CN112229473A - 一种测量任意形状房间自由容积的方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种测量任意形状房间自由容积的方法和系统，方法包括：测量待测房间中预设体积的气体质量；待测房间中加入示踪气体；测量加入示踪气体后的待测房间中与上述预设体积相同的气体质量；计算待测房间的自由容积。系统包括：第一测量单元，用于测量预设体积的气体质量；示踪单元，用于加入示踪气体；第二测量单元，用于预设体积的气体质量；计算单元，用于计算待测房间的自由容积。本发明的有益效果是：采用示踪气体法，通过示踪气体注入质量体积变化测量自由容积的体积，大大缩短了原有迭代计算的试验周期，降低了迭代计算中自由容积内杂物体积测量工作量，提高了自由容积的测量精度。

Description

一种测量任意形状房间自由容积的方法及系统
技术领域
本发明属于核电领域，具体涉及一种测量任意形状房间自由容积的方法及系统。
背景技术
自由容积是指气体可达到房间部位的容积总和，自由容积与房间的换气率息息相关，该项技术在核电、核工程主控制室、应急指挥中心、地下人防工程的可居留性评价(防辐射、防生化袭击等)；超精密制造、生物制药等生产车间的洁净度控制与保持等领域有重要应用价值。
核电厂主控制室是核电厂的神经中枢和控制中心，对核电厂的安全运行具有决定性意义。在核电厂发生事故后(比如：LOCA、弹棒等DBA以及堆芯融化严重事故、生化袭击等)，主控制室区域内必须为操纵员控制电厂状态，减轻事故后果提供必要的可居留条件。为满足此要求，所有核电厂都采用不同手段来保证主控制室压力边界的完整性。
美国材料与试验协会(US-ASTM)公布的标准ASTME741用示踪气体稀释法测定单区内浓度变化规律计算其内渗透率(即非过滤渗透)，标准测试方法介绍了三种方法包括：浓度衰减法、恒定注入法、恒定浓度法，这三种方法在核电行业可用于测量主控室内漏率。
浓度衰减法是将一定量示踪气体注入主控室边界，并确保浓度均匀，之后测量并绘制示踪气体浓度随时间变化曲线，可以计算出试验时间内的换气率，进而间接测量内漏值。关键参数：本方法在初始示踪气体注入量和最终内漏计算过程中都需要主控室的自由容积(试验状态下主控室边界内，示踪气体可达区域。具体为主控室边界内总体积减去边界内控制台、各类机械管道和电气管道等后的容积)作为计算输入值。而自由容积的实际计算需要现场勘测主控室边界内影响自由容积的所有因子的尺寸，进而通过计算机三维模拟计算出初始自由容积，然后通过内漏试验数据迭代计算下一个自由容积，如此反复计算得到更接近于实际的自由容积，试验周期长，工程量大。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种测量任意形状房间自由容积的方法及系统，该方案能够对方便快捷地测量任意形状房间自由容积。
本发明的技术方案为：
一种测量任意形状房间自由容积的方法，包括：
测量待测房间中预设体积的气体质量；
待测房间中加入示踪气体；
测量加入示踪气体后的待测房间中与上述预设体积相同的气体质量；
根据加入的示踪气体质量、两次测量的气体质量差和所述预设体积计算待测房间的自由容积。
进一步地，上述的测量任意形状房间自由容积的方法，所述测量待测房间中预设体积的气体质量包括：
将待测房间中的其他扩散至预设体积的容器中；
测量预设体积的容器中气体的质量。
进一步地，上述的测量任意形状房间自由容积的方法，所述待测房间中加入示踪气体时，将已经扩散至预设体积容器中的气体转移回所述待测房间以便所述示踪气体与待测房间的气体充分混合。
进一步地，上述的测量任意形状房间自由容积的方法，所述根据加入的示踪气体质量、两次测量的气体质量差和所述预设体积计算待测房间的自由容积的计算公式为：
Figure BDA0002658337710000031
其中，V测为待测房间自由容积，m0为加入待测房间的示踪气体质量，m2-m1为两次测量预设体积的气体质量差，V为预设体积。
相应地，本发明还提供了一种测量任意形状房间自由容积的系统，包括：
第一测量单元，用于测量待测房间中预设体积的气体质量；
示踪单元，用于在待测房间中加入示踪气体；
第二测量单元，用于测量加入示踪气体后的待测房间中与上述预设体积相同的气体质量；
计算单元，用于根据加入的示踪气体质量、两次测量的气体质量差和所述预设体积计算待测房间的自由容积。
进一步地，上述的测量任意形状房间自由容积的系统，所述测量待测房间中预设体积的气体质量包括：
将待测房间中的其他扩散至预设体积的容器中；
测量预设体积的容器中气体的质量。
