CN116430916B - 基于渗透法精确控制小腔体气体压强集成装置及测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于渗透法精确控制小腔体气体压强集成装置及测试方法,属于密封小腔体气体压强精确控制技术领域。该装置包括气体测控与气路集成模块、气体渗透模块、座装电磁阀组模块、试管及试管安装模块。气体渗透模块安装在气体测控与气路集成模块前侧,座装电磁阀组模块安装在气体测控与气路集成模块后侧,试管及试管安装模块安装在气体测控与气路集成模块下侧。该装置通过气体渗透模块减小气体进入与抽出密封小腔体的速率,通过座装电磁阀组模块控制进入与抽出密封小腔体气体的通断,从而实现对气体测控与气路集成模块内密封小腔体压强的精确控制。该装置能实现对进入与抽出密封小腔体的气体速率的阶梯式控制,避免漏气现象。
Description
技术领域
本发明涉及密封小腔体气体压强精确控制技术领域,尤其涉及一种基于渗透法精确控制小腔体气体压强集成装置及测试方法。
背景技术
在测试材料比表面积、孔径分布、孔体积、孔隙率以及气体吸附热等参数过程中,均需对密封小腔体进行抽气与进气,使密封小腔体内的压强精确达到预设压强。目前,现有装置主要通过打开与关闭阀门、设置中间缓冲腔、安装节流阀等方式控制抽气与进气速率,装置内密封小腔体与各管路通过螺纹连接,导致其存在密封小腔体压强控制不精确、无法大范围控制气体速率、气体密封性差、气体温度分布不均等问题,具体表现如下:
(1) 密封小腔体压强控制不精确
现有技术通常使用质量流量计与节流阀门减小气体抽出或进入密封小腔体的速率,从而实现对密封小腔体压强的控制。以德国E+H公司的微小质量流量计为例,微小质量流量计能控制的最小质量流量为1.67 g/min(N2),伺服机构反应时间为0.2 s,可计算出一次进入氮气的最小体积为0.2×22.4×1000×1.67÷28÷60 ≈ 4.5 mL。当密封小腔体的体积小于最小体积4.5 mL时,质量流量计与节流阀门则无法控制密封小腔体内的压强。在比表面积、孔径分布、孔体积、孔隙率以及气体吸附热等参数的测试过程中,均需采用对密封小腔体抽气和进气的方式使仪器内密封小腔体内压强精确达到预设压强,但质量流量计与节流阀门控制的方法并不能满足对密封小腔体压强的精确控制;此外,质量流量计的价格高达万元左右,使用质量流量计与节流阀门控制密封小腔体的压强大幅增加了装置成本与测试费用。
(2) 无法大范围控制气体速率
当前采用的抽气、进气装置仅有一个抽气管道和一个进气管道,虽然单一管道可以通过控制阀门的开度来控制抽气和进气速率,但只能实现小范围内气体速率的控制,无法对气体速率进行大范围阶梯式的控制。随着气瓶和腔体间压差减小,进气速率将不可控的逐渐减小,导致进气时间过长,甚至因进气速率过小致使进气过程无法完成;由于不能阶梯式控制气体速率,抽气、进气装置也无法与不同工作压力的气瓶进行适配。
(3) 气体密封性差
密封小腔体压强的精确控制对抽气、进气装置的密封性有较高的要求。现有的抽气、进气装置内部结构由管道和腔体组成,管道与管道之间通过螺纹连接,其密封性差,当密封小腔体内部气体压力过大或测量时间过长时,管道漏气量增加,导致密封小腔体内的压强变小。
(4) 气体温度分布不均
现有抽气、进气装置内部的腔体与腔体之间通过管路相互连接,当装置内有多个腔体时,需要用弯曲管路对腔体进行连接并增加管道数量,使管道总长度增加,在腔体与管路接合处以及管路中存有气体,这部分气体体积导致样品所占体积比例减小,降低体积分辨率;气体沿管道分布,受到沿程管道所处环境温度的影响,气体温度分布不均,无法保证气体在同一环境温度下,不符合等温假设条件,产生系统误差。
因此,亟需设计一种基于渗透法精确控制小腔体气体压强集成装置及测试方法。
发明内容
本发明为解决对密封小腔体抽气和进气过程中装置因小腔体为密封状态导致压强控制不精确,因只有一个抽、进气管路导致无法大范围控制气体速率,因管道间用螺纹连接导致腔体密封性差,因结构不紧凑导致气体温度分布不均等问题,提供了一种基于渗透法精确控制小腔体气体压强集成装置及测试方法。
该装置采用渗透法减小抽出与进入密封小腔体的气体速率,精确控制密封小腔体的压强;采用多抽气支路孔道与多进气支路孔道,通过开关阀门控制气路的通断,阶梯式控制抽出与进入的气体速率;将孔道与腔体模块化形成孔道腔体模块,采用座装式电磁阀,与孔道腔体模块进行集成,取消了螺纹连接,减少了漏气点,避免了漏气情况,使装置结构紧凑,减少装置体积,避免了温度分布不均的情况;抽气开始时,将粗抽气孔道阀、细抽气孔道阀同时打开,使抽气较快进行,随后关闭细抽气孔道阀,只打开粗抽气孔道阀,适当减小抽气速率,当密封小腔体内的压强即将达到预设值时,关闭粗抽气孔道阀,打开细抽气孔道阀,使抽气过程缓慢进行,当密封小腔体内压强精确到达预设值后,关闭细抽气孔道阀,对相关参数进行测量与计算;进气开始时,将粗进气孔道阀、细进气孔道阀同时打开,使进气较快进行,随后关闭细进气孔道阀,只打开粗进气孔道阀,适当减小进气速率,当密封小腔体内的压强即将达到预设值时,关闭粗进气孔道阀,打开细进气孔道阀,使进气缓慢进行,当密封小腔体内压强精确达到预设值后,关闭细进气孔道阀,对相关参数进行测量与计算。
为解决上述发明目的,本发明提供的技术方案如下:
一种基于渗透法精确控制小腔体气体压强集成装置,包括气体测控与气路集成模块、气体渗透模块、座装电磁阀组模块和试管及试管安装模块,气体渗透模块安装在气体测控与气路集成模块前侧,座装电磁阀组模块安装在气体测控与气路集成模块后侧,试管及试管安装模块安装在气体测控与气路集成模块下侧;
所述气体测控与气路集成模块包括孔道腔体模块、压力传感器、压力传感器放置腔盲板和中间腔端板;
所述气体渗透模块包括抽气渗透模块和进气渗透模块,其中,抽气渗透模块包括细抽气渗透片、粗抽气渗透片、抽气支路端盖、抽气泵连接件、细抽气孔道口O型圈、粗抽气孔道口O型圈、细抽气渗透片密封O型圈、粗抽气渗透片密封O型圈和抽气泵连接件O型圈,进气渗透模块包括细进气渗透片、粗进气渗透片、进气支路端盖、进气泵连接件、细进气孔道口O型圈、粗进气孔道口O型圈、细进气渗透片密封O型圈、粗进气渗透片密封O型圈和进气泵连接件O型圈;
