CN110388973B - 一种标准容器及其容积补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种标准容器及其容积补偿方法，属于气体流量检测技术领域。标准容器包括具有标准容积的充气罐、外层壳体，以及具有标准截面积且管壁上标注有长度刻度的细管；外层壳体设置在充气罐的外层，充气罐与外层壳体之间形成有中空层，中空层内部充满可流动介质；外层壳体上还设置有充气进口，充气进口穿过外层壳体与充气罐连通；细管设置在外层壳体的上部，且与中空层连通，细管用于在充气罐的容积发生变化时，测量进入细管内部的可流动介质的液面高度。本发明通过该标准容器及其容积补偿方法实现了对标准容器容积变化的实时修正，消除了标准容器的容积变化对气体流量测量结果的影响，提高了气体流量标准装置的准确度。

Description

一种标准容器及其容积补偿方法

技术领域

本发明涉及气体流量检测技术领域，特别涉及一种标准容器及其容积补偿方法。

背景技术

PVTt(Pressure Volume Temperature time，压力体积温度时间)法气体流量标准装置是一种用于测量气体质量流量的标准装置。具体地，可以在某一时间间隔内将气体充入PVTt法气体流量标准装置包括的具有标准容积的标准容器中，根据充气前和充气后标准容器内气体的绝对压力和热力学温度的变化，计算出气体质量流量。但是由于充气前和充气后标准容器内的压力以及温度会发生变化，这样，标准容器的容积就会因压力以及温度的变化而变化。因此，需要对标准容器的容积进行修正，以实现容积补偿。

由于不同形状的标准容器的容积随温度以及压力的变化不同，造成容积变化量难以计算，因此，相关技术中并没有标准的方法来计算标准容器的容积变化量，并且通常会忽略这些因素进行简化计算，得到容积变化量。这样就会造成计算结果的精度无法预估，也无法保证气体质量流量测量时的准确度。

发明内容

为了解决相关技术中的问题，本发明实施例提供了一种标准容器及其容积补偿方法。所述技术方案如下：

第一方面，提供了一种标准容器，所述标准容器包括具有标准容积的充气罐、外层壳体，以及具有标准截面积且管壁上标注有长度刻度的细管；

所述外层壳体设置在所述充气罐的外层，所述充气罐与所述外层壳体之间形成有中空层，所述中空层内部充满可流动介质；

所述外层壳体上还设置有充气进口，所述充气进口穿过所述外层壳体与所述充气罐连通；

所述细管设置在所述外层壳体的上部，且与所述中空层连通，所述细管用于在所述充气罐的容积发生变化时，测量进入所述细管内部的可流动介质的液面高度。

可选地，所述充气进口通过焊接方式与所述外层壳体和所述充气罐密封连接。

可选地，当所述充气罐未充入气体时，所述细管内部的可流动介质的液面高度高于所述外层壳体顶部。

可选地，所述可流动介质是指比热容大于阈值的液体。

可选地，所述充气罐由柔性材料或者刚性材料制成。

第二方面，提供了一种标准容器的容积补偿方法，应用于权利要求上述第一方面所述的标准容器中，所述方法包括：

确定所述细管内部的可流动介质的液面高度变化量；

基于所述液面高度变化量，确定所述标准容器的容积变化量；

基于所述容积变化量，对所述标准容器的容积进行补偿。

可选地，所述确定所述细管内部的可流动介质的液面高度变化量，包括：

当通过所述充气进口向所述充气罐中充气之后，确定所述细管内部的可流动介质的最终液面高度；

将所述最终液面高度与初始液面高度之间的差值确定为所述液面高度变化量，所述初始液面高度是指通过所述充气进口向所述充气罐中充气之前所述细管内部的可流动介质的液面高度。