进一步地，上述的测量任意形状房间自由容积的系统，所述待测房间中加入示踪气体时，将已经扩散至预设体积容器中的气体转移回所述待测房间以便所述示踪气体与待测房间的气体充分混合。
进一步地，上述的测量任意形状房间自由容积的系统，所述根据加入的示踪气体质量、两次测量的气体质量差和所述预设体积计算待测房间的自由容积的计算公式为：
Figure BDA0002658337710000041
其中，V测为待测房间自由容积，m0为加入待测房间的示踪气体质量，m2-m1为两次测量预设体积的气体质量差，V为预设体积。
本发明的有益效果是：
本发明专利采用示踪气体法，通过示踪气体注入质量体积变化测量自由容积的体积，大大缩短了原有迭代计算的试验周期，降低了迭代计算中自由容积内杂物体积测量工作量，提高了自由容积的测量精度。
附图说明
图1为本发明的测量任意形状房间自由容积方法的流程图。
图2为本发明的测量任意形状房间自由容积系统的框图。
图3为本发明的测量任意形状房间自由容积装置的示意图。
上述附图中，1、待测房间；2、氧气瓶；3、精密天平；4、隔离阀；5、隔离阀；6、精密天平；7、活塞；8、精密气体量筒。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的一种检测试件的制作方法的实施例进行介绍：
如图1所示，本发明提供了一种测量任意形状房间自由容积的方法，包括：
S100测量待测房间中预设体积的气体质量；
S200待测房间中加入示踪气体；
S300测量加入示踪气体后的待测房间中与上述预设体积相同的气体质量；
S400根据加入的示踪气体质量、两次测量的气体质量差和所述预设体积计算待测房间的自由容积。
其中，所述测量待测房间中预设体积的气体质量包括：
将待测房间中的其他扩散至预设体积的容器中；
测量预设体积的容器中气体的质量。
所述待测房间中加入示踪气体时，将已经扩散至预设体积容器中的气体转移回所述待测房间以便所述示踪气体与待测房间的气体充分混合。
所述根据加入的示踪气体质量、两次测量的气体质量差和所述预设体积计算待测房间的自由容积的计算公式为：
Figure BDA0002658337710000051
其中，V测为待测房间自由容积，m0为加入待测房间的示踪气体质量，m2-m1为两次测量预设体积的气体质量差，V为预设体积。
如图2所示，本发明还提供了一种测量任意形状房间自由容积的系统，包括：
第一测量单元100，用于测量待测房间中预设体积的气体质量；
示踪单元200，用于在待测房间中加入示踪气体；
第二测量单元300，用于测量加入示踪气体后的待测房间中与上述预设体积相同的气体质量；
计算单元400，用于根据加入的示踪气体质量、两次测量的气体质量差和所述预设体积计算待测房间的自由容积。
所述测量待测房间中预设体积的气体质量包括：
将待测房间中的气体扩散至预设体积的容器中；
测量预设体积的容器中气体的质量。
所述待测房间中加入示踪气体时，将已经扩散至预设体积容器中的气体转移回所述待测房间以便所述示踪气体与待测房间的气体充分混合。
所述根据加入的示踪气体质量、两次测量的气体质量差和所述预设体积计算待测房间的自由容积的计算公式为：
Figure BDA0002658337710000061
其中，V测为待测房间自由容积，m0为加入待测房间的示踪气体质量，m2-m1为两次测量预设体积的气体质量差，V为预设体积。
本实施例中，所述第一测量单元和第二测量采用同一套测量装置，包括带有活塞7的精密气体量筒8和用于称取所述精密气体量筒8重量的精密天平6。所述精密气体量筒8通过隔离阀5与待测房间1连接；活塞7与活塞提升装置连接。所述活塞提升装置连接有精密拉力计以便克服活塞自重对测量结果的影响。所述精密气体量筒8设置于气罩内以避免外界气压对测量结果的影响。通过活塞的运动，精密气体量筒8从待测房间1中抽取预设体积的气体以配合所述精密天平6测量预设体积的气体质量，也可以将抽取出来的气体送回待测房间1以便示踪气体与待测房间1内气体充分混合。
示踪单元通过隔离阀4与待测房间1连接。该示踪单元可以是能够统计输出量的示踪气源，也可以是储气罐和称重仪器的组合(例如，氧气瓶2和精密天平3)。
采用本实施例中记载的装置的测量步骤：
1、将精密气体量筒与第二精密电子天平相连接，此时活塞处于精密气体量筒的底部；
2、将氧气瓶与第一精密电子天平1相连接同时氧气注入装置与待测区域注入口相连接；
3、将待测房间的取样口与精密气体量筒相连接；
4、将精密气体量筒用气罩罩起；
5、调整活塞拉升装置；
6、将活塞提升至精密气体量筒满刻度位置；此时，待测房间的气体通过隔离阀扩散至所述精密气体量筒中，保证取出的气体为预设体积；