所述座装电磁阀组模块包括细抽气孔道阀、粗抽气孔道阀、细进气孔道阀、粗进气孔道阀和试管腔进气阀;
所述试管及试管安装模块包括样品管安装组件和P0管安装组件,其中,样品管安装组件包括样品管、样品管固定螺柱、样品管固定螺帽、样品管固定O型圈和样品管密封O型圈,P0管安装组件包括P0管、P0管固定螺柱、P0管固定螺帽、P0管固定O型圈和P0管密封O型圈。
所述孔道腔体模块为长方体,左表面中心(即孔道腔体模块的其中一个侧面的表面中心)开有中间腔工艺孔,中间腔工艺孔外围开有中间腔端板螺纹孔,中间腔工艺孔水平向右(即向长方体内部)开有中间腔,中间腔的长度为孔道腔体模块长度的 60~70%,中间腔端板通过中间腔端板螺纹孔安装在中间腔工艺孔表面;
孔道腔体模块左表面右下侧(即开有中间腔工艺孔的侧面在中间腔工艺孔的右边下部)开有温度传感器安装孔,温度传感器安装孔水平向右(即向长方体内部)开有温度传感器安装腔;
孔道腔体模块右表面(即与开有中间腔工艺孔侧面相对的另一个侧面)中心开有压力传感器放置腔工艺孔,压力传感器放置腔工艺孔外围开有压力传感器放置腔盲板螺纹孔,压力传感器放置腔工艺孔水平向左(即向长方体内部)开有压力传感器放置腔,压力传感器放置腔的长度为孔道腔体模块长度的20~30%,压力传感器放置腔向左(即向中间腔方向)开有压力传感器中间腔连通孔道,压力传感器中间腔连通孔道连通至中间腔,压力传感器安装在压力传感器放置腔中,压力传感器放置腔盲板通过压力传感器放置腔盲板螺纹孔安装在压力传感器放置腔工艺孔表面;
孔道腔体模块下表面右侧(即靠近开有所述压力传感器放置腔工艺孔的侧面处)开有P0管固定腔入口,P0管固定腔入口垂直向上开有P0管固定腔,P0管固定腔的长度约为孔道腔体模块高度的20~25%,P0管固定腔上部腔体孔径小于下部腔体孔径,P0管固定腔的腔体中部形成P0管密封O型圈放置平台,P0管固定腔垂直向上开有P0管中间腔连通孔道,P0管中间腔连通孔道连通至中间腔;
孔道腔体模块下表面左侧(即靠近开有所述中间腔工艺孔的侧面处)开有样品管固定腔入口,样品管固定腔入口垂直向上开有样品管固定腔,样品管固定腔的长度约为孔道腔体模块高度的20~25%,样品管固定腔上部腔体孔径小于样品管固定腔下部腔体孔径,样品管固定腔的腔体中部形成样品管密封O型圈放置平台,样品管固定腔上部腔体表面水平向后开有样品管固定腔进气孔道,在样品管固定腔内表面形成样品管固定腔进气孔道出口,在孔道腔体模块后表面形成样品管固定腔进气孔道入口;
孔道腔体模块后表面在样品管固定腔进气孔道入口上部开有试管腔进气阀进气孔道出口,试管腔进气阀进气孔道出口水平向前开有试管腔进气阀进气孔道,试管腔进气阀进气孔道连通至中间腔,试管腔进气阀进气孔道在中间腔内表面形成试管腔进气阀进气孔道入口;
孔道腔体模块后表面上侧从左到右(即自开有所述中间腔工艺孔的侧面到开有所述压力传感器放置腔工艺孔的侧面)依次开有细抽气孔道阀放气孔道口、粗抽气孔道阀放气孔道口、细进气孔道阀进气孔道口和粗进气孔道阀进气孔道口,在细抽气孔道阀放气孔道口、粗抽气孔道阀放气孔道口、细进气孔道阀进气孔道口和粗进气孔道阀进气孔道口的下方依次对应开有中间腔细抽气孔道口、中间腔粗抽气孔道口、中间腔细进气孔道口和中间腔粗进气孔道口,细抽气孔道阀放气孔道口、粗抽气孔道阀放气孔道口、细进气孔道阀进气孔道口和粗进气孔道阀进气孔道口水平向前贯穿开有细抽气孔道阀放气孔道、粗抽气孔道阀放气孔道、细进气孔道阀进气孔道和粗进气孔道阀进气孔道,细抽气孔道阀放气孔道、粗抽气孔道阀放气孔道、细进气孔道阀进气孔道和粗进气孔道阀进气孔道在孔道腔体模块前表面依次形成细抽气孔道口、粗抽气孔道口、细进气孔道口和粗进气孔道口,在细抽气孔道口、粗抽气孔道口、细进气孔道口和粗进气孔道口外圈分别开有细抽气孔道口O型圈密封沟槽、粗抽气孔道口O型圈密封沟槽、细进气孔道口O型圈密封沟槽和粗进气孔道口O型圈密封沟槽,中间腔细抽气孔道口、中间腔粗抽气孔道口、中间腔细进气孔道口、中间腔粗进气孔道口水平向前开有中间腔细抽气孔道、中间腔粗抽气孔道、中间腔细进气孔道、中间腔粗进气孔道,中间腔细抽气孔道、中间腔粗抽气孔道、中间腔细进气孔道和中间腔粗进气孔道贯通至中间腔;
孔道腔体模块后表面开有细抽气孔道阀固定螺纹孔、粗抽气孔道阀固定螺纹孔、细进气孔道阀固定螺纹孔、粗进气孔道阀固定螺纹孔及试管腔进气阀固定螺纹孔,座装阀组模块中各阀对应固定在各自的固定螺纹孔中,
孔道腔体模块前表面于细抽气孔道口O型圈密封沟槽和粗抽气孔道口O型圈密封沟槽圈外开有抽气支路端盖螺纹孔,孔道腔体模块前表面于细进气孔道口O型圈密封沟槽和粗进气孔道口O型圈密封沟槽圈外开有进气支路端盖螺纹孔,抽气支路端盖、进气支路端盖被分别固定在抽气支路端盖螺纹孔和进气支路端盖螺纹孔中。
所述细抽气渗透片、粗抽气渗透片、抽气支路端盖、抽气泵连接件、细进气渗透片、粗进气渗透片、进气支路端盖、进气泵连接件均为圆盘状;
所述细抽气渗透片、粗抽气渗透片安装在抽气支路端盖后侧,抽气泵连接件安装在抽气支路端盖前侧;抽气泵连接件边缘开有抽气泵连接件通孔,抽气泵连接件中部设抽气泵连接件出气口,抽气泵连接件出气口内设螺纹,抽气泵管路通过螺纹与抽气泵连接件紧密连接;
抽气支路端盖后表面中部向前贯穿开有抽气支路端盖细抽气孔、抽气支路端盖粗抽气孔,抽气支路端盖细抽气孔前侧孔径小于后侧孔径,抽气支路端盖细抽气孔中部形成细抽气渗透片密封O型圈放置平台,抽气支路端盖粗抽气孔前侧孔径小于后侧孔径,抽气支路端盖粗抽气孔中部形成粗抽气渗透片密封O型圈放置平台;
抽气支路端盖后表面边缘水平向前贯穿开有抽气支路端盖通孔,抽气支路端盖通孔内圈开有抽气泵连接件固定螺纹孔和抽气泵连接件O型圈密封沟槽,抽气泵连接件O型圈密封沟槽位于抽气支路端盖细抽气孔和抽气支路端盖粗抽气孔的外圈,且所述抽气泵连接件O型圈密封沟槽位于抽气泵连接件固定螺纹孔内圈,抽气泵连接件固定螺纹孔固定抽气泵连接件;
