CN113311115A - 一种基于低温绝热容器的静态蒸发率测试装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及测量技术领域，具体涉及一种基于低温绝热容器的静态蒸发率测试装置及方法，该装置包括：至少2个进气单元、切换阀组、阻力平衡单元及测量单元；进气单元的出气端与切换阀组的第一端连接，切换阀组的第二端与测量单元连接，的切换阀组的第三端与阻力平衡单元连接；测量单元的控制端还与阻力平衡单元连接；利用待测气体与不同进气单元连接而不同进气单元又与切换阀组连接，通过使用切换阀组切换不同的待测气体，控制阻力平衡单元保持待测气体在测量通道和非测量通道中流道阻力相一致，当待测气体从非测量通道进入测量通道进行快速稳定后利用测量单元对待测气体进行低温绝热容器的静态蒸发率，提高静态蒸发率测试装置的检验效率。

Description

一种基于低温绝热容器的静态蒸发率测试装置及方法
技术领域
本发明涉及测量技术领域，具体涉及一种基于低温绝热容器的静态蒸发率测试装置及方法。
背景技术
现有的低温绝热容器的静态蒸发率测试装置，其测量通道是相互独立的，且每个测量通道配置对应的传感器，包含温度传感器、压力传感器、流量传感器，其中流量传感器是关键部件。虽然每次蒸发率测试过程持续记录24小时，但是采集数据的间隔是不少于1h，且不采集数据的测量间隔，在此期间设备依然处于空闲状态。从而导致但静态蒸发率测试装置的检验效率低。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种基于低温绝热容器的静态蒸发率测试装置及方法，以解决如何提高静态蒸发率测试装置的检验效率低的问题。
根据第一方面，本发明实施例提供了一种基于低温绝热容器的静态蒸发率测试装置，包括：至少2个进气单元、切换阀组、阻力平衡单元及测量单元；所述进气单元的出气端与所述切换阀组的第一端连接，所述切换阀组的第二端与所述测量单元连接，所述的切换阀组的第三端与所述阻力平衡单元连接；所述测量单元的控制端还与阻力平衡单元连接；所述测量单元用于检测待测气体的测试参数，根据所述测试参数计算静态蒸发率；所述阻力平衡单元用于调节非待测气体的排空阻力，并排空非待测气体。
本实施例提供的基于低温绝热容器的静态蒸发率测试装置，利用待测气体与不同进气单元连接，而不同进气单元又与切换阀组连接，通过使用切换阀组对切换不同的待测气体，在阻力平衡单元作用下，待测气体由切换阀组的一个出气端切换至另一出气端，流量稳定，利用测量单元实现对待测气体蒸发流量进行测定，连续24小时不断切换，得到不同时间间隔下低温绝热气瓶的蒸发气体参数，最终得到低温绝热容器的静态蒸发率，通过设置切换阀组对不同待测气体件检测，从而提高静态蒸发率测试装置的检验效率。
结合第一方面，在第一方面第一实施方式中，所述进气单元包括：进气管和快速接头，所述进气管的出气端与快速接头的进气端连接，所述快速接头的出气端与所述切换阀组的进气端连接,所述进气管用于接收待测试气体，所述快速接头用于连通或断开待测试气体。
本实施例提供的基于低温绝热容器的静态蒸发率测试装置，通过设置进气管和快速接头，从而保证测试装置的气密性，进一步提高静态蒸发率测试装置的检验效率。
结合第一方面，在第一方面第二实施方式中，所述阻力平衡单元包括：阻力平衡阀，所述阻力平衡阀的进气端与切换阀组的第三端连接，所述阻力平衡阀的出气端与大气连通，所述阻力平衡阀的控制端还与测量单元连接；所述阻力平衡阀用于接收测量单元发送的控制信号，调整阻力改变流道内的流通面积。
本实施例提供的基于低温绝热容器的静态蒸发率测试装置，通过设置阻力平衡单元的阻力控制非待测气体排空阻力，从而保证非待测气体转换为待测气体，或者待测气体转换为非待测气体，流道阻力不发生改变，低温容器内压力维持稳定，蒸发的气体流量维持稳定，其他参数也维持稳定，这样得到静态蒸发率的准确检测，同时保证了对待检测气体的检验效率。
