。
所述的一种基于动态差压衰减的容积测量装置，AAO漏孔的AAO材料型号为上海上木科技有限公司生产的AAO-DP-25，孔径为13mm，分别使用氮气、氦气、氩气作为实验气体流经AAO漏孔时，始终处于分子流状态，其流导从真空到大气压条件下保持恒定。
利用本发明测量容器容积是按照以下步骤完成的：
一、氮气、氦气、氩气流经AAO漏孔时的流导已经用流导测量装置测得，分别为1.1622×10-5m3s-1，2.94×10-5m3s-1，9.563×10-6m3s-1。
二、关闭第一阀门，打开第二阀门，使用真空泵组将系统抽真空至10-3Pa。关闭第二阀门，打开第一阀门，使气体进入容器。由于真空泵在抽气，差压变送器低压端的压强一直稳定在0Pa，当差压变送器两端的压强差ΔP一直增加到1800Pa时，关闭第一阀门。当被测容器的温度和压力达到平衡后，打开第二阀门，使气体通过AAO漏孔。差压变送器两端的压强差ΔP从1800Pa降至0Pa所用时间为t。
三、被测容器的容积可以由下面过程推导得出：
管道流量：Q＝C(p1-p2)＝Cp1 (1)
式(1)中，C为AAO漏孔的流导，p1、p2分别为AAO漏孔入口和出口出的压强，由于出口处的压强稳定在0Pa，所以(p1-p2)的值等于p1。流量Q在真空科学领域也可以通过下式表示：
式(2)中，V为被测容器的体积VA和周围管道、阀门体积VP之和VA+VP，并且管道、阀门体积之和用静态膨胀法测得为0.562L，为入口压强随时间的变化关系，由方程(1)，(2)得：
式(3)中，C为AAO漏孔的流导，V为被测容器的体积VA和周围管道、阀门体积VP之和VA+VP，为入口压强随时间的变化关系，求解该微分方程得到：
式(4)中，Δp(t)是AAO漏孔入口和出口压差随时间的变化，Δp0是t＝0时的初始压差，τ是时间常数。因此VA可由下式计算得出：
VA＝V-VP (5)
式(5)中，VA为被测容器的体积，VP为周围管道、阀门的体积。通过差压变送器获得AAO漏孔两端随时间变化的差压值，并使用Origin软件对实验数据进行指数函数拟合，从而计算出容器的体积VA。
本发明的优点：
一、本发明中的氮气、氦气、氩气流经AAO漏孔时始终处于分子流状态，因此可以用多种气体来测量容器容积。
二、本发明所使用的AAO漏孔的流导一直到大气条件下都是保持恒定，因此该方法从真空条件到大气一直适用。
三、本发明的装置不仅结构简单，便于加工，成本低廉而且抗干扰能力强，测量结果精确。
附图说明
图1是一种基于动态差压衰减的容积测量装置的结构示意图；
其中，1-充气装置、2-第一阀门、3-被测容器、4-AAO(阳极多孔氧化铝)漏孔、5-第二阀门、6-差压变送器、7-真空泵组。
具体实施方式
如图1所示，一种基于动态差压衰减的容积测量装置，其特征在于：包括充气装置1、第一阀门2、被测容器3、AAO(阳极多孔氧化铝)漏孔4、第二阀门5、差压变送器6、真空泵组7。
被测容器3通过第一阀门2与充气装置1相连，AAO漏孔4的高压端与第一阀门2相连，AAO漏孔4的低压端与第二阀门5相连，真空泵组7与第二阀门5相连，差压变送器6一端与AAO漏孔4高压端相连，一端通过第二阀门5与AAO漏孔4低压端相连。
所述的一种基于动态差压衰减的容积测量装置，差压变送器6测量AAO漏孔4两端的动态差压变化。
所述的一种基于动态差压衰减的容积测量装置，被测容器3充入约1800Pa的压强，AAO漏孔4低压端被真空泵组7持续抽真空，始终保持在约0Pa。
所述的一种基于动态差压衰减的容积测量装置，AAO漏孔4的AAO材料型号为上海上木科技有限公司生产的AAO-DP-25，孔径为13mm，分别使用氮气、氦气、氩气作为实验气体流经AAO漏孔4时，始终处于分子流状态，其流导从真空到大气压条件下保持恒定。
利用本发明测量容器容积是按照以下步骤完成的：
一、氮气、氦气、氩气流经AAO漏孔4时的流导已经用流导测量装置测得，分别为1.1622×10-5m3s-1，2.94×10-5m3s-1，9.563×10-6m3s-1。
二、关闭第一阀门2，打开第二阀门5，使用真空泵组7将系统抽真空至10-3Pa。关闭第二阀门5，打开第一阀门2，使气体进入容器3。由于真空泵在抽气，差压变送器6低压端的压强一直稳定在0Pa，当差压变送器6两端的压强差ΔP一直增加到1800Pa时，关闭第一阀门2。当被测容器3的温度和压力达到平衡后，打开第二阀门5，使气体通过AAO漏孔4。差压变送器6两端的压强差ΔP从1800Pa降至0Pa所用时间为t。