细抽气渗透片密封O型圈置于细抽气渗透片密封O型圈放置平台上,粗抽气渗透片密封O型圈置于粗抽气渗透片密封O型圈放置平台上,细抽气渗透片置于细抽气渗透片密封O型圈上,粗抽气渗透片置于粗抽气渗透片密封O型圈上,细抽气孔道口O型圈置于细抽气孔道口O型圈密封沟槽中,粗抽气孔道口O型圈置于粗抽气孔道口O型圈密封沟槽中,紧固螺钉通过抽气支路端盖通孔拧入抽气支路端盖螺纹孔中,紧固螺钉拧紧时,压紧O型圈,细抽气渗透片与细抽气渗透片密封O型圈、细抽气孔道口O型圈之间形成密封,粗抽气渗透片与粗抽气渗透片密封O型圈、粗抽气孔道口O型圈之间形成密封,使细抽气渗透片和粗抽气渗透片与抽气支路端盖和孔道腔体模块形成密封;
抽气泵连接件O型圈置于抽气泵连接件O型圈密封沟槽中,紧固螺钉通过抽气泵连接件通孔拧入抽气泵连接件固定螺纹孔中,紧固螺钉拧紧时,压紧抽气泵连接件O型圈,抽气泵连接件与抽气支路端盖形成密封;
所述细进气渗透片和粗进气渗透片安装在进气支路端盖后侧,进气泵连接件安装在进气支路端盖前侧;
进气泵连接件边缘开有进气泵连接件通孔,进气泵连接件中部设进气泵连接件进气口,进气泵连接件进气口内设螺纹,进气泵管路通过螺纹与进气泵连接件紧密连接;
进气支路端盖后表面中部向前贯穿开有进气支路端盖细进气孔和进气支路端盖粗进气孔,进气支路端盖细进气孔前侧孔径小于后侧孔径,于进气支路端盖细进气孔中部形成细进气渗透片密封O型圈放置平台,进气支路端盖粗进气孔前侧孔径小于后侧孔径,于进气支路端盖粗进气孔中部形成粗进气渗透片密封O型圈放置平台;
进气支路端盖后表面边缘水平向前贯穿开有进气支路端盖通孔,进气支路端盖通孔所形成的圆周内圈开有进气泵连接件固定螺纹孔,进气泵连接件固定螺纹孔所形成的圆周内圈开有进气泵连接件O型圈密封沟槽,进气泵连接件O型圈密封沟槽位于进气支路端盖细进气孔和进气支路端盖粗进气孔外圈,进气泵连接件固定螺纹孔固定进气泵连接件;
细进气渗透片密封O型圈置于细进气渗透片密封O型圈放置平台上,粗进气渗透片密封O型圈置于粗进气渗透片密封O型圈放置平台上,细进气渗透片置于细进气渗透片密封O型圈上,粗进气渗透片置于粗进气渗透片密封O型圈上,细进气孔道口O型圈置于细进气孔道口O型圈密封沟槽中,粗进气孔道口O型圈置于粗进气孔道口O型圈密封沟槽中,紧固螺钉通过进气支路端盖通孔拧入进气支路端盖螺纹孔中,紧固螺钉拧紧时,压紧O型圈,细进气渗透片与细进气渗透片密封O型圈和细进气孔道口O型圈之间形成密封,粗进气渗透片与粗进气渗透片密封O型圈和粗进气孔道口O型圈之间形成密封,使细进气渗透片、粗进气渗透片与进气支路端盖、孔道腔体模块形成密封;
进气泵连接件O型圈置于进气泵连接件O型圈密封沟槽中,紧固螺钉通过进气泵连接件通孔拧入进气泵连接件固定螺纹孔中,紧固螺钉拧紧时,压紧进气泵连接件O型圈,进气泵连接件与进气支路端盖形成密封。
所述样品管固定螺柱为中空圆柱型,样品管固定螺柱两端设有外螺纹,样品管固定螺帽设有内螺纹并于一端设有样品管固定O型圈放置平台,样品管固定O型圈置于样品管固定O型圈放置平台上,样品管穿过样品管固定螺帽放置于样品管固定螺柱中,样品管固定螺帽通过螺纹与样品管固定螺柱连接,样品管固定螺帽拧入样品管固定螺柱下端,压紧样品管固定O型圈对样品管进行紧固与密封;
样品管固定螺柱通过螺纹与样品管固定腔连接,样品管密封O型圈置于样品管密封O型圈放置平台上,样品管固定螺柱上端拧入样品管固定腔,压紧样品管密封O型圈使样品管固定螺柱上端面与样品管密封O型圈放置平台形成密封;
所述P0管固定螺柱为中空圆柱型,P0管固定螺柱两端设有外螺纹,P0管固定螺帽设有内螺纹并于一端设有P0管固定O型圈放置平台,P0管固定O型圈置于P0管固定O型圈放置平台上,P0管穿过P0管固定螺帽放置于P0管固定螺柱中,P0管固定螺帽通过螺纹与P0管固定螺柱连接,P0管固定螺帽拧入P0管固定螺柱下端,压紧P0管固定O型圈对P0管进行紧固与密封;
P0管固定螺柱通过螺纹与P0管固定腔连接,P0管密封O型圈置于P0管密封O型圈放置平台上,P0管固定螺柱上端拧入P0管固定腔,压紧P0管密封O型圈使P0管固定螺柱上端面与P0管密封O型圈放置平台形成密封。
所述细抽气孔道阀、粗抽气孔道阀、细进气孔道阀、粗进气孔道阀和试管腔进气阀均为座装式电磁阀,通过O型圈与光洁表面密封;
所述细抽气孔道阀下表面四个角开有细抽气孔道阀通孔,细抽气孔道阀下表面中部开有细抽气孔道阀出口和细抽气孔道阀入口,细抽气孔道阀入口外圈设有细抽气孔道阀入口O型圈密封沟槽,细抽气孔道阀出口和细抽气孔道阀入口O型圈密封沟槽外圈设有细抽气孔道阀出口O型圈密封沟槽,细抽气孔道阀入口O型圈和细抽气孔道阀出口O型圈分别置于细抽气孔道阀入口O型圈密封沟槽和细抽气孔道阀出口O型圈密封沟槽中;
所述粗抽气孔道阀下表面四个角开有粗抽气孔道阀通孔,粗抽气孔道阀下表面中部开有粗抽气孔道阀出口和粗抽气孔道阀入口,粗抽气孔道阀入口外圈设有粗抽气孔道阀入口O型圈密封沟槽,粗抽气孔道阀出口和粗抽气孔道阀入口O型圈密封沟槽外圈设有粗抽气孔道阀出口O型圈密封沟槽,粗抽气孔道阀入口O型圈和粗抽气孔道阀出口O型圈分别置于粗抽气孔道阀入口O型圈密封沟槽和粗抽气孔道阀出口O型圈密封沟槽中;
所述细进气孔道阀下表面四个角开有细进气孔道阀通孔,细进气孔道阀下表面中部开有细进气孔道阀出口和细进气孔道阀入口,细进气孔道阀入口外圈设有细进气孔道阀入口O型圈密封沟槽,细进气孔道阀出口和细进气孔道阀入口O型圈密封沟槽外圈设有细进气孔道阀出口O型圈密封沟槽,细进气孔道阀入口O型圈和细进气孔道阀出口O型圈分别置于细进气孔道阀入口O型圈密封沟槽和细进气孔道阀出口O型圈密封沟槽中;
所述粗进气孔道阀下表面四个角开有粗进气孔道阀通孔,粗进气孔道阀下表面中部开有粗进气孔道阀出口和粗进气孔道阀入口,粗进气孔道阀入口外圈设有粗进气孔道阀入口O型圈密封沟槽,粗进气孔道阀出口和粗进气孔道阀入口O型圈密封沟槽外圈设有粗进气孔道阀出口O型圈密封沟槽,粗进气孔道阀入口O型圈和粗进气孔道阀出口O型圈分别置于粗进气孔道阀入口O型圈密封沟槽和粗进气孔道阀出口O型圈密封沟槽中;
所述试管腔进气阀下表面四个角开有试管腔进气阀通孔,试管腔进气阀下表面中部开有试管腔进气阀出口和试管腔进气阀入口,试管腔进气阀入口外圈设有试管腔进气阀入口O型圈密封沟槽,试管腔进气阀出口和试管腔进气阀入口O型圈密封沟槽外圈设有试管腔进气阀出口O型圈密封沟槽,试管腔进气阀入口O型圈和试管腔进气阀出口O型圈分别置于试管腔进气阀入口O型圈密封沟槽和试管腔进气阀出口O型圈密封沟槽中。