结合第一方面的一些实施方式，在第一方面三实施方式中，所述测量单元包括：参数采集子单元、控制子单元及记录子单元，所述参数采集子单元与所述控制子单元连接，所述控制子单元还与所述记录子单元连接；所述参数采集子单元，用于采集待测气体的测试参数，并将所述测试参数发送给所述控制子单元；所述控制子单元，用于发送阻力平衡单元的控制信号，调整阻力平衡单元的截面积及接收所述测试参数；所述记录子单元，用于获取所述测试参数，根据所述测试参数计算静态蒸发率。
本实施例提供的基于低温绝热容器的静态蒸发率测试装置，通过利用气体控制子单元对气体阻力平衡阀的排空阻力进行控制，从而保证能够获得理想的测试参数，之后使用记录子单元完成静态蒸发率，从而实现提高检验效率的目的。
结合第一方面第三实施方式，在第一方面第四实施方式中，所述参数采集子单元包括：压力传感器、温度传感器、质量流量计中的至少一种。
结合第一方面，在第一方面第五实施方式中，所述进气单元的进气端与预填充有待测试气体的待检测瓶连接。
结合第一方面第二实施方式，在第一方面第六实施方式中，所述切换阀组还包括：至少2个三通阀。
根据第二方面，本发明实施例提供了一种基于低温绝热容器的静态蒸发率测试方法，采用第一方面或第一方面中任一实施方式中的基于低温绝热容器的静态蒸发率测试装置，其方法包括：基于预设的待检测气体控制所述待检测气体对应的切换阀组开启，使所述待检测气体通入测量单元进行气体参数检测，得到待测气体的测试参数；根据所述测试参数计算静态蒸发率。
结合第二方面，在第二方面第一实施方式中，包括：根据预设气体稳定时长向测量单元通入待测气体。
本实施例提供的基于低温绝热容器的静态蒸发率测试方法，通过切换阀组对待测气体进行选择，之后将其待测气体送入测量单元完成静态蒸发率的计算，从而基于切换阀组实现了对不同待测气体检测的目的，之后将其待测气体送入测量单元进行蒸发率计算，从而进一步提高检验效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明实施例提供的基于低温绝热容器的静态蒸发率测试装置的结构框图；
图2为本发明实施例提供的基于低温绝热容器的静态蒸发率测试装置的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的基于低温绝热容器的静态蒸发率测试方法的流程图。
附图标记：
进气单元-10；切换阀组-11；测量单元-12；阻力平衡单元-13；待检测瓶-14。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义,并且下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
此外，还需要说明的是本发明所提供的静态蒸发率测试装置，适用于测量低温绝热气瓶的绝热性能，其中，低温绝热气瓶属于一种小型可移动式的真空深冷设备，可用于盛装液氮、液氧、液氩、液化天然气等深冷液化气体。由于它盛装的深冷液化气体具有洁净度高、压力低、盛装量大的特点，低温绝热气瓶在工业生产上应用非常广泛。而低温绝热气瓶的关键性能是绝热性能，绝热性能越好，深冷液化气体自然气化量越少，储存或运输过程中损失就越少。而为了能够对低温绝热气瓶的绝热性能进行测量，其传统的测量方法是参考GB/T18443.5-2010《真空绝热深冷设备性能测试方法第5部分：静态蒸发率测量》进行测量，而测试原理是利用流量计方式或称重方式测量某一段时间内深冷液体自然气化的损失量。
