CN115876951A - 循环式气体检测系统和气体浓度测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及气体检测技术领域，具体而言，涉及一种循环式气体检测系统和气体浓度测试方法。循环式气体检测系统用于测试固体推进剂产生的特征气体的浓度变化，循环式气体检测系统包括罐体、抽气泵及气体检测仪；罐体的出气口与抽气泵的抽气口管路连通；抽气泵的排气口与气体检测仪的入口管路连通，气体检测仪的出口与罐体的进气口连通；其中，罐体用于容置试验样品，抽气泵用于抽取罐体中的气体并将其导入气体检测仪，气体检测仪用于检测罐体内的试验样品产生的特征气体的浓度并将导入的气体输送至罐体内。循环式气体检测系统能够通过监测固体推进剂中某一种或多种特征气体浓度变化，有利于了解推进剂贮存稳定性及健康状态。

Description

循环式气体检测系统和气体浓度测试方法

技术领域

本发明涉及气体检测技术领域，具体而言，涉及一种循环式气体检测系统和气体浓度测试方法。

背景技术

固体推进剂是导弹武器系统的重要组成部分，为导弹发射和飞行提供动力。固体推进剂由大量氧化剂、炸药和金属燃料等活性组分组成，在一定的温度刺激下将会分解，释放出气体，如硝酸酯增塑剂加热分解会释放出NO和NO₂等氮氧化物，高氯酸铵(AP)分解会释放氯化氢(HCl)和氨气(NH₃)等，三氢化铝(AlH₃)易因热分解而发生释氢现象，分解生成铝和氢气。因此可通过监测推进剂产生的特征气体，如通过氮氧化物监测硝酸酯分解程度，通过氢气浓监测AlH₃分解率等方法，获得固体推进剂某一温度下的热稳定。

发明内容

本发明的目的包括，例如，提供了一种循环式气体检测系统和气体浓度测试方法，其能够通过监测固体推进剂中某一种或多种特征气体浓度变化，建立特征气体与推进剂性能关系，有利于了解推进剂贮存稳定性及健康状态。

本发明的实施例可以这样实现：

第一方面，本发明提供一种循环式气体检测系统，用于测试固体推进剂产生的特征气体的浓度变化，循环式气体检测系统包括罐体、抽气泵及气体检测仪；

罐体的出气口与抽气泵的抽气口管路连通；抽气泵的排气口与气体检测仪的入口管路连通，气体检测仪的出口与罐体的进气口连通；

其中，罐体用于容置试验样品，抽气泵用于抽取罐体中的气体并将其导入气体检测仪，气体检测仪用于检测罐体内的试验样品产生的特征气体的浓度并将导入的气体输送至罐体内。

在可选的实施方式中，罐体包括磨口瓶以及磨口塞，磨口塞可拆卸地设置于磨口瓶的瓶口处。

在可选的实施方式中，磨口塞与瓶口的接触面间设置有真空硅脂层。

在可选的实施方式中，磨口瓶或磨口塞上设置有进气口及出气口。

在可选的实施方式中，进气口处及出气口处均设置有通断阀。

在可选的实施方式中，气体检测仪用于检测罐体内的试验样品产生的气体中的氢气、氯化氢、一氧化碳、氮氧化物中的一种或多种的浓度。

第二方面，本发明提供一种气体浓度测试方法，采用上述的循环式气体检测系统实现，包括：

将试验样品称重后置于罐体内，将罐体加热至预设温度；

待罐体加热预设时间后，将罐体冷却至室温后；

将抽气泵及气体测试仪与罐体管路连通，以使得罐体、气泵及气体测试仪形成气体循环回路；

在气体检测仪的检测数值稳定后，记录气体检测仪所测得的特征气体浓度。

在可选的实施方式中，将罐体加热至预设温度的步骤包括：

封闭罐体，并将罐体移入烘箱中进行加热，直至罐体被加热至预设温度。

在可选的实施方式中，在记录气体检测仪所测得的特征气体浓度的步骤之前，气体浓度测试方法还包括：

记录环境温度。

在可选的实施方式中，在将试验样品称重后置于罐体内的步骤之前，气体浓度测试方法还包括：

测定罐体的容积。

本发明实施例的有益效果包括：

该循环式气体检测系统用于测试固体推进剂产生的特征气体的浓度变化，循环式气体检测系统包括罐体、抽气泵及气体检测仪；罐体的出气口与抽气泵的抽气口管路连通；抽气泵的排气口与气体检测仪的入口管路连通，气体检测仪的出口与罐体的进气口连通；其中，罐体用于容置试验样品，抽气泵用于抽取罐体中的气体并将其导入气体检测仪，气体检测仪用于检测罐体内的试验样品产生的特征气体的浓度并将导入的气体输送至罐体内。循环式气体检测系统能够通过监测固体推进剂中某一种或多种特征气体浓度变化，建立特征气体与推进剂性能关系，有利于了解推进剂贮存稳定性及健康状态。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本发明实施例中循环式气体检测系统的结构示意图；