所述细抽气孔道阀入口与中间腔细抽气孔道口对准,细抽气孔道阀出口与细抽气孔道阀放气孔道口对准,紧固螺钉通过细抽气孔道阀通孔拧入细抽气孔道阀固定螺纹孔,紧固螺钉拧紧后,压紧细抽气孔道阀入口O型圈和细抽气孔道阀出口O型圈,使细抽气孔道阀与孔道腔体模块形成密封;
所述粗抽气孔道阀入口与中间腔粗抽气孔道口对准,粗抽气孔道阀出口与粗抽气孔道阀放气孔道口对准,紧固螺钉通过粗抽气孔道阀通孔拧入粗抽气孔道阀固定螺纹孔,紧固螺钉拧紧后,压紧粗抽气孔道阀入口O型圈和粗抽气孔道阀出口O型圈,使粗抽气孔道阀与孔道腔体模块形成密封;
所述细进气孔道阀入口与细进气孔道阀进气孔道口对准,细进气孔道阀出口与中间腔细进气孔道口对准,紧固螺钉通过细进气孔道阀通孔拧入细进气孔道阀固定螺纹孔,紧固螺钉拧紧后,压紧细进气孔道阀入口O型圈和细进气孔道阀出口O型圈,使细进气孔道阀与孔道腔体模块形成密封;
所述粗进气孔道阀入口与粗进气孔道阀进气孔道口对准,粗进气孔道阀出口与中间腔粗进气孔道口对准,紧固螺钉通过粗进气孔道阀通孔拧入粗进气孔道阀固定螺纹孔,紧固螺钉拧紧后,压紧粗进气孔道阀入口O型圈和粗进气孔道阀出口O型圈,使粗进气孔道阀与孔道腔体模块形成密封;
所述试管腔进气阀入口与试管腔进气阀进气孔道出口对准,试管腔进气阀出口与样品管固定腔进气孔道入口对准,紧固螺钉通过试管腔进气阀通孔拧入试管腔进气阀固定螺纹孔,紧固螺钉拧紧后,压紧试管腔进气阀入口O型圈和试管腔进气阀出口O型圈,使试管腔进气阀与孔道腔体模块形成密封。
所述压力传感器为圆柱型,压力传感器表面设有压力传感器密封O型圈,压力传感器放置腔工艺孔开有压力传感器放置腔盲端倒角,压力传感器放置腔盲板中心开有压力传感器放置腔盲板中心通孔,压力传感器放置腔盲板边缘开有压力传感器放置腔盲板固定通孔,压力传感器通过压力传感器放置腔盲端倒角压入压力传感器放置腔中,压力传感器密封O型圈被压力传感器放置腔腔体表面压紧,使压力传感器与压力传感器放置腔腔体表面形成密封,压力传感器放置腔盲板O型圈置于压力传感器放置腔盲端倒角上,紧固螺钉通过压力传感器放置腔盲板固定通孔拧入压力传感器放置腔盲板螺纹孔,紧固螺钉拧紧后,压紧压力传感器放置腔盲板O型圈对压力传感器进行紧固,压力传感器外端面设置压力传感器集线接口,压力传感器集线接口从压力传感器放置腔盲板中心通孔穿出。
所述中间腔端板边缘开有中间腔端板通孔,中间腔端板通孔内圈开有中间腔端板O型圈密封沟槽,中间腔端板O型圈置于中间腔端板O型圈密封沟槽中,紧固螺钉通过中间腔端板通孔拧入中间腔端板螺纹孔中,紧固螺钉拧紧时,压紧中间腔端板O型圈,使中间腔端板对中间腔工艺孔进行密封。
所述孔道腔体模块的材质为铝,粗抽气渗透片、细抽气渗透片、粗进气渗透片和细进气渗透片的材质均为渗透率数量级为10-16m2~10-15m2的木质纤维,粗进气渗透片的渗透率大于细进气渗透片的渗透率(可以设计粗进气渗透片的厚度小于细进气渗透片的厚度),粗抽气渗透片的渗透率大于细抽气渗透片的渗透率(可以设计粗抽气渗透片的厚度小于细抽气渗透片的厚度)。
应用该装置的测试方法,包括步骤如下:
S1、标定P0:
S11、安装P0管:
将P0管放置于P0管固定螺柱中,从P0管固定螺柱下端拧入P0管固定螺帽,将P0管固定螺柱拧入P0管固定腔;
S12、P0管抽真空:
将抽气泵管路通过抽气泵连接件出气口的螺纹与抽气泵连接件连接,启动抽气泵,打开细抽气孔道阀、粗抽气孔道阀,其余阀均关闭,P0管内的气体通过P0管中间腔连通孔道进入中间腔,中间腔内一部分气体依次通过中间腔细抽气孔道、中间腔细抽气孔道口、细抽气孔道阀入口、细抽气孔道阀出口、细抽气孔道阀放气孔道口、细抽气孔道阀放气孔道、细抽气孔道口、细抽气渗透片、抽气支路端盖细抽气孔、抽气泵连接件出气口被抽气泵抽出,另一部分气体依次通过中间腔粗抽气孔道、中间腔粗抽气孔道口、粗抽气孔道阀入口、粗抽气孔道阀出口、粗抽气孔道阀放气孔道口、粗抽气孔道阀放气孔道、粗抽气孔道口、粗抽气渗透片、抽气支路端盖粗抽气孔、抽气泵连接件出气口被抽气泵抽出,待装置内压强小于10Pa时停止抽真空;
S13、P0管进氮气:
将进气泵管路通过进气泵连接件进气口的螺纹与进气泵连接件连接,启动进气泵,打开细进气孔道阀、粗进气孔道阀,其余阀均关闭,向装置充入氮气,气体从进气泵连接件进气口进入,一部分气体依次通过进气支路端盖细进气孔、细进气渗透片、细进气孔道口、细进气孔道阀进气孔道、细进气孔道阀进气孔道口、细进气孔道阀入口、细进气孔道阀出口、中间腔细进气孔道口、中间腔细进气孔道进入中间腔,另一部分气体依次通过进气支路端盖粗进气孔、粗进气渗透片、粗进气孔道口、粗进气孔道阀进气孔道、粗进气孔道阀进气孔道口、粗进气孔道阀入口、粗进气孔道阀出口、中间腔粗进气孔道口、中间腔粗进气孔道进入中间腔,中间腔内的气体通过P0管中间腔连通孔道进入P0管,待装置内压强大于110kPa时停止进气;
S14、测量P0:
将P0管浸入液氮杯中,向P0管继续充入氮气使装置内压强大于120kPa后停止进气,打开试管腔进气阀使装置与大气连通,待装置内压强稳定时记录此时压强为P0;
S2、测量样品吸附曲线:
S21、安装样品管:
将待测样品放入样品管中,将样品管放置于样品管固定螺柱中,从样品管固定螺柱下端拧入样品管固定螺帽,将样品管固定螺柱拧入样品管固定腔;
S22、粗抽气:
启动抽气泵,打开细抽气孔道阀、粗抽气孔道阀、试管腔进气阀,其余阀均关闭,样品管固定腔内气体依次通过样品管固定腔进气孔道出口、样品管固定腔进气孔道、样品管固定腔进气孔道入口、试管腔进气阀出口、试管腔进气阀入口、试管腔进气阀进气孔道出口、试管腔进气阀进气孔道、试管腔进气阀进气孔道入口进入中间腔,中间腔内一部分气体依次通过中间腔细抽气孔道、中间腔细抽气孔道口、细抽气孔道阀入口、细抽气孔道阀出口、细抽气孔道阀放气孔道口、细抽气孔道阀放气孔道、细抽气孔道口、细抽气渗透片、抽气支路端盖细抽气孔、抽气泵连接件出气口被抽气泵抽出,另一部分气体依次通过中间腔粗抽气孔道、中间腔粗抽气孔道口、粗抽气孔道阀入口、粗抽气孔道阀出口、粗抽气孔道阀放气孔道口、粗抽气孔道阀放气孔道、粗抽气孔道口、粗抽气渗透片、抽气支路端盖粗抽气孔、抽气泵连接件出气口被抽气泵抽出;
