CN112728403A - 一种低温绝热气瓶漏热量的自增压测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及绝热气瓶测量技术领域，公开了一种低温绝热气瓶漏热量的自增压测量方法，该方法首先在含有液位计的低温绝热气瓶内腔充放测试介质，并在其放气口设置压力传感器；所述液位计测量得到气瓶内的液位平均值，所述压力传感器得到气瓶内的压力值；根据气瓶内气体和液体质量守恒定律，得到所述液位计测量初始时刻和结束时刻液位值之间的关系；根据所述液位平均值、及其与测量初始时刻和结束时刻液位值两者的关系，计算得到测量初始时刻和结束时刻液位值；根据所述测量初始时刻和结束时刻的液位值，得到气瓶内蒸发液体质量；计算得到低温绝热气瓶的漏热量值，并将其转化为日蒸发率值。本发明的测量方法简单、可靠且效率高。

Description

一种低温绝热气瓶漏热量的自增压测量方法
技术领域
本发明涉及绝热气瓶测量技术领域，更具体的说，特别涉及一种低温绝热气瓶漏热量的自增压测量方法。
背景技术
随着国内对各类气体需求迅速增加，许多企业选用低温液体贮存气体，有效推动了国内低温绝热气瓶的快速发展应用，低温绝热气瓶使用过程中需要进行定期测量其日蒸发率值以反映低温绝热气瓶的真空绝热性能。日蒸发率值实质上反映了低温绝热气瓶在测试条件下的漏热量，因此可以直接测量漏热量以反映低温绝热气瓶的真空绝热性能，确保此类产品的使用安全和人身安全。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术存在的技术问题，提供一种低温绝热气瓶漏热量的自增压测量方法，解决了低温绝热气瓶真空绝热性能的测量中日蒸发率测量漏热量时间长，过程复杂等问题，测量方法简单、可靠且效率高。
为了解决以上提出的问题，本发明采用的技术方案为：
本发明提供一种低温绝热气瓶漏热量的自增压测量方法，该方法包括如下步骤：
在含有液位计的低温绝热气瓶内腔充放测试介质，并在其放气口设置压力传感器；
所述液位计测量得到气瓶内的液位平均值，所述压力传感器得到气瓶内的压力值；
根据气瓶内气体和液体质量守恒定律，得到所述液位计测量初始时刻和结束时刻液位值之间的关系；
根据所述液位平均值、及其与测量初始时刻和结束时刻液位值两者的关系，计算得到测量初始时刻和结束时刻液位值；
根据所述测量初始时刻和结束时刻的液位值，得到气瓶内蒸发液体质量；
根据气瓶内在测量初始时刻和结束时刻的气体、蒸发液体质量及压力值，计算得到低温绝热气瓶的漏热量值，
根据漏热量与日蒸发率之间的转换关系，将漏热量值转化为日蒸发率值，完成自增压测量。
进一步地，根据能守恒定律，所述测量初始时刻液位值和结束时刻液位值之间的关系为：
Figure BDA0002835084950000021
其中：Le1和Le2分别为测量初始时刻和结束时刻的液位值，ρl1和ρl2分别为测量初始时刻和结束时刻的液体密度，ρv1和ρv2分别为测量初始时刻和结束时刻的气体密度。
进一步地，所述测量平均值与测量初始时刻和结束时刻液位值两者的平均值一致，即：
Figure BDA0002835084950000022
其中：Leave为液位计的测量平均值，通过所述液位计测量获得；
根据公式(1)和公式(2)计算得到测量初始时刻液位值Le1，结束时刻的液位值Le2。
进一步地，根据所述测量初始时刻和结束时刻的液位值，计算得到单位时间t内气瓶内蒸发液体质量，即：
Figure BDA0002835084950000023
其中，V低温绝热气瓶的内容积。
进一步地，所述低温绝热气瓶的漏热量值Q为：
Figure BDA0002835084950000031
其中：ρl为液体密度，ρv为气体密度，cvl为液体比热容，cvv为气体比热容，L为液体的汽化潜热，Vl为液体体积，Vv为气体体积，pv为气瓶内压力，T为饱和液体和气体温度。
进一步地，根据所述漏热量值Q，将其转化为日蒸发率值α，具体为：
Figure BDA0002835084950000032
其中：Ve低温绝热气瓶有效容积。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明提供的自增压测量方法，在含有液位计的低温绝热气瓶内充放测试介质，并采用压力传感器设置在低温绝热气瓶上，实现低温绝热气瓶漏热量的测量，在漏热量测量中，不需要静置平衡过程，也不产生任何气体，其测试时间短，可以有效提高测试效率，同时也有效减小了测试人员的劳动强度，测量方法简单、可靠。
附图说明
为了更清楚地说明本发明中的方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一个简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图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。其中：
图1为本发明低温绝热气瓶漏热量的自增压测量方法的流程图。
图2为本发明低温绝热气瓶漏热量的自增压测量方法的原理图。
附图标记说明如下：100-低温绝热气瓶、1-压力传感器、2-液位计。
具体实施方式