可选地，所述基于所述液面高度变化量，确定所述标准容器的容积变化量，包括：

确定所述细管的标准截面积与所述液面高度变化量之间的乘积，将所述乘积作为所述标准容器的容积变化量。

可选地，所述基于所述容积变化量，对所述标准容器的容积进行补偿，包括：

计算所述标准容器的标准容积和所述标准容器的容积变化量之间的和，将计算得到的和作为所述标准容器补偿后的容积，以实现所述标准容器的容积补偿。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明实施例通过在标准容器中设置具有标准容积的充气罐、外层壳体，以及具有标准截面积且管壁上标注有长度刻度的细管，使得充气罐与外层壳体之间形成中空层，且中空层中充满可流动介质，当充气罐通过充气进口充气时，充气罐膨胀挤压可流动介质，使得可流动介质流入与外层壳体连接的细管中，通过充气罐充气前后细管中可流动介质液面高度的变化，来实现对标准容器容积变化的实时修正，从而消除了标准容器的容积变化对气体流量测量结果的影响，提高了气体流量标准装置的准确度。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种标准容器充气前后的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种标准容器的容积补偿方法流程图；

图3是本发明实施例提供的一种标准容器的容积补偿原理示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

目前，采用PVTt法气体流量标准装置进行气体质量流量测量时，通常是在某一时间间隔内将气体充入具有标准容积的标准容器中，但是由于充气前和充气后标准容器内的压力以及温度会发生变化，会导致标准容器容积因压力以及温度的变化而变化，以致于标准容器发生膨胀。因此，需要对标准容器的容积进行修正，以实现容积补偿。而相关技术中通常进行简化计算，得到容积变化量，以致于无法预估计算结果的精度，也无法保证测量气体质量流量时的准确度。因此，本发明提出了一种标准容器及其容积补偿方法。

图1是本发明实施例提供的一种标准容器的结构示意图。参见图1，该标准容器包括具有标准容积的充气罐110、外层壳体120，以及具有标准截面积且管壁上标注有长度刻度的细管130。

外层壳体120设置在充气罐110的外层，充气罐110与外层壳体120之间形成有中空层140，中空层140内部充满可流动介质；

外层壳体120上还设置有充气进口150，充气进口150穿过外层壳体120与充气罐110连通；

细管130设置在外层壳体120的上部，且与中空层140连通，细管130用于在充气罐110的容积发生变化时，测量进入细管130内部的可流动介质的液面高度。

需要说明的是，标准容积是指标准状态下(温度为20℃，绝对压力为101325Pa)的容积，绝对压力是指以绝对真空作为起点直接作用于容器或物体表面的压力。具有标准容积的充气罐110可以为球形、也可以为柱体，当然实际情况中，也可以为其他形状，例如方形，对此本发明实施例不予限定。

其中，充气罐110由柔性材料或者刚性材料制成，用于盛装待测量的气体。在标准容器充气过程中，当充气罐110充入气体时，充气罐110会受到充入气体的压力及温度的影响，并且充气罐110是由柔性材料或者刚性材料制成的，因此，鉴于柔性材料或者刚性材料的特性，在充气罐110充入气体时，会受到压力和温度的影响发生膨胀，从而导致充气罐110的容积发生变化。

需要说明的是，外层壳体120可以与充气罐110形状相同，也可以不同，且外层壳体120可以由刚性材料构成，当然也可以由其他材料构成，如柔性材料，对此本发明实施例不予限定。

其中，外层壳体120上还设置有充气进口150，充气进口150是将气体充入充气罐110的传输管道，用于实现向充气罐110充入气体。充气进口150可以圆柱形，当然也可以为其它形状，如方形等。充气进口150可以设置在外层壳体120上的任一位置，可以设置在外层壳体120的右侧中间位置，如图1所示，当然也可以设置在其他位置，如外层壳体120的左侧中间位置或者左侧上方位置，对此本发明实施例不予限定。

需要说明的是，充气进口150通过焊接方式与外层壳体120和充气罐110密封连接。

为了保证通过充气进口150能够向充气罐110充入气体，同时避免外层壳体120与充气罐110之间形成的中空层140中的可流动介质泄露，本发明实施例可以通过焊接方式将充气进口150与外层壳体120和充气罐110密封连接，即充气进口150与外层壳体120密封连接。然后穿过外层壳体120与充气罐110之间的中空层140，再与充气罐110密封连接，使得充气进口150与充气罐110导通，在通过充气进口150充入气体时，能够穿过外层壳体120直接将气体充入充气罐110。同时可以防止中空层140中的可流动介质泄露，流入充气罐110。

