CN112326500A

CN112326500A - 一种极低量氢气吸附与解析的测量方法

Info

Publication number: CN112326500A
Application number: CN202011150473.1A
Authority: CN
Inventors: 王广华; 祝妍; 王广飞; 马凯成; 杨事成
Original assignee: Anhui Bohua Hydrogen Energy Technology Co ltd
Current assignee: Anhui Bohua Hydrogen Energy Technology Co ltd
Priority date: 2020-10-24
Filing date: 2020-10-24
Publication date: 2021-02-05

Abstract

本发明提供一种极低量氢气吸附与解析的测量方法，利用氢的同位素‑氚取代部分氢元素，进行放射性测量。所述测量方法基于一种极低量的氢气吸附与解析测量系统实现。所述的测量系统包括提供氚源的混合气体储存钢瓶，其后接有减压阀、针阀、三通阀、定标容器、高精度压力计、循环泵、单向阀，吸氢反应容器、测量电离室、数据读取与存储系统和放射性包容系统。其原理是利用氢的同位素‑氚（T）部分取代氢，使得H2中存在部分HT分子。由于氚是一种放射性核素（β核素），利用电离室或者正比计数器测量其放射性，其检测限将得到极大提高。

Description

一种极低量氢气吸附与解析的测量方法

技术领域

本发明涉及氢气测量领域，尤其是涉及一种极低量氢气吸附与解析的测量方法及其实现所需要的硬件系统。

背景技术

氢气化学性质活泼，在空气中的爆炸极限是4.0%-75.6%。因此，氢气的安全使用成为氢能源应用推广的关键前提。氢气传感器是在涉氢场所必须使用到的氢气探测设备。根据其探测原理，有电极电位型，电阻型，电容型，光纤型等。然而，尽管传感器的工作原理存在差别，其吸氢后的电信号强度、响应速度、灵敏度等关键数据，均需要进行准确的标定。

受限于传感器的质量、体积与制造成本，氢气传感器中的氢敏感材料较少，其吸氢量也就相应较少。因此，在氢气传感器的研发过程中，需要通过传感器氢敏材料对氢气的吸附动力学过程进行测量，以刻度传感器的吸氢量和电信号之间的关系曲线。然而，由于传感器的吸氢量少，传统的测量方法如压力法，气相色谱（GC）法因为检测限，测量时间的限制，难以实现快速、准确的测量。

此外，在评价（合金）材料对氢气的吸附作用时，也需要对极低量的氢气吸附与解析进行测量，同样面临上述问题。

本发明内容在于解决上述测量问题。

发明内容

鉴于现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种极低量氢气吸附与解析的测量方法及其实现所需要的硬件系统。以解决现有技术中存在的对于极低量的氢气吸附与解析难以测量的技术问题。

为解决以上技术问题，本发明采取了以下技术方案：

一种极低量氢气吸附与解析的测量方法，其本质在于利用氢的放射性同位素-氚进行同位素替代，是的H₂中掺杂有部分HT分子，从而测量氚的放射性，实现将灵敏度提高3~4个量级。

一种极低量氢气吸附与解析的测量方法实现所需要的硬件系统，包括用于储存氚源的混合气体储存钢瓶，其后接有减压阀、针阀、三通阀、定标容器、高精度压力计、循环泵、吸氢反应容器、测量电离室、数据读取与存储系统和放射性包容系统。

所述的混合气储存钢瓶，其为耐压容器，根据填充压力采用相应的耐压规格。其内填充有一定浓度的HT和H₂混合气体，其中HT和H₂ 为反应气体，用于测量待测物体的吸氢反应。平衡气体一般为惰性气体，如氮气，氩气等。其中，HT的浓度含量较低，一般可根据需求设置为ppm（体积浓度，对应的放射性活度为4.7×10⁴Bq/L）；H₂的浓度根据所测试对象工作环境，设置为100ppm~4%。钢瓶上设置有截止阀，用于充放混合气体。为防止发生氢脆现象，材质采用316L或者哈氏N合金，表面一般镀氧化物、氮化物或者其他材质薄膜。

储存钢瓶后接减压阀PRV1，用于进行气体减压至合适的压力。减压阀PRV1后接针阀NV1，其后连接三通阀TV1，之后连接定标容器C1，其后连接高精度压力计P1，压力计后连接针阀NV2。以上硬件部分构成氢气的发生与量的标定部分。

三通阀TV1另一端接气体循环泵B，其后连接三通阀TV2，三通阀TV2的一个出口接单向阀OWV1与大气相连，一个出口接三通阀TV3，之后接电离室进行放射性测量装置IC。以上硬件部分构成氢气吸附的测量部分。

放射性包容系统处于负压，一方面防止少量放射性气体的泄露，另一方面对操作人员和环境实现物理隔离。测量电离室IC，吸氢材料的电信号通过线缆通过航空插头与外界信号采集与储存系统连接。