三、被测容器3的容积可以由下面过程推导得出：
管道流量：Q＝C(p1-p2)＝Cp1 (1)
式(1)中，C为AAO漏孔4的流导，p1、p2分别为AAO漏孔4入口和出口出的压强，由于出口处的压强稳定在0Pa，所以(p1-p2)的值等于p1。流量Q在真空科学领域也可以通过下式表示：
式(2)中，V为被测容器3的体积VA和周围管道、阀门体积VP之和VA+VP，并且管道、阀门体积之和用静态膨胀法测得为0.562L，为入口压强随时间的变化关系，由方程(1)，(2)得：
式(3)中，C为AAO漏孔4的流导，V为被测容器3的体积VA和周围管道、阀门体积VP之和VA+VP，为入口压强随时间的变化关系，求解该微分方程得到：
式(4)中，Δp(t)是AAO漏孔4入口和出口压差随时间的变化，Δp0是t＝0时的初始压差，τ是时间常数。因此VA可由下式计算得出：
VA＝V-VP (5)
式(5)中，VA为被测容器3的体积，VP为周围管道、阀门的体积。通过差压变送器6获得AAO漏孔4两端随时间变化的差压值，并使用Origin软件对实验数据进行指数函数拟合，从而计算出容器3的体积VA。

Claims (5)

1.一种基于动态差压衰减的容积测量装置，其特征在于：包括充气装置(1)、第一阀门(2)、被测容器(3)、AAO漏孔(4)、第二阀门(5)、差压变送器(6)、真空泵组(7)；
被测容器(3)通过第一阀门(2)与充气装置(1)相连，AAO漏孔(4)的高压端与第一阀门(2)相连，AAO漏孔(4)的低压端与第二阀门(5)相连，真空泵组(7)与第二阀门(5)相连，差压变送器(6)一端与AAO漏孔(4)高压端相连，一端通过第二阀门(5)与AAO漏孔(4)低压端相连。
2.根据权利要求1所述的一种基于动态差压衰减的容积测量装置，其特征在于：所述的差压变送器(6)测量AAO漏孔(4)两端的动态差压变化。
3.根据权利要求1所述的一种基于动态差压衰减的容积测量装置，其特征在于：所述的被测容器(3)充入约1800Pa的压强，AAO漏孔(4)低压端被真空泵组(7)持续抽真空，始终保持在约0Pa。
4.根据权利要求1所述的一种基于动态差压衰减的容积测量装置，其特征在于：所述的AAO漏孔(4)的AAO材料型号为上海上木科技有限公司生产的AAO-DP-25，孔径为13mm，分别使用氮气、氦气、氩气作为实验气体流经AAO漏孔(4)时，始终处于分子流状态，其流导从真空到大气压条件下保持恒定。
5.根据权利要求1所述的一种基于动态差压衰减的容积测量装置，其特征具体步骤如下：
一、氮气、氦气、氩气流经AAO漏孔时的流导已经用流导测量装置测得，分别为1.1622×10-5m3s-1,2.94×10-5m3s-1，9.563×10-6m3s-1；
二、关闭第一阀门，打开第二阀门，使用真空泵组将系统抽真空至10-3Pa，关闭第二阀门，打开第一阀门，使气体进入容器，由于真空泵在抽气，差压变送器低压端的压强一直稳定在0Pa，当差压变送器两端的压强差ΔP一直增加到1800Pa时，关闭第一阀门，当被测容器的温度和压力达到平衡后，打开第二阀门，使气体通过AAO漏孔，差压变送器两端的压强差ΔP从1800Pa降至0Pa所用时间为t；
三、被测容器的容积可以由下面过程推导得出：
管道流量：Q＝C(p1-p2)＝Cp1 (1)
式(1)中，C为AAO漏孔的流导，p1、p2分别为AAO漏孔入口和出口出的压强，由于出口处的压强稳定在0Pa，所以(p1-p2)的值等于p1，流量Q在真空科学领域也可以通过下式表示：
式(2)中，V为被测容器的体积VA和周围管道、阀门体积VP之和VA+VP，并且管道、阀门体积之和用静态膨胀法测得为0.562L，为入口压强随时间的变化关系，由方程(1)，(2)得：
式(3)中，C为AAO漏孔的流导，V为被测容器的体积VA和周围管道、阀门体积VP之和VA+VP，为入口压强随时间的变化关系，求解该微分方程得到：
式(4)中，Δp(t)是AAO漏孔入口和出口压差随时间的变化，Δp0是t＝0时的初始压差，τ是时间常数，因此VA可由下式计算得出：
VA＝V-VP (5)
式(5)中，VA为被测容器的体积，VP为周围管道、阀门的体积，通过差压变送器获得AAO漏孔两端随时间变化的差压值，并使用Origin软件对实验数据进行指数函数拟合，从而计算出容器的体积VA。
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