图2为本发明实施例中罐体的结构示意图；

图3为本发明实施例中罐体的结构示意图；

图4为本发明实施例中强制内循环气体检测系统测得含AlH3高能推进剂的氢气浓度-时间曲线。

图标：200-循环式气体检测系统；210-罐体；220-抽气泵；230-气体检测仪；211-磨口瓶；212-磨口塞；213-通断阀。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。

请参考图1，本实施例提供了一种循环式气体检测系统200，用于测试固体推进剂产生的特征气体的浓度变化，循环式气体检测系统200包括罐体210、抽气泵220及气体检测仪230；

罐体210的出气口与抽气泵220的抽气口管路连通；抽气泵220的排气口与气体检测仪230的入口管路连通，气体检测仪230的出口与罐体210的进气口连通；

其中，罐体210用于容置试验样品，抽气泵220用于抽取罐体210中的气体并将其导入气体检测仪230，气体检测仪230用于检测罐体210内的试验样品产生的特征气体的浓度并将导入的气体输送至罐体210内。

请参考图1该循环式气体检测系统200的工作原理是：

固体推进剂贮存过程中产生的气体一般与推进剂性能直接或间接相关，如硝酸酯分解产生大量氮氧化物会催化粘合剂高分子网络降解，导致推进剂性能恶化；AlH₃分解产生氢气累积会造成推进剂内部压力增大，导致药柱发生膨胀和孔洞会裂纹等。因此，通过监测固体推进剂中某一种或多种特征气体浓度变化，建立特征气体与推进剂性能关系，有利于了解推进剂贮存稳定性及健康状态；

为此，该循环式气体检测系统200包括罐体210、抽气泵220及气体检测仪230；

其中，罐体210用于容置试验样品，通过罐体210的设置，能够在固体推进剂贮存过程中保证实验样品的密封性，避免试验样品产生的气体泄露；还能够便于进行加热，在在测定特征气体的浓度时进行定容、定温和定压，以使得检测结果稳定可靠；

抽气泵220用于抽取罐体210中的气体并将其导入气体检测仪230，而且由于罐体210的出气口与抽气泵220的抽气口管路连通，抽气泵220的排气口与气体检测仪230的入口管路连通，气体检测仪230的出口与罐体210的进气口连通，由此能够形成气体循环回路，即，罐体210内的试验样品产生的气体能够在抽气泵220的作用下沿前述的气体循环回路循环，即，通过抽气泵220以及气体循环回路能够以强制内循环的方式收集和检测固体推进剂及其原材料产生的特征气体浓度；

而在设置气体检测仪230时，气体检测仪230用于检测罐体210内的试验样品产生的特征气体的浓度并将导入的气体输送至罐体210内，气体检测仪230的检测精度一般为ppm级，即10^-6体积或物质的量相对浓度，相比于其他方法，如压力监测法、质量监测法等具有选择性好和精度高等优点；

综上，基于上述内容可知，该循环式气体检测系统200能够在容置试验样品的同时，便于对试验样品进行加热，进而能够以强制内循环的方式收集和检测固体推进剂及其原材料产生的特征气体浓度；因此，可通过监测固体推进剂中某一种或多种特征气体浓度变化，建立特征气体与推进剂性能关系，有利于了解推进剂贮存稳定性及健康状态。

进一步地，请参考图1在本实施例中，在设置罐体210时，罐体210包括磨口瓶211以及磨口塞212，磨口塞212可拆卸地设置于磨口瓶211的瓶口处。其中，通过磨口瓶211以及磨口塞212的设置，能够增加罐体210的密封性，避免罐体210内的气体由瓶口泄漏。其外，还可以在磨口塞212与瓶口的接触面间设置真空硅脂层，以提高密封性。

请参考图1-图3，为便于罐体210、抽气泵220及气体检测仪230形成气体循环回路，故，磨口瓶211或磨口塞212上设置有进气口及出气口。而且为在加热以及存储固体推进剂时，避免内部的气体由进气口及出气口泄漏，故，进气口处及出气口处均设置有通断阀213。其外，还可以在连接于进气口及出气口的管路设置通断阀213。

由上述内容可知，该气体检测仪230用于检测罐体210内的试验样品产生的气体，由此，在试验样品为固体推进剂时，气体检测仪230用于固体推进剂产生的气体中的氢气、氯化氢、一氧化碳、氮氧化物中的一种或多种的浓度。