7、调整精密拉力计的读数使其等于活塞重力值；如此，能够避免活塞重力对气体质量测量的影响；
8、记录第二精密电子天平的读数m1；
9、调整活塞到精密气体量筒底部；将原待测房间的气体送回待测房间；
10、关闭第二隔离阀；
11、打开氧气注入装置；
12、注入氧气；
13、记录注入氧气质量m0；
14、静置，待待测自由容积混合均匀；
15、重复步骤5、6、7；
16、记录精密电子天平读数m2；
17、假设精密气体量筒容量为V，待测区域自由容积为V测，则
Figure BDA0002658337710000081
本实施例中，待测房间的自由容积的计算公式的推导过程如下：
假设待测自由容积区域空气质量为M kg，体积为V测m3，精密气体量筒容量(即预设体积)为V m3。
将待测房间的原气体扩散至精密气体量筒后，预设体积的空气质量为：
Figure BDA0002658337710000082
测量得到数据m2后，待测自由容积区域(待测房间)空气质量恢复为M kg；
将加入示踪气体后的待测房间内的气体扩散至精密气体量筒后，预设体积的空气质量为：
Figure BDA0002658337710000083
同时考虑精密气体量筒的质量在试验过程中没有变化，因此，
Figure BDA0002658337710000091
所以，
Figure BDA0002658337710000092
显然，本领域的技术人员可以对本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，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。上述实施方式只是对本发明的举例说明，本发明也可以以其它的特定方式或其它的特定形式实施，而不偏离本发明的要旨或本质特征。因此，描述的实施方式从任何方面来看均应视为说明性而非限定性的。本发明的范围应由附加的权利要求说明，任何与权利要求的意图和范围等效的变化也应包含在本发明的范围内。

Claims (8)

1.一种测量任意形状房间自由容积的方法，其特征在于，包括：
测量待测房间中预设体积的气体质量；
待测房间中加入示踪气体；
测量加入示踪气体后的待测房间中与上述预设体积相同的气体质量；
根据加入的示踪气体质量、两次测量的气体质量差和所述预设体积计算待测房间的自由容积。
2.如权利要求1所述的测量任意形状房间自由容积的方法，其特征在于：
所述测量待测房间中预设体积的气体质量包括：
将待测房间中的其他扩散至预设体积的容器中；
测量预设体积的容器中气体的质量。
3.如权利要求2所述的测量任意形状房间自由容积的方法，其特征在于：所述待测房间中加入示踪气体时，将已经扩散至预设体积容器中的气体转移回所述待测房间以便所述示踪气体与待测房间的气体充分混合。
4.如权利要求1-3任一所述的测量任意形状房间自由容积的方法，其特征在于：
所述根据加入的示踪气体质量、两次测量的气体质量差和所述预设体积计算待测房间的自由容积的计算公式为：
Figure FDA0002658337700000011
其中，V测为待测房间自由容积，m0为加入待测房间的示踪气体质量，m2-m1为两次测量预设体积的气体质量差，V为预设体积。
5.一种测量任意形状房间自由容积的系统，其特征在于，包括：
第一测量单元，用于测量待测房间中预设体积的气体质量；
示踪单元，用于在待测房间中加入示踪气体；
第二测量单元，用于测量加入示踪气体后的待测房间中与上述预设体积相同的气体质量；
计算单元，用于根据加入的示踪气体质量、两次测量的气体质量差和所述预设体积计算待测房间的自由容积。
6.如权利要求5所述的测量任意形状房间自由容积的系统，其特征在于：
所述测量待测房间中预设体积的气体质量包括：
将待测房间中的其他扩散至预设体积的容器中；
测量预设体积的容器中气体的质量。
7.如权利要求6所述的测量任意形状房间自由容积的系统，其特征在于：
所述待测房间中加入示踪气体时，将已经扩散至预设体积容器中的气体转移回所述待测房间以便所述示踪气体与待测房间的气体充分混合。
8.如权利要求5-7任一所述的测量任意形状房间自由容积的系统，其特征在于：
所述根据加入的示踪气体质量、两次测量的气体质量差和所述预设体积计算待测房间的自由容积的计算公式为：
Figure FDA0002658337700000021
其中，V测为待测房间自由容积，m0为加入待测房间的示踪气体质量，m2-m1为两次测量预设体积的气体质量差，V为预设体积。
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