使用流量计法测量静态蒸发率的原理是将低温绝热气瓶充满液氮，打开排空阀，充分静置(约48h)，气瓶内深冷液体达到热平衡，在排空阀出口端接入流量计，测量蒸发气体流量，流量稳定后记录流量数值，同时记录环境温度、环境气压、流量计入口温度及入口压力，记录间隔不超过1h，记录时长24h。24h蒸发的气体总质量与该气瓶最大充装量的比值为气瓶的测试蒸发率，依照GB/T18443.5给出的修正公式计算得到静态蒸发率，单位为％/d。
使用称重法测量静态蒸发率的原理是将低温绝热气瓶充满液氮，打开排空阀，放置在衡器上充分静置(约48h)，读取静置结束的初始重量；24小时后再读取二次重量，两次重量之差与最大充装量的比值为气瓶的测试静态蒸发率，依照GB/T18443.5的修正公式计算得到静态蒸发率，单位为％/d。
而不论是使用流量计法则还是称重法，在进行测试时，待测气瓶都需要静置48小时，测试时长都是24小时，重复测量又将耗时24h，并且在测量气瓶的静态蒸发率测量期间，测试设备都会被某一个待测气瓶占用，无法用于其他气瓶检测。例如：称重法测量期间，气瓶一直占用称重设备，如果将气瓶移出称重设备必然会引起气瓶内液位波动，影响测量结果。而使用流量计法测量期间，设备管路接入后一直处于占用状态，无法拆卸后接入其他待测气瓶。因而，检验机构需要配置数量众多的电子秤或静态蒸发率测试装置才能开展批量的低温绝热气瓶检测。这样的设备购置成本很大，且若电子秤的量程达到几百公斤，每次检定都需要搬运几百公斤的砝码。以及每次使用静态蒸发率测试装置的传感器都需要拆卸后单独检定，拆卸、组装、标定也是一件比较有难度的任务。因此造成了检验效率低和设备利用率低的问题。而为了改善其检验效率低及设备利用率低的问题，本发明实施例提供了一种基于低温绝热容器的静态蒸发率测试装置，通过一套测量单元，一个测量过程，同时完成多个低温绝热气瓶的静态蒸发率测量，从而提高测试装置的检测效率及设备的利用率。
本发明实施例公开了一种基于低温绝热容器的静态蒸发率测试装置。如图1所示，为根据本实施例提供的一种基于低温绝热容器的静态蒸发率测试装置的结构示意图，具体的该静态蒸发率测试装置，包括：至少2个进气单元10、切换阀组11、阻力平衡单元13及测量单元12；所述进气单元10的出气端与所述切换阀组11的第一端连接，所述切换阀组11的第二端与所述测量单元12连接，所述的切换阀组11的第三端与所述阻力平衡单元13连接；所述测量单元12的控制端还与阻力平衡单元13连接；所述测量单元12用于检测待测气体的测试参数，根据所述测试参数计算静态蒸发率；所述阻力平衡单元13用于调节非待测气体的排空阻力，并排空非待测气体。
本实施提供的基于低温绝热容器的静态蒸发率测试装置，利用待测气体与不同进气单元10连接，而不同进气单元10又与切换阀组11连接，通过使用切换阀组11对切换不同的待测气体，通过控制阻力平衡单元13，保持待测气体在测量通道和非测量通道中流道阻力相一致，当待测气体从非测量通道进入测量通道后，快速稳定后，利用测量单元12对待测气体进行低温绝热容器的静态蒸发率，通过设置切换阀组11对不同待测气体件检测，从而提高静态蒸发率测试装置的检验效率。
可选的，进气单元10可以包括进气管和快速接头，所述进气管的出气端与快速接头的进气端连接，所述快速接头的出气端与所述切换阀组的进气端连接,所述进气管用于接收待测试气体，所述快速接头用于连通或断开待测试气体。
可选的，测量单元12可以包括参数采集子单元、控制子单元及记录子单元，所述参数采集子单元与所述控制子单元连接，所述控制子单元还与所述记录子单元连接；所述参数采集子单元，用于采集待测气体的测试参数，并将所述测试参数发送给所述控制子单元；所述控制子单元，用于发送阻力平衡单元的控制信号，调整阻力平衡单元的截面积及接收所述测试参数；所述记录子单元，用于获取所述测试参数，根据所述测试参数计算静态蒸发率。
其中，参数采集子单元可以包括：压力传感器、温度传感器、质量流量计中的至少一种。测试气体控制子单元可以是单片机或PLC。记录子单元可以是上位机或主机。