另外，细管130设置在外层壳体120的上部，且与中空层140连通，使得中空层140的可流动介质在充气罐110充气后受到挤压时，可以流入细管130内部。细管130可以为具有标准截面积的圆柱形细管，标准截面积即是指具有标准规格且为固定值的截面积，当然实际应用中也可以为其他形状，如具有标准截面积方形柱体的细管等。且细管130管壁上标注有长度刻度，该长度刻度用于表示细管130中的可流动介质的液面高度。其中，细管130可以设置在外层壳体120上方任一位置，例如可以设置在外层壳体120的左上方，也可以设置在外层壳体120的右上方，当然也可以设置在在外层壳体120的正上方，对此本发明实施例不予限定。

需要说明的是，充气罐110与外层壳体120之间形成的中空层140内部需要充满可流动介质。实际情况中，当充气罐110未充入气体时，若中空层140内部未充满可流动介质，那么在充气罐110充入气体后发生膨胀且容积发生变化时，即使充气罐110挤压可流动介质，但是由于中空层140未充满可流动介质，即充气罐110充气前，细管130内部没有可流动介质，在充气罐110充气后，流入细管130中可流动介质只能表示充气罐110充气后容积变化量的一部分，即在充气罐110充气前后，确定出细管130内部的可流动介质的液面高度变化量不能准确表示充气罐110的容积变化量，从而导致容积补偿准确率降低，因此，为了保证计算出的充气罐110容积变化量的准确度，需要在充气罐110未充入气体时，确保可流动介质充满整个中空层140，即充气罐110完全置于可流动的介质中。

进一步地，当充气罐110未充入气体时，细管130内部的可流动介质的液面高度高于外层壳体120顶部。

由于标准容器的形状并不唯一规定，实际应用中可以是圆形，也可以是其他形状，如方形等。因此，细管130与外层壳体120的接触面并不一定为水平接触面，此时，如果以细管130与外层壳体120的接触面为基准测量充气后可流动介质的液面高度，那么测量出的液面高度就会产生一定的误差。

因此，为了避免细管130与外层壳体120的接触面不为水平接触面时，测量出充气后细管130内部可流动介质的液面高度不准确，即最终液面高度存在误差，本发明实施例在充气罐110未充入气体时，将细管130内部的可流动介质的液面高度设置为高于外层壳体120顶部，即在充气罐110充入气体之前，设定初始液面高度高于外层壳体120的顶部，以保证充气罐110充入气体之后，得到的细管130内部的可流动介质的最终液面高度与初始液面高度之间的差值更为准确，即提高了确定液面高度变化量的准确性，以进行后续的容积补偿，从而提高容积补偿的准确性。

需要说明的是，该可流动介质是指比热容大于阈值的液体。其中该阈值为本领域技术人员预先设置的，该可流动介质可以为水，当然也可以为其他液体，例如油，对此本发明实施例不予限定。

另外，当充气罐110充入气体且由于充入气体的压力及温度的影响，导致充气罐110产生膨胀时，此时，该可流动介质会受到膨胀后的充气罐210的挤压，该可流动介质会在在中空层140流动。

在本发明实施例中，由于外层壳体120与充气罐110之间形成有中空层140，而中空层140中充满可流动介质，即可流动介质将外层壳体120和充气罐110隔离。在充气罐110由于充入气体的压力及温度影响发生膨胀时，中空层140的可流动介质会被充气罐110挤压，此时可流动介质由于受到挤压而进入细管130内，使得细管130内部的可流动介质的液面升高。从而能够防止外层壳体120在充气罐110膨胀时受到影响，即外层壳体120受到的压力以及自身的温度并不会因为充气罐110的充气而发生变化，相应的外层壳体120的容积也不会因为充气罐110的充气而发生变化。

因此，可以在充气后，根据细管130管壁上的长度刻度确定出细管130内部可流动介质的最终液面高度。然后计算出初始液面高度与充气罐110充气后细管130内部的可流动介质的最终液面高度之间的差值，进而根据该差值与细管130的标准截面积的乘积确定充气罐110的容积变化量。之后计算该乘积与充气罐110的标准容积之间的和，将计算出的和确定为充气罐110补偿后的容积，以实现对标准容器的容积补偿，从而可以使用补偿后的容积进行气体流量测量，提高了气体流量测量的准确度。