除非另有定义，本文所使用的所有技术和科学术语与属于本发明技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文在说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明，例如，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置为基于附图所示的方位或位置，仅是便于描述，不能理解为对本技术方案的限制。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；本发明的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。本发明的说明书和权利要求书及上述附图说明中，当元件被称为“固定于”或“安装于”或“设置于”或“连接于”另一个元件上，它可以是直接或间接位于该另一个元件上。例如，当一个元件被称为“连接于”另一个元件上，它可以是直接或间接连接到该另一个元件上。
此外，在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。
本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
参阅图1所示，本发明提供一种低温绝热气瓶漏热量的自增压测量方法，该方法包括如下步骤：
步骤S1：在含有液位计2的低温绝热气瓶100内腔充放测试介质，并在其放气口设置压力传感器1，如图2所示。本发明实施例中，所述液位计2和压力传感器1均能够在-200℃下正常工作，同时所述液位计2的精度≤3.0％，压力传感器1的精度≤0.5％。
步骤S2：所述液位计2测量低温绝热气瓶内的液位值得到液位平均值，压力传感器1持续测量低温绝热气瓶内的压力随时间的变化值，得到气瓶内的压力值。
步骤S3：根据气瓶内气体和液体质量守恒定律，得到所述液位计2测量的初始时刻液位值和结束时刻液位值之间的关系。
步骤S4：根据液位计2的测量平均值、及与测量初始时刻和结束时刻液位平均值的关系，计算得到测量初始时刻液位值和结束时刻液位值。
步骤S5：根据所述测量初始时刻液位值和结束时刻液位值，得到气瓶内蒸发液体质量。
步骤S6：根据气瓶内在测量初始时刻和结束时刻的气体、蒸发液体质量及压力值，计算得到低温绝热气瓶的漏热量值。
步骤S7：根据漏热量与日蒸发率之间的转换关系，将漏热量值转化为日蒸发率值，完成自增压测量。
本发明实施例中，由于所述液位计2的精度≤3.0％，即实际测量中液位计2的误差在3.0％以上，使得液位计2测量获得的液体体积和气体体积误差较大，因此不能直接应用液位计2测量的液位值进行漏热量的计算，需要计算得到测量初始时刻液位值和结束时刻液位值。
进一步地，根据气瓶内气体和液体质量守恒定律，得到测量初始时刻液位值和结束时刻液位值之间的关系为：
Figure BDA0002835084950000051
其中：Le为液位值(％)，Le1为测量初始时刻的液位值，Le2为测量结束时刻的液位值，ρl1和ρl2分别为测量初始时刻和结束时刻的液体密度，ρv1和ρv2分别为测量初始时刻和结束时刻的气体密度，其液体密度和气体密度可根据压力传感器测量获得压力及该压力下饱和气体和液体的性质，查询测试介质的物理性质参数获得。
进一步地，所述液位计2的测量平均值与测量初始时刻和结束时刻液位值两者的平均值一致，即：
Figure BDA0002835084950000061
其中：Leave为液位计的测量平均值，通过所述液位计2测量获得。
根据公式(1)和公式(2)计算得到测量初始时刻液位值Le1，结束时刻的液位值Le2。
进一步地，根据所得到测量初始时刻和结束时刻的液位值，计算得到单位时间t内气瓶内蒸发液体质量，即：
Figure BDA0002835084950000062
其中，t为时间(s)，V为低温绝热气瓶的内容积。
进一步地，所述低温绝热气瓶的漏热量值为：
Figure BDA0002835084950000063
其中：Q为漏热量(W)；
ρl为液体密度(kg/m3)，ρv为气体密度(kg/m3)，cvl为液体比热容(kJ/(kg·K))，cvv为气体比热容(kJ/(kg·K))，L为液体的汽化潜热(kJ/kg)，均为已知量，根据压力传感器1测量到的压力，查询测试介质物理性质表获得。
Vl为液体体积(m3)，Vv为气体体积(m3)，均由液位计2测量得到。
pv为气瓶内压力(kPa)，由压力传感器1测量得到。
T为饱和液体和气体温度(K)，根据饱和液体性质，并由饱和压力查询热力学性质确定。
上述中，所述低温绝热气瓶的漏热量包括气瓶内的气体、液体两部分吸收的热量，以及液体蒸发为气体吸收的热量这三部分组成。
进一步的，根据所述漏热量值Q，将其转化为日蒸发率值α，具体为：
Figure BDA0002835084950000064
其中：Ve低温绝热气瓶有效容积，其大小一般为内容积的95％。
本发明提供的低温绝热气瓶漏热量的自增压测量方法，采用压力传感器1设置在含有液位计2的低温绝热气瓶上，并采用自增压测量方法实现低温绝热气瓶漏热量的测量，即先通过计算得到漏热量值，然后将其转化为日蒸发率值，其可以在气瓶的任何工作压力下测量，在测量准备过程中，不需要排放任何气体，测量过程中也无任何气体排放，不会造成气体浪费，测量方法简单、可靠也易于实现，应用于焊接绝热气瓶漏热量的测量，并可以完成各类低温绝热气瓶漏热量的测量。