可选的，切换阀组可以包括至少2个3通电磁阀。
本发明实施例公开了一种基于低温绝热容器的静态蒸发率测试装置。如图2所示，除进气单元10、切换阀组11及测量单元12外，还包括：在进气单元10的进气端设置有预填充有待测试气体的待检测瓶14，与其进气单元10连接；其切换阀组11还连接有阻力平衡单元13，阻力平衡单元13与切换阀组11连接，阻力平衡单元13用于稳定切换阀组11中的待测试气体，其中阻力平衡单元13可以包括阻力平衡阀，阻力平衡阀的进气端与切换阀组11的出气端连接，阻力平衡阀的出气端与排气管路连接，排气管路用于排放非待测试气体。可选的，切换阀组11还包括至少2个三通阀。
在本实施例中，静态蒸发率测试装置还可以是由进气管路、切换阀组、测量单元、控制器、阻力平衡阀、主机等部件组成。多个点位上的待测气瓶通过进气管路同时接入测量仪，切换阀组在控制器的控制下选择某一个待测气瓶的管路通入测量单元，其他待测气瓶进入旁路，经阻力排放阀进入排放管。气体流量稳定后记录数据，该数据为当前在测气瓶当前时刻的蒸发气体流量。通道切换，已完成检测气瓶接入旁路，下一个待测气瓶接入，依照同样流程检测、记录，循环执行至24小时结束。不同点位上的气瓶按编号规则分别得到一定时间间隔下的蒸发气体流量，按GB/T18443.5计算式得到各自的测试蒸发率和静态蒸发率。
本发明实施例公开了一种低温绝热容器的静态蒸发率测试方法。该方法的实施需要对应的测试装置配合，该装置可以包括；A为进气单元，由进气软管和快速管接头组成；B为切换阀组，由三通电磁阀组成，三通阀常开通道将B(进气管路)/C(阻力平衡阀)连通；常开通道将B(进气管路)/D(测量单元)连通；C为阻力平衡阀，由节流阀或其他可变流通面积的阀门组成；D为测量单元，由压力传感器、温度传感器、质量流量计组成；E为控制器，由PLC控制或单片机控制；F为主机，工控电脑。
其连接方式包括：n个低温气瓶(1个以上，10个以上)按顺序编号1,2…10，对应进气管路A的编号1,2…10接入B(切换阀组)，B(切换阀组)是由编号为1,2…10的独立三通阀组成，三通阀常开通道将B(进气管路)/C(阻力平衡阀)连通；编号为1,2…10的三通阀汇入一条主管接入D(测量单元)；B(切换阀组)由E(控制器)控制，D(测量单元)的信号输入给E(控制器)；F(主机)通过E(控制器)进行参数设置和数据记录。
如图3所示，其方法包括：
S10,基于预设的待检测气体控制待检测气体对应的切换阀组开启，使待检测气体通入测量单元进行气体参数检测，得到待测气体的测试参数。
在本实施例中，获得待测气体的测试参数需要执行以下步骤：
a、参数预设,包括对多个低温气瓶分别编号1,2…10，由A(进气管路)接入对应编号的B(切换阀组)；B(切换阀组)内部对应编号的三通阀处于常闭状态，气体进入对应编号的C(阻力平衡阀)；C(阻力平衡阀)处于中间阻值范围。
b、测试环境调试，利用主机设置测量顺序(设置起始点位和终止点位，举例1，10)和测量时间间隔(1min-60min，举例10min)数据采集间隔(1min-10min,举例30s)，E(控制器)控制B(切换阀组)中1#三通阀开启，1#气瓶的气体进入D(测量单元)，每隔30秒采集温度、压力、流量等参数，记录为1#气瓶当前时刻的数据；此时的B(切换阀组)中2,3…10的三通阀保持关闭，2,3…10气瓶中气体通过对应编号2,3…10的C(阻力平衡阀)排空；10分钟后，1#三通阀关闭，2#三通阀开启；2#气瓶的气体进入D(测量单元)，每隔30秒采集温度、压力、流量等参数，记录为2#气瓶当前时刻的数据；由此类推，完成n个气瓶的测量为一个循环。
经过两个循环后，E(控制器)根据每个气瓶的蒸发气体流量变化趋势，调节C(阻力平衡阀)的阻力值；