综上，该循环式气体检测系统200具有如下优点：

系统简单，充分利用了现有常规仪器设备，无需特制加工的系统或设备；

适用范围广，灵活多样，样品可为原材料、中间品或成品，样品状态可为液态、固态或液晶态甚至气体等多种状态，罐体210耐高温，可灵活置于不同温度烘箱加速老化；

操作便捷，串联接不同的气体传感器/检测仪可满足待测样品多种气体组分测定的试验需求。

基于上述内容，本发明提供一种气体浓度测试方法，采用上述的循环式气体检测系统200实现，包括：

将试验样品称重后置于罐体210内，将罐体210加热至预设温度；

待罐体210加热预设时间后，将罐体210冷却至室温后；

将抽气泵220及气体测试仪与罐体210管路连通，以使得罐体210、气泵及气体测试仪形成气体循环回路；

在气体检测仪230的检测数值稳定后，记录气体检测仪230所测得的特征气体浓度。

进一步地，在本实施例中，将罐体210加热至预设温度的步骤包括：

封闭罐体210，并将罐体210移入烘箱中进行加热，直至罐体210被加热至预设温度。

其外，在记录气体检测仪230所测得的特征气体浓度的步骤之前，气体浓度测试方法还包括：

记录环境温度。

而且，在将试验样品称重后置于罐体210内的步骤之前，气体浓度测试方法还包括：

测定罐体210的容积。

下面以氢气检测仪测定AlH₃热分解为例进行说明：

已知罐体210容积，并将磨口处涂真空硅脂，将适量含AlH₃高能推进剂制样并称重后放入磨口瓶211，盖紧磨口塞212，关闭通断阀213，使得罐体210处于封闭状态，将罐体210置于油浴烘箱加速老化；

待管体加热至预设温度，且在加热预设时间后，取出罐体210，冷却至室温后，连接好管路，使得氢气检测仪及抽气泵220与管体共同形成气体循环回路；

随后，打开氢气检测仪及抽气泵220，并将通断阀213打开，通过氢气检测仪检测氢气浓度以表征AlH₃热分解性能，在氢气检测仪的读数趋于稳定后，记录浓度值，记录环境温度；

根据罐体210的容积V、样品的质量m、环境温度T和大气压力1atm，得到单位质量样品在单位体积内产生的气体浓度C，ppm/(g样品.L容器)，根据

得到容器内氢气含量，与样品中AlH₃分解释氢的理论含量对比，间接得到AlH₃热分解率，并得到不同加速温度下含AlH₃高能推进剂的热分解释放的氢气浓度-时间曲线，如图4。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种循环式气体检测系统，用于测试固体推进剂产生的特征气体的浓度变化，其特征在于：

所述循环式气体检测系统包括罐体、抽气泵及气体检测仪；

所述罐体的出气口与所述抽气泵的抽气口管路连通；所述抽气泵的排气口与所述气体检测仪的入口管路连通，所述气体检测仪的出口与所述罐体的进气口连通；

其中，所述罐体用于容置试验样品，所述抽气泵用于抽取所述罐体中的气体并将其导入所述气体检测仪，所述气体检测仪用于检测所述罐体内的试验样品产生的特征气体的浓度并将导入的气体输送至所述罐体内。

2.根据权利要求1所述的循环式气体检测系统，其特征在于：

所述罐体包括磨口瓶以及磨口塞，所述磨口塞可拆卸地设置于所述磨口瓶的瓶口处。

3.根据权利要求2所述的循环式气体检测系统，其特征在于：

所述磨口塞与所述瓶口的接触面间设置有真空硅脂层。

4.根据权利要求2所述的循环式气体检测系统，其特征在于：

所述磨口瓶或所述磨口塞上设置有所述进气口及所述出气口。

5.根据权利要求4所述的循环式气体检测系统，其特征在于：

所述进气口处及所述出气口处均设置有通断阀。

6.根据权利要求1所述的循环式气体检测系统，其特征在于：

所述气体检测仪用于检测所述罐体内的试验样品产生的气体中的氢气、氯化氢、一氧化碳、氮氧化物中的一种或多种的浓度。

7.一种气体浓度测试方法，采用如权利要求1-6中任意一项所述的循环式气体检测系统实现，其特征在于，包括：

将试验样品称重后置于罐体内，将所述罐体加热至预设温度；

待所述罐体加热预设时间后，将所述罐体冷却至室温后；

将抽气泵及气体测试仪与所述罐体管路连通，以使得所述罐体、所述气泵及气体测试仪形成气体循环回路；

在所述气体检测仪的检测数值稳定后，记录所述气体检测仪所测得的所述特征气体浓度。

8.根据权利要求7所述的气体浓度测试方法，其特征在于：

所述将所述罐体加热至预设温度的步骤包括：

封闭所述罐体，并将所述罐体移入烘箱中进行加热，直至所述罐体被加热至预设温度。

9.根据权利要求7所述的气体浓度测试方法，其特征在于：

在所述记录所述气体检测仪所测得的所述特征气体浓度的步骤之前，所述气体浓度测试方法还包括：

记录环境温度。

10.根据权利要求7所述的气体浓度测试方法，其特征在于：

在所述将试验样品称重后置于罐体内的步骤之前，所述气体浓度测试方法还包括：

测定所述罐体的容积。

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