S23、细抽气:
抽气一段时间后,当中间腔内压强到达预设值的90%时,关闭细抽气孔道阀,只打开粗抽气孔道阀,减小抽气速率,中间腔内气体依次通过中间腔粗抽气孔道、中间腔粗抽气孔道口、粗抽气孔道阀入口、粗抽气孔道阀出口、粗抽气孔道阀放气孔道口、粗抽气孔道阀放气孔道、粗抽气孔道口、粗抽气渗透片、抽气支路端盖粗抽气孔、抽气泵连接件出气口被抽气泵抽出;
S24、缓慢抽气:
当中间腔内压强达到预设值的95%时,关闭粗抽气孔道阀,只打开细抽气孔道阀,继续减小抽气速率,使抽气缓慢进行,中间腔内气体依次通过中间腔细抽气孔道、中间腔细抽气孔道口、细抽气孔道阀入口、细抽气孔道阀出口、细抽气孔道阀放气孔道口、细抽气孔道阀放气孔道、细抽气孔道口、细抽气渗透片、抽气支路端盖细抽气孔、抽气泵连接件出气口被抽气泵抽出,当中间腔内压强达到预设压强阈值后,关闭细抽气孔道阀,抽气结束;
S25、粗进气:
将进气泵管路通过进气泵连接件进气口的螺纹与进气泵连接件连接,启动进气泵,打开细进气孔道阀、粗进气孔道阀,其余阀均关闭,气体从进气泵连接件进气口进入,一部分气体依次通过进气支路端盖细进气孔、细进气渗透片、细进气孔道口、细进气孔道阀进气孔道、细进气孔道阀进气孔道口、细进气孔道阀入口、细进气孔道阀出口、中间腔细进气孔道口、中间腔细进气孔道进入中间腔,另一部分气体依次通过进气支路端盖粗进气孔、粗进气渗透片、粗进气孔道口、粗进气孔道阀进气孔道、粗进气孔道阀进气孔道口、粗进气孔道阀入口、粗进气孔道阀出口、中间腔粗进气孔道口、中间腔粗进气孔道进入中间腔;
S26、细进气:
进气一段时间后,当中间腔内压强达到预设值的75%时,关闭细进气孔道阀,只打开粗进气孔道阀,减小进气速率,气体从进气泵连接件进气口进入,依次通过进气支路端盖粗进气孔、粗进气渗透片、粗进气孔道口、粗进气孔道阀进气孔道、粗进气孔道阀进气孔道口、粗进气孔道阀入口、粗进气孔道阀出口、中间腔粗进气孔道口、中间腔粗进气孔道进入中间腔;
S27、缓慢进气:
当中间腔内压强达到预设值的97%时,关闭粗进气孔道阀,只打开细进气孔道阀,继续减小进气速率,使进气缓慢进行,气体从进气泵连接件进气口进入,依次通过进气支路端盖细进气孔、细进气渗透片、细进气孔道口、细进气孔道阀进气孔道、细进气孔道阀进气孔道口、细进气孔道阀入口、细进气孔道阀出口、中间腔细进气孔道口、中间腔细进气孔道进入中间腔,当中间腔内压强达到预设压强阈值后,关闭细进气孔道阀,进气结束;
S28、测量平衡压强:
打开试管腔进气阀,中间腔内气体依次通过试管腔进气阀进气孔道入口、试管腔进气阀进气孔道、试管腔进气阀进气孔道出口、试管腔进气阀入口、试管腔进气阀出口、样品管固定腔进气孔道入口、样品管固定腔进气孔道、样品管固定腔进气孔道出口进入样品管固定腔,待装置内压强稳定时,记录此时压强;
S29、计算吸附量:
利用理想气体状态方程对所记录压强进行处理,计算出吸附量。
S210、绘制吸附曲线:
根据实验要求,重复S25、S26、S27、S28和S29,计算不同进气终止压强下的样品吸附量,绘制出吸附曲线。
上述技术方案,与现有技术相比至少具有如下有益效果:
上述方案,采用渗透法减小抽出与进入密封小腔体的气体速率,精确控制密封小腔体的压强;采用多抽气支路孔道与多进气支路孔道,通过开关阀门控制气路的通断,阶梯式控制抽出与进入的气体速率;将孔道与腔体模块化形成孔道腔体模块,采用座装式电磁阀,与孔道腔体模块进行集成,取消了螺纹连接,减少了漏气点,避免了漏气情况,使装置结构紧凑,减少装置死体积,避免了温度分布不均的情况。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅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。
图1为本发明一种基于渗透法精确控制小腔体气体压强集成装置整体结构爆炸图;
图2为本发明的基于渗透法精确控制小腔体气体压强集成装置的孔道腔体模块透视图;
图3为本发明的基于渗透法精确控制小腔体气体压强集成装置的部分结构俯视爆炸图;
图4为本发明的基于渗透法精确控制小腔体气体压强集成装置的座装电磁阀组模块爆炸图,其中,(a)为细抽气孔道阀,(b)为粗抽气孔道阀,(c)为细进气孔道阀,(d)为粗进气孔道阀,(e)为试管腔进气阀;
图5为本发明的基于渗透法精确控制小腔体气体压强集成装置的抽气支路端盖和进气支路端盖后视图,其中,(a)为进气支路端盖,(b)为抽气支路端盖;
图6为本发明的基于渗透法精确控制小腔体气体压强集成装置的P0管固定螺帽和样品管固定螺帽内部结构图,其中,(a)为P0管固定螺帽,(b)为样品管固定螺帽。
其中:
100-孔道腔体模块,101-抽气支路端盖螺纹孔,102-细抽气孔道口,103-粗抽气孔道口,104-进气支路端盖螺纹孔,105-细进气孔道口,106-粗进气孔道口,107-粗进气孔道口O型圈密封沟槽,108-细进气孔道口O型圈密封沟槽,109-粗抽气孔道口O型圈密封沟槽,110-细抽气孔道口O型圈密封沟槽,111-中间腔,112-试管腔进气阀进气孔道入口,113-样品管固定腔进气孔道出口,114-样品管密封O型圈放置平台,115-温度传感器安装腔,116-样品管固定腔,117-样品管固定腔进气孔道,118-试管腔进气阀进气孔道,119-P0管固定腔,120-P0管密封O型圈放置平台,121-P0管中间腔连通孔道,122-压力传感器中间腔连通孔道,123-压力传感器放置腔,124-中间腔粗抽气孔道,125-细进气孔道阀进气孔道,126-中间腔细进气孔道,127-粗进气孔道阀进气孔道,128-中间腔粗进气孔道,129-中间腔粗进气孔道口,130-粗进气孔道阀进气孔道口,131-中间腔细进气孔道口,132-细进气孔道阀进气孔道口,133-中间腔粗抽气孔道口,134-粗抽气孔道阀放气孔道口,135-中间腔细抽气孔道口,136-细抽气孔道阀放气孔道口,137-粗抽气孔道阀放气孔道,138-中间腔细抽气孔道,139-细抽气孔道阀放气孔道,140-中间腔端板,141-中间腔端板O型圈密封沟槽,142-中间腔端板通孔,143-中间腔端板O型圈,144-中间腔端板螺纹孔,145-中间腔工艺孔,146-温度传感器安装孔,147-粗进气孔道阀固定螺纹孔,148-细进气孔道阀固定螺纹孔,149-粗抽气孔道阀固定螺纹孔,150-试管腔进气阀进气孔道出口,151-细抽气孔道阀固定螺纹孔,152-试管腔进气阀固定螺纹孔,153-样品管固定腔进气孔道入口,154-样品管固定腔入口,155-P0管固定腔入口,156-压力传感器放置腔工艺孔,157-压力传感器放置腔盲板螺纹孔,158-压力传感器放置腔盲端倒角;