下面通过具体实施例来进一步说明本发明提供的低温绝热气瓶漏热量的自增压测量方法。
如某低温绝热气瓶的内容积为V＝175L，有效容积Ve＝160L，测试介质为液氮，所述液位计2的精度为3.0％，压力传感器1的精度为0.5％，均能满足-200℃工作的要求。
(1)在含有液位计2的低温绝热气瓶100的放气口设置压力传感器1，低温绝热气瓶100内充放的测试介质为液氮。
(2)所述液位计2测量低气瓶内的液位值得到液位平均值为90％，压力传感器1持续测量低温绝热气瓶内的压力随时间的变化值，得到气瓶内的压力值，如下表中所示：测试初始时刻低温绝热气瓶的压力为275kPa，24h后测得压力为430kPa，48h后测得压力为620kPa。
时间t(h) 低温绝热气瓶压力p<sub>v</sub>(kPa)
0 275
24 430
48 620
(3)根据气瓶内气体和液体质量守恒定律，得到所述液位计2测量的初始时刻液位值和结束时刻液位值之间的关系。
(4)根据液位计2的测量平均值、及与测量初始时刻和结束时刻液位平均值的关系，计算得到测量初始时刻液位值和结束时刻液位值。
(5)根据所述测量初始时刻液位值和结束时刻液位值，得到气瓶内蒸发液体质量。
(6)根据气瓶内在测量初始时刻和结束时刻的气体、蒸发液体质量及压力值等参数，计算得到低温绝热气瓶的漏热量值。
(7)根据漏热量与日蒸发率之间的转换关系，将漏热量值转化为日蒸发率值。
实际的计算中，为了获得更多的测试结果便于比较，将测试区间分为3段，分别为0-24h、0-48h和24h-48h。根据所述压力值，并结合上述公式得到每个阶段的漏热量值和日蒸发率值如下表所示：
时长△t(h) 漏热量Q(W) 日蒸发率值α(％/d)
0-24 4.55 1.53
0-48 4.45 1.50
24-48 4.21 1.42
上表中漏热量的平均值为4.40W，日蒸发率的平均值为1.48％/d，3次计算结果相对于平均值的误差分别为3.38％、1.35％和4.05％，误差均在5.0％以内，因此测量结果准确可靠。
本发明实施例中，能够可靠地得到低温绝热气瓶的漏热量，并进一步得到其转化的日蒸发率值，完成低温绝热气瓶的自增压测量，简单、可靠也易于实现。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种低温绝热气瓶漏热量的自增压测量方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
在含有液位计的低温绝热气瓶内腔充放测试介质，并在放气口设置压力传感器；
所述液位计测量得到气瓶内的液位平均值，所述压力传感器得到气瓶内的压力值；
根据气瓶内气体和液体质量守恒定律，得到所述液位计测量初始时刻和结束时刻液位值之间的关系；
根据所述液位平均值、及其与测量初始时刻和结束时刻液位值两者的关系，计算得到测量初始时刻和结束时刻液位值；
根据所述测量初始时刻和结束时刻的液位值，得到气瓶内蒸发液体质量；
根据气瓶内在测量初始时刻和结束时刻的气体、蒸发液体质量及压力值，计算得到低温绝热气瓶的漏热量值；
根据漏热量与日蒸发率之间的转换关系，将漏热量值转化为日蒸发率值，完成自增压测量。
2.根据权利要求1所述的低温绝热气瓶漏热量的自增压测量方法，其特征在于：根据能守恒定律，所述测量初始时刻液位值和结束时刻液位值之间的关系为：
Figure FDA0002835084940000011
其中：Le1和Le2分别为测量初始时刻和结束时刻的液位值，ρl1和ρl2分别为测量初始时刻和结束时刻的液体密度，ρv1和ρv2分别为测量初始时刻和结束时刻的气体密度。
3.根据权利要求2所述的低温绝热气瓶漏热量的自增压测量方法，其特征在于：所述测量平均值与测量初始时刻和结束时刻液位值两者的平均值一致，即：
Figure FDA0002835084940000021
其中：Leave为液位计的测量平均值，通过所述液位计测量获得；
根据公式(1)和公式(2)计算得到测量初始时刻液位值Le1，结束时刻的液位值Le2。
4.根据权利要求3所述的低温绝热气瓶漏热量的自增压测量方法，其特征在于：根据所述测量初始时刻和结束时刻的液位值，计算得到单位时间t内气瓶内蒸发液体质量，即：
Figure FDA0002835084940000022
其中，V为低温绝热气瓶的内容积。
5.根据权利要求3所述的低温绝热气瓶漏热量的自增压测量方法，其特征在于：所述低温绝热气瓶的漏热量值Q为：
Figure FDA0002835084940000023
其中：ρl为液体密度，ρv为气体密度，cvl为液体比热容，cvv为气体比热容，L为液体的汽化潜热，Vl为液体体积，Vv为气体体积，pv为气瓶内压力，T为饱和液体和气体温度。
6.根据权利要求5所述的低温绝热气瓶漏热量的自增压测量方法，其特征在于：根据所述漏热量值Q，将其转化为日蒸发率值α，具体为：
Figure FDA0002835084940000024
其中：Ve低温绝热气瓶有效容积。
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