实际情况中，上述进行容积补偿的过程可以为：已知充气罐110充入气体前设定的细管130内部的可流动介质的初始液面高度为l₀，细管130的标准截面积为s，当测量出细管130内部的可流动介质的最终液面高度为l₁，可以计算细管130内部的可流动介质的最终液面高度与初始液面高度之间的差值Δl(Δl＝l₁-l₀)，然后计算该差值Δl与细管130的标准截面积之间的乘积，将该乘积作为充气罐110的容积变化量ΔV。

上述计算过程可以通过如下公式来表示：

ΔV＝s(l₁-l₀)

其中，ΔV为充气罐110的容积变化量，s为细管130的标准截面积，l₁为充气罐110充入气体后测量出的细管130内部的可流动介质的最终液面高度，l₀为充气罐110充入气体前设定的细管130内部的可流动介质的初始液面高度。

另外，值得说明的是，本发明实施例中的标准容器适用于通过PVTt法气体流量标准装置检测气体流量时，对标准容器的容积补偿，即适用于通过PVTt法测量所有气体流量的气体标准装置中标准容器的容积补偿。

综上所述，本发明实施例通过在标准容器中设置具有标准容积的充气罐、外层壳体，以及具有标准截面积且管壁上标注有长度刻度的细管，然后在外层壳体和充气罐之间形成的中空层中充满可流动介质。因此，在充气罐充入气体发生膨胀时，由于可流动介质将充气罐外层壳体隔离，使得充气罐的膨胀并不会影响到外层壳体，而是会挤压中空层的可流动介质，使得可流动介质进入细管。从而可以根据测量出的充气后细管内部的可流动介质的最终液面高度和初始液面高度，确定充气前后细管内部的可流动介质的液面高度变化量，之后根据液面高度变化量和细管的标准截面积确定充气罐的容积变化量，从而计算得到充气罐的标准容积和容积变化量之间的和，以得到充气罐补偿后的容积，从而对充气罐的容积进行补偿，实现了对标准容器容积变化的实时修正，消除了标准容器的容积变化对气体流量测量结果的影响，提高了气体流量标准装置的准确度。

图2是本发明实施例提供的一种标准容器的容积补偿方法流程图。参见图2，该方法应用于图1所示的标准容器中，该方法包括如下步骤：

步骤201：确定细管内部的可流动介质的液面高度变化量。

可选地，确定细管内部的可流动介质的液面高度变化量，包括：

当通过充气进口向充气罐中充气之后，确定细管内部的可流动介质的最终液面高度；

将最终液面高度与初始液面高度之间的差值确定为液面高度变化量，初始液面高度是指通过充气进口向充气罐中充气之前细管内部的可流动介质的液面高度。

步骤202：基于该液面高度变化量，确定标准容器的容积变化量。

可选地，基于该液面高度变化量，确定标准容器的容积变化量，包括：

确定细管的标准截面积与该液面高度变化量之间的乘积，将该乘积作为标准容器的容积变化量。

步骤203：基于该容积变化量，对标准容器的容积进行补偿。

可选地，基于该容积变化量，对标准容器的容积进行补偿，包括：

计算标准容器的标准容积和标准容器的容积变化量之间的和，将计算得到的和作为标准容器补偿后的容积，以实现标准容器的容积补偿。

综上所述，本发明实施例在标准容器中设置具有标准容积的充气罐、外层壳体，以及具有标准截面积且管壁上标注有长度刻度的细管，使得充气罐与外层壳体之间形成中空层，且中空层中充满可流动介质，当充气罐通过充气进口充气时，充气罐膨胀挤压可流动介质，使得可流动介质流入与外层壳体连接的细管中，先确定细管内部的可流动介质的液面高度变化量，再基于该液面高度变化量，确定标准容器的容积变化量，然后基于该容积变化量，对标准容器的容积进行补偿。在测量气体流量的过程中，实现了对标准容器容积变化的实时修正，消除了标准容器的容积变化对气体流量测量结果的影响，提高了气体流量标准装置的准确度。