201-粗抽气渗透片,202-细抽气渗透片,203-细抽气渗透片密封O型圈,204-粗抽气渗透片密封O型圈,205-抽气支路端盖,206-抽气泵连接件O型圈,207-抽气泵连接件,208-抽气泵连接件通孔,209-抽气泵连接件出气口,210-进气泵连接件进气口,211-进气泵连接件通孔,212-进气泵连接件,213-进气泵连接件O型圈,214-进气支路端盖,215-粗进气渗透片密封O型圈,216-细进气渗透片密封O型圈,217-粗进气渗透片,218-细进气渗透片,219-粗进气孔道口O型圈,220-细进气孔道口O型圈,221-粗抽气孔道口O型圈,222-细抽气孔道口O型圈,223-抽气支路端盖通孔,224-抽气泵连接件固定螺纹孔,225-抽气支路端盖细抽气孔,226-抽气泵连接件O型圈密封沟槽,227-抽气支路端盖粗抽气孔,228-进气支路端盖通孔,229-进气泵连接件固定螺纹孔,230-进气支路端盖粗进气孔,231-进气泵连接件O型圈密封沟槽,232-进气支路端盖细进气孔,233-细进气渗透片密封O型圈放置平台,234-粗进气渗透片密封O型圈放置平台,235-细抽气渗透片密封O型圈放置平台,236-粗抽气渗透片密封O型圈放置平台;
301-P0管密封O型圈,302-P0管固定螺柱,303-P0管固定O型圈,304-P0管固定螺帽,305-P0管,306-样品管,307-样品管固定螺帽,308-样品管固定O型圈,309-样品管固定螺柱,310-样品管密封O型圈,311-样品管固定O型圈放置平台,312-P0管固定O型圈放置平台;
401-细抽气孔道阀,402-粗抽气孔道阀,403-细进气孔道阀,404-粗进气孔道阀,405-试管腔进气阀,406-细抽气孔道阀通孔,407-细抽气孔道阀出口,408-细抽气孔道阀入口O型圈密封沟槽,409-细抽气孔道阀入口,410-细抽气孔道阀出口O型圈密封沟槽,411-细抽气孔道阀入口O型圈,412-细抽气孔道阀出口O型圈,413-粗抽气孔道阀通孔,414-粗抽气孔道阀出口,415-粗抽气孔道阀入口O型圈密封沟槽,416-粗抽气孔道阀入口,417-粗抽气孔道阀出口O型圈密封沟槽,418-粗抽气孔道阀入口O型圈,419-粗抽气孔道阀出口O型圈,420-细进气孔道阀通孔,421-细进气孔道阀入口O型圈密封沟槽,422-细进气孔道阀入口,423-细进气孔道阀出口,424-细进气孔道阀出口O型圈密封沟槽,425-细进气孔道阀入口O型圈,426-细进气孔道阀出口O型圈,427-粗进气孔道阀通孔,428-粗进气孔道阀入口,429-粗进气孔道阀入口O型圈密封沟槽,430-粗进气孔道阀出口,431-粗进气孔道阀出口O型圈密封沟槽,432-粗进气孔道阀入口O型圈,433-粗进气孔道阀出口O型圈,434-试管腔进气阀通孔,435-试管腔进气阀入口O型圈密封沟槽,436-试管腔进气阀入口,437-试管腔进气阀出口,438-试管腔进气阀出口O型圈密封沟槽,439-试管腔进气阀入口O型圈,440-试管腔进气阀出口O型圈;
501-压力传感器放置腔盲板O型圈,502-压力传感器放置腔盲板固定通孔,503-压力传感器放置腔盲板,504-压力传感器放置腔盲板中心通孔,505-压力传感器,506-压力传感器密封O型圈。
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的附图,对本发明实施例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的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例,本领域普通技术人员在无需创造性劳动的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。
需要说明的是,本发明中使用的“上”、“下”、“左”、“右”“前”“后”等仅用于表示相对位置关系,当被描述对象的绝对位置改变后,则该相对位置关系也可能相应地改变。
本发明提供了一种基于渗透法精确控制小腔体气体压强集成装置及测试方法。
如图1、图2和图3,该装置包括气体测控与气路集成模块、气体渗透模块、座装电磁阀组模块和试管及试管安装模块,气体渗透模块安装在气体测控与气路集成模块前侧,座装电磁阀组模块安装在气体测控与气路集成模块后侧,试管及试管安装模块安装在气体测控与气路集成模块下侧;
所述气体测控与气路集成模块包括孔道腔体模块100、压力传感器505、压力传感器放置腔盲板503和中间腔端板140;
所述气体渗透模块包括抽气渗透模块和进气渗透模块,其中,抽气渗透模块包括细抽气渗透片202、粗抽气渗透片201、抽气支路端盖205、抽气泵连接件207、细抽气孔道口O型圈222、粗抽气孔道口O型圈221、细抽气渗透片密封O型圈203、粗抽气渗透片密封O型圈204和抽气泵连接件O型圈206,进气渗透模块包括细进气渗透片218、粗进气渗透片217、进气支路端盖214、进气泵连接件212,细进气孔道口O型圈220、粗进气孔道口O型圈219、细进气渗透片密封O型圈216、粗进气渗透片密封O型圈215、进气泵连接件O型圈213;
所述座装电磁阀组模块包括细抽气孔道阀401、粗抽气孔道阀402、细进气孔道阀403、粗进气孔道阀404和试管腔进气阀405;
所述试管及试管安装模块包括样品管安装组件和P0管安装组件,其中,样品管安装组件包括样品管306、样品管固定螺柱309、样品管固定螺帽307、样品管固定O型圈308和样品管密封O型圈310,P0管安装组件包括P0管305、P0管固定螺柱302、P0管固定螺帽304、P0管固定O型圈303、P0管密封O型圈301。