再经过两个循环后，继续由E(控制器)对C(阻力平衡阀)的阻力值进行调节；直至每个气瓶在单个循环内和相邻两个循环中的气体流量维持稳定(举例：最大瞬时流量与最小瞬时流量不超过0.2L/min)
c、开启测试，测量时间间隔缩短(举例5min)，数据采集间隔延长(1min)，其他设置与调试状态相似，进行测试。每个循环得到各个气瓶的蒸发气体的压力、温度、流量数据，取代数平均值后，作为该测量间隔下的数据。
此外在进行参数设置时为满足GB/T18443.5中测量间隔不少于1小时要求，多点位低温绝热气瓶静态蒸发率测量间隔最大数值不要超过60分钟的1/n，一个循环最长不超过1小时。
S11,根据测试参数计算静态蒸发率。
在本实施例中，计算静态蒸发率是根据GB/T18443.5的推荐公式计算测试蒸发率和静态蒸发率。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种基于低温绝热容器的静态蒸发率测试装置，其特征在于，包括：至少2个进气单元、切换阀组、阻力平衡单元及测量单元；所述进气单元的出气端与所述切换阀组的第一端连接，所述切换阀组的第二端与所述测量单元连接，所述的切换阀组的第三端与所述阻力平衡单元连接；所述测量单元的控制端还与阻力平衡单元连接；所述测量单元用于检测待测气体的测试参数，根据所述测试参数计算静态蒸发率；所述阻力平衡单元用于调节非待测气体的排空阻力，并排空非待测气体。
2.根据权利要求1所述的静态蒸发率测试装置，其特征在于，所述进气单元包括：进气管和快速接头，所述进气管的出气端与快速接头的进气端连接，所述快速接头的出气端与所述切换阀组的进气端连接,所述进气管用于接收待测试气体，所述快速接头用于连通或断开待测试气体。
3.根据权利要求1所述的静态蒸发率测试装置，其特征在于，所述阻力平衡单元包括：阻力平衡阀，所述阻力平衡阀的进气端与切换阀组的第三端连接，所述阻力平衡阀的出气端与大气连通，所述阻力平衡阀的控制端还与测量单元连接；所述阻力平衡阀用于接收测量单元发送的控制信号，调整阻力改变流道内的流通面积。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的静态蒸发率测试装置，其特征在于，所述测量单元包括：
参数采集子单元、控制子单元及记录子单元，所述参数采集子单元与所述控制子单元连接，所述控制子单元还与所述记录子单元连接；
所述参数采集子单元，用于采集待测气体的测试参数，并将所述测试参数发送给所述控制子单元；
所述控制子单元，用于发送阻力平衡单元的控制信号，调整阻力平衡单元的截面积及接收所述测试参数；
所述记录子单元，用于获取所述测试参数，根据所述测试参数计算静态蒸发率。
5.根据权利要求4所述的静态蒸发率测试装置，其特征在于，所述参数采集子单元包括：压力传感器、温度传感器、质量流量计中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的静态蒸发率测试装置，其特征在于，所述进气单元的进气端与预填充有待测试气体的待检测瓶连接。
7.根据权利要求1所述的静态蒸发率测试装置，其特征在于，所述切换阀组还包括：至少2个三通阀。
8.一种静态蒸发率测试方法，其特征在于，应用于如权利要求1-7中任一项所述的基于低温绝热容器的静态蒸发率测试装置，其方法包括：
基于预设的待检测气体控制所述待检测气体对应的切换阀组开启，使所述待检测气体通入测量单元进行气体参数检测，得到待测气体的测试参数；
根据所述测试参数计算静态蒸发率。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，包括：
根据预设气体稳定时长向测量单元通入待测气体。
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