为了便于理解，本发明实施例通过下述举例来对本发明中的标准容器及其补偿方法进行详细说明。

例如，如图3所示，标准容器中包括标准容积为V_b的充气罐110，外层壳体120，以及标准截面积为s、高度为L的细管130。假设在充气罐110充入气体之前，细管130内部的可流动介质的初始液面高度为l₀，充气前充气罐110的压力为P₀、温度为T₀，之后向充气罐110中充入待测高压气体，假设检测到充入气体后充气罐110的压力升高至P₁、温度升高至T₁，此时根据细管130管壁上的长度刻度测量出细管130内部的可流动介质的最终液面高度为l₁，那么在充气过程中，充入的待检测气体的质量可以通过如下公式计算：

Δm＝(V_b+s(l₁-l₀))·ρ₁-V_b·ρ₀，

其中，ρ₀为充气罐110充气前充气罐110内部的气体密度，即充气罐110在压力为P₀、温度为T₀时的气体密度，ρ₁为充气罐110充气后充气罐110内的气体密度，即充气罐110在压力为P₁、温度为T₁时的气体密度。

其中，s(l₁-l₀)即为本发明实施例确定的标准容器中的充气罐110在充气过程中的容积变化量，也即是充气罐的膨胀量。

需要说明的是，通过本发明提供的标准容器进行容积补偿，可以直接通过细管130内可流动介质的液面高度变化量来得到充气罐110充气后的容积变化量，不需要考虑温度和压力以及标准容器的形状等因素的影响，使得对标准容器的容积修正过程更加简洁，同时也提高了容积修正的准确度。

另外，上述计算过程仅仅是本发明实施例提供的一种在使用PVTt法气体流量标准装置测量气体质量的解释性示例性方式。实际应用中，通过本发明实施例提供的标准容器及其容积补偿方法进行容积修正后，也可以通过其他方式检测气体流量质量，对此本发明实施例不予限定。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本发明旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (7)

1.一种标准容器，其特征在于，所述标准容器包括具有标准容积的充气罐、外层壳体，以及具有标准截面积且管壁上标注有长度刻度的细管；

所述外层壳体设置在所述充气罐的外层，所述充气罐与所述外层壳体之间形成有中空层，所述中空层内部充满可流动介质，所述可流动介质是指比热容大于阈值的液体；

所述外层壳体上还设置有充气进口，所述充气进口穿过所述外层壳体和所述中空层与所述充气罐密封连接，所述充气进口通过焊接方式与所述外层壳体和所述充气罐连通；

所述细管设置在所述外层壳体的上部，且与所述中空层连通，所述细管用于在所述充气罐的容积发生变化时，测量进入所述细管内部的可流动介质的液面高度。

2.如权利要求1所述的标准容器，其特征在于，当所述充气罐未充入气体时，所述细管内部的可流动介质的液面高度高于所述外层壳体顶部。

3.如权利要求1所述的标准容器，其特征在于，所述充气罐由柔性材料或者刚性材料制成。

4.一种标准容器的容积补偿方法，其特征在于，应用于权利要求1-3任一所述的标准容器中，所述方法包括：

确定所述细管内部的可流动介质的液面高度变化量；

基于所述液面高度变化量，确定所述标准容器的容积变化量；

基于所述容积变化量，对所述标准容器的容积进行补偿。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述确定所述细管内部的可流动介质的液面高度变化量，包括：

当通过所述充气进口向所述充气罐中充气之后，确定所述细管内部的可流动介质的最终液面高度；

将所述最终液面高度与初始液面高度之间的差值确定为所述液面高度变化量，所述初始液面高度是指通过所述充气进口向所述充气罐中充气之前所述细管内部的可流动介质的液面高度。

6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述基于所述液面高度变化量，确定所述标准容器的容积变化量，包括：

确定所述细管的标准截面积与所述液面高度变化量之间的乘积，将所述乘积作为所述标准容器的容积变化量。

7.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述基于所述容积变化量，对所述标准容器的容积进行补偿，包括：

计算所述标准容器的标准容积和所述标准容器的容积变化量之间的和，将计算得到的和作为所述标准容器补偿后的容积，以实现所述标准容器的容积补偿。

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