如图1,孔道腔体模块100为长方体,左表面中心开有中间腔工艺孔145,中间腔工艺孔145外围开有中间腔端板螺纹孔144,中间腔工艺孔145水平向右开有中间腔111,中间腔111的长度为孔道腔体模块长度的 60~70%,中间腔端板140通过中间腔端板螺纹孔144安装在中间腔工艺孔145表面;
孔道腔体模块100左表面右下侧开有温度传感器安装孔146,温度传感器安装孔146水平向右开有温度传感器安装腔115;
孔道腔体模块100右表面中心开有压力传感器放置腔工艺孔156,压力传感器放置腔工艺孔156外围开有压力传感器放置腔盲板螺纹孔157,压力传感器放置腔工艺孔156水平向左开有压力传感器放置腔123,压力传感器放置腔123的长度为孔道腔体模块的20~30%,压力传感器放置腔123向左开有压力传感器中间腔连通孔道122连通至中间腔111,压力传感器505安装在压力传感器放置腔123中,压力传感器放置腔盲板503通过压力传感器放置腔盲板螺纹孔157安装在压力传感器放置腔工艺孔156表面;
孔道腔体模块100下表面右侧开有P0管固定腔入口155,P0管固定腔入口155垂直向上开有P0管固定腔119,P0管固定腔119的长度为孔道腔体模块100高度的20~25%,P0管固定腔119上部腔体孔径小于下部腔体孔径,于腔体中部形成P0管密封O型圈放置平台120,P0管固定腔119垂直向上开有P0管中间腔连通孔道121连通至中间腔111;
孔道腔体模块100下表面左侧开有样品管固定腔入口154,样品管固定腔入口154垂直向上开有样品管固定腔116,样品管固定腔154的长度为孔道腔体模块100高度的20~25%,样品管固定腔116上部腔体孔径小于下部腔体孔径,于腔体中部形成样品管密封O型圈放置平台114,样品管固定腔116上部腔体表面水平向后开有样品管固定腔进气孔道117,在样品管固定腔内表面形成样品管固定腔进气孔道出口113,在孔道腔体模块100后表面形成样品管固定腔进气孔道入口153;
孔道腔体模块100后表面在样品管固定腔进气孔道入口153上部开有试管腔进气阀进气孔道出口150,试管腔进气阀进气孔道出口150水平向前开有试管腔进气阀进气孔道118至中间腔111,在中间腔111内表面形成试管腔进气阀进气孔道入口112;
孔道腔体模块100后表面上侧从左到右依次开有细抽气孔道阀放气孔道口136、粗抽气孔道阀放气孔道口134、细进气孔道阀进气孔道口132、粗进气孔道阀进气孔道口130,在细抽气孔道阀放气孔道口136、粗抽气孔道阀放气孔道口134、细进气孔道阀进气孔道口132和粗进气孔道阀进气孔道口130的下方依次对应开有中间腔细抽气孔道口135、中间腔粗抽气孔道口133、中间腔细进气孔道口131和中间腔粗进气孔道口129,细抽气孔道阀放气孔道口136、粗抽气孔道阀放气孔道口134、细进气孔道阀进气孔道口132、粗进气孔道阀进气孔道口130水平向前贯穿开有细抽气孔道阀放气孔道139、粗抽气孔道阀放气孔道137、细进气孔道阀进气孔道125、粗进气孔道阀进气孔道127,于孔道腔体模块100前表面依次形成细抽气孔道口102、粗抽气孔道口103、细进气孔道口105、粗进气孔道口106,于细抽气孔道口102、粗抽气孔道口103、细进气孔道口105、粗进气孔道口106外圈分别开有细抽气孔道口O型圈密封沟槽110、粗抽气孔道口O型圈密封沟槽109、细进气孔道口O型圈密封沟槽108、粗进气孔道口O型圈密封沟槽107,中间腔细抽气孔道口135、中间腔粗抽气孔道口133、中间腔细进气孔道口131、中间腔粗进气孔道口129水平向前开有中间腔细抽气孔道138、中间腔粗抽气孔道124、中间腔细进气孔道126、中间腔粗进气孔道128贯通至中间腔111;
孔道腔体模块100后表面开有细抽气孔道阀固定螺纹孔151、粗抽气孔道阀固定螺纹孔149、细进气孔道阀固定螺纹孔148、粗进气孔道阀固定螺纹孔147及试管腔进气阀固定螺纹孔152,座装阀组模块中各阀对应固定在各自的固定螺纹孔中,
孔道腔体模块100前表面于细抽气孔道口O型圈密封沟槽110和粗抽气孔道口O型圈密封沟槽109圈外开有抽气支路端盖螺纹孔101,于细进气孔道口O型圈密封沟槽108和粗进气孔道口O型圈密封沟槽107圈外开有进气支路端盖螺纹孔104,抽气支路端盖205、进气支路端盖214被分别固定在抽气支路端盖螺纹孔101和进气支路端盖螺纹孔104中。
如图1,细抽气渗透片202、粗抽气渗透片201、抽气支路端盖205、抽气泵连接件207、细进气渗透片218、粗进气渗透片217、进气支路端盖214、进气泵连接件212均为圆盘状;
所述细抽气渗透片202、粗抽气渗透片201安装在抽气支路端盖205后侧,抽气泵连接件207安装在抽气支路端盖205前侧;抽气泵连接件207边缘开有抽气泵连接件通孔208,抽气泵连接件207中部设抽气泵连接件出气口209,出气口内设螺纹,抽气泵管路通过螺纹与抽气泵连接件207紧密连接;
如图5,抽气支路端盖205后表面中部向前贯穿开有抽气支路端盖细抽气孔225、抽气支路端盖粗抽气孔227,抽气支路端盖细抽气孔225前侧孔径小于后侧孔径,于气孔中部形成细抽气渗透片密封O型圈放置平台235,抽气支路端盖粗抽气孔227前侧孔径小于后侧孔径,于气孔中部形成粗抽气渗透片密封O型圈放置平台236;
抽气支路端盖205后表面边缘水平向前贯穿开有抽气支路端盖通孔223,抽气支路端盖通孔223内圈开有抽气泵连接件固定螺纹孔224、抽气泵连接件O型圈密封沟槽226,抽气泵连接件O型圈密封沟槽226位于抽气支路端盖细抽气孔225、抽气支路端盖粗抽气孔227外圈与抽气泵连接件固定螺纹孔224内圈,抽气泵连接件固定螺纹孔224固定抽气泵连接件207;