附图说明

图1为本发明提供的较佳实施例的系统流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

1）将待测物置于吸氢反应容器C2中；关闭截止阀GV1、减压阀PRV1和针阀NV1。

2）三通阀TV1将定标容器C1与泵B的进气口连接，B的出气口通过三通阀TV2通过单向阀OWV1与大气连接；三通阀TV3与吸氢反应器C2连接后与三通阀TV4连接，打开针阀NV2。

3）启动泵B，对测量系统进行抽真空；三十分钟后转换三通阀TV3和TV4，对C2进行短接处理，抽出连接管线中的空气。

4）转动三通阀TV1，连接泵B的进气口和针阀NV1，打开NV1、减压阀PRV1，对该部分管线进行抽真空处理。

5）关闭单向阀OWV1，调节三通阀TV2与TV3连接，调节三通阀TV3与吸氢反应器C2连接；调节三通阀TV1，使得针阀NV1与定标容器C1连接。

6）关闭针阀NV2，针阀NV1；打开截止阀GV1，调节减压阀PRV1至合适的压力后关闭截止阀GV1和减压阀PRV1。打开针阀TV1，使得其中的气体填充至三通阀TV1和针阀NV2之间的体积后，至压力计示数平稳后，调节三通阀TV3和TV4，将吸氢反应容器C2短路；调节三通阀TV1使得定标容器C1与循环泵B进气口连接。

7）打开针阀NV2，启动循环泵，使得气体混合均匀后，关闭循环泵，静止15min。

8）调节三通阀TV3和TV4，将吸氢反应容器C2接入，开始进行吸氢反应。记录待测物的电信号输出，和电离室信号，即可得到吸氢量与电信号输出之间的曲线关系，吸氢量的计算过程可表示为：

① 在定标容器C1体积v中填充不同摩尔量（n）的气体（与标定气体成分相同），确定P1-n关系曲线（需考虑温度修正）

② 确定其中的（H₂+HT）的量n_H=n×a%，其中a%为（H₂+HT）的百分含量，由于HT的量为ppm或者ppb级别，仅考虑其摩尔量或体积时，可以将其忽略。

③ 当吸氢反应容器C2被短路时，电离室示数记录为Q₀；随着吸氢反应的进行，电离室的示数为Q_t，则吸附的氢气量为：n_H×（1-Q_t/ Q₀）。

Claims

1.一种极低量氢气吸附与解析的测量方法，其特征在于，利用氢的同位素-氚取代部分氢元素，进行放射性测量，所述测量方法基于一种极低量的氢气吸附与解析测量系统实现，所述的测量系统包括提供氚源的混合气体储存钢瓶，其后接有减压阀、针阀、三通阀、定标容器、高精度压力计、循环泵、单向阀，吸氢反应容器、测量电离室、数据读取与存储系统和放射性包容系统。

2.根据权利要求1所述的极低量氢气吸附与解析的测量方法，其特征在于，多级氚源储存钢瓶为耐压容器，根据填充压力采用相应的耐压规格，其内填充有一定浓度的HT和H₂混合气体，其中HT和H₂ 为反应气体，用于测量待测物体的吸氢反应，平衡气体一般为惰性气体，如氮气，氩气等，其中，HT的浓度含量较低，一般可根据需求设置为ppm级别（对应的放射性活度为4.7×10⁴Bq/L）；H₂的浓度根据所测试对象工作环境，设置为100ppm~4%，其上设置有截止阀，用于充放混合气体，为防止发生氢脆现象，材质采用316L或者哈氏N合金，表面镀膜处理。

3.根据权利要求1所述的极低量氢气吸附与解析的测量方法，其特征在于，所述定标容器的体积一般设置为1-100ml范围，利用定标容器与三通阀TV1和针阀-NV2之间的体积v，标定不同气体量n和压力计示数P1的曲线关系。

4.根据权利要求1所述的极低量氢气吸附与解析的测量方法，其特征在于，所述的吸氢反应容器-C2，其内部设置有电阻丝，可对内部置于其中的吸氢材料进行加热；其开口部分设置为航空插头，电源线、信号线通过航空插头与外界连接；通过三通阀TV3和三通阀TV4直接连接可实现对吸氢反应器-C2的短路。

5.根据权利要求1所述的极低量氢气吸附与解析的测量方法，其特征在于，所述的测量电离室IC为流气式电离室，其测量室、气路连接件具密封性能；具有差分功能，可排除本底放射性的干扰。

6.根据权利要求1所述的极低量氢气吸附与解析的测量方法，其特征在于，所述的放射性包容系统设置有手套箱，手套箱内设置有负压风机，过滤器，气体连接管线，进出气口，可视视窗，操作台，航空插头，操作手套，负压压力计，物品进出口等。

7.根据权利要求1所述的极低量的氢气吸附与解析测量系统，其特征在于，还包括针阀，三通阀，高精度压力计，循环泵，外接电源，信号读取与存储系统。