细抽气渗透片密封O型圈203置于细抽气渗透片密封O型圈放置平台235上,粗抽气渗透片密封O型圈204置于粗抽气渗透片密封O型圈放置平台236上,细抽气渗透片202置于细抽气渗透片密封O型圈203上,粗抽气渗透片201置于粗抽气渗透片密封O型圈204上,细抽气孔道口O型圈222置于细抽气孔道口O型圈密封沟槽110中,粗抽气孔道口O型圈221置于粗抽气孔道口O型圈密封沟槽109中,紧固螺钉通过抽气支路端盖通孔223拧入抽气支路端盖螺纹孔101中,紧固螺钉拧紧时,压紧O型圈,细抽气渗透片202与细抽气渗透片密封O型圈203、细抽气孔道口O型圈222之间形成密封,粗抽气渗透片201与粗抽气渗透片密封O型圈204、粗抽气孔道口O型圈221之间形成密封,使细抽气渗透片202、粗抽气渗透片201与抽气支路端盖205、孔道腔体模块100形成密封;
抽气泵连接件O型圈206置于抽气泵连接件O型圈密封沟槽226中,紧固螺钉通过抽气泵连接件通孔208拧入抽气泵连接件固定螺纹孔224中,紧固螺钉拧紧时,压紧抽气泵连接件O型圈206,抽气泵连接件207与抽气支路端盖205形成密封;
所述细进气渗透片218、粗进气渗透片217安装在进气支路端盖214后侧,进气泵连接件212安装在进气支路端盖214前侧;
进气泵连接件212边缘开有进气泵连接件通孔211,中部设进气泵连接件进气口210,进气口内设螺纹,进气泵管路通过螺纹与进气泵连接件212紧密连接;
如图5,进气支路端盖214后表面中部向前贯穿开有进气支路端盖细进气孔232、进气支路端盖粗进气孔230,进气支路端盖细进气孔232前侧孔径小于后侧孔径,于气孔中部形成细进气渗透片密封O型圈放置平台233,进气支路端盖粗进气孔230前侧孔径小于后侧孔径,于气孔中部形成粗进气渗透片密封O型圈放置平台234;
进气支路端盖214后表面边缘水平向前贯穿开有进气支路端盖通孔228,进气支路端盖通孔228所形成的圆周内圈开有进气泵连接件固定螺纹孔229,进气泵连接件固定螺纹孔229所形成的圆周内圈开有进气泵连接件O型圈密封沟槽231,进气泵连接件O型圈密封沟槽231位于进气支路端盖细进气孔232、进气支路端盖粗进气孔230外圈,进气泵连接件固定螺纹孔229固定进气泵连接件212;
细进气渗透片密封O型圈216置于细进气渗透片密封O型圈放置平台233上,粗进气渗透片密封O型圈215置于粗进气渗透片密封O型圈放置平台234上,细进气渗透片218置于细进气渗透片密封O型圈216上,粗进气渗透片217置于粗进气渗透片密封O型圈215上,细进气孔道口O型圈220置于细进气孔道口O型圈密封沟槽108中,粗进气孔道口O型圈219置于粗进气孔道口O型圈密封沟槽107中,紧固螺钉通过进气支路端盖通孔228拧入进气支路端盖螺纹孔104中,紧固螺钉拧紧时,压紧O型圈,细进气渗透片218与细进气渗透片密封O型圈216、细进气孔道口O型圈220之间形成密封,粗进气渗透片217与粗进气渗透片密封O型圈215、粗进气孔道口O型圈219之间形成密封,使细进气渗透片218、粗进气渗透片217与进气支路端盖214、孔道腔体模块100形成密封;
进气泵连接件O型圈213置于进气泵连接件O型圈密封沟槽231中,紧固螺钉通过进气泵连接件通孔211拧入进气泵连接件固定螺纹孔229中,紧固螺钉拧紧时,压紧进气泵连接件O型圈213,进气泵连接件212与进气支路端盖214形成密封。
如图1和图6,样品管固定螺柱309为中空圆柱型,两端设有外螺纹,样品管固定螺帽307设有内螺纹并于一端设有样品管固定O型圈放置平台311,样品管固定O型圈308置于样品管固定O型圈放置平台311上,样品管306穿过样品管固定螺帽307放置于样品管固定螺柱309中,样品管固定螺帽307通过螺纹与样品管固定螺柱309连接,样品管固定螺帽307拧入样品管固定螺柱309下端,压紧样品管固定O型圈308对样品管306进行紧固与密封;
样品管固定螺柱309通过螺纹与样品管固定腔116连接,样品管密封O型圈310置于样品管密封O型圈放置平台114上,样品管固定螺柱309上端拧入样品管固定腔116,压紧样品管密封O型圈310使样品管固定螺柱309上端面与样品管密封O型圈放置平台114形成密封;
所述P0管固定螺柱302为中空圆柱型,两端设有外螺纹,P0管固定螺帽304设有内螺纹并于一端设有P0管固定O型圈放置平台312,P0管固定O型圈303置于P0管固定O型圈放置平台312上,P0管305穿过P0管固定螺帽304放置于P0管固定螺柱302中,P0管固定螺帽304通过螺纹与P0管固定螺柱302连接,P0管固定螺帽304拧入P0管固定螺柱302下端,压紧P0管固定O型圈303对P0管305进行紧固与密封;
P0管固定螺柱302通过螺纹与P0管固定腔119连接,P0管密封O型圈301置于P0管密封O型圈放置平台120上,P0管固定螺柱302上端拧入P0管固定腔119,压紧P0管密封O型圈301使P0管固定螺柱302上端面与P0管密封O型圈放置平台120形成密封。
如图4,细抽气孔道阀401、粗抽气孔道阀402、细进气孔道阀403、粗进气孔道阀404和试管腔进气阀405均为座装式电磁阀,通过O型圈与光洁表面密封;
所述细抽气孔道阀401下表面四个角开有细抽气孔道阀通孔406,细抽气孔道阀401下表面中部开有细抽气孔道阀出口407和细抽气孔道阀入口409,细抽气孔道阀入口409外圈设有细抽气孔道阀入口O型圈密封沟槽408,细抽气孔道阀出口407和细抽气孔道阀入口O型圈密封沟槽408外圈设有细抽气孔道阀出口O型圈密封沟槽410,细抽气孔道阀入口O型圈411和细抽气孔道阀出口O型圈412分别置于细抽气孔道阀入口O型圈密封沟槽408和细抽气孔道阀出口O型圈密封沟槽410中;
所述粗抽气孔道阀402下表面四个角开有粗抽气孔道阀通孔413,粗抽气孔道阀402下表面中部开有粗抽气孔道阀出口414和粗抽气孔道阀入口416,粗抽气孔道阀入口416外圈设有粗抽气孔道阀入口O型圈密封沟槽415,粗抽气孔道阀出口414和粗抽气孔道阀入口O型圈密封沟槽415外圈设有粗抽气孔道阀出口O型圈密封沟槽417,粗抽气孔道阀入口O型圈418和粗抽气孔道阀出口O型圈419分别置于粗抽气孔道阀入口O型圈密封沟槽415和粗抽气孔道阀出口O型圈密封沟槽417中;
所述细进气孔道阀403下表面四个角开有细进气孔道阀通孔420,细进气孔道阀403下表面中部开有细进气孔道阀出口423和细进气孔道阀入口422,细进气孔道阀入口422外圈设有细进气孔道阀入口O型圈密封沟槽421,细进气孔道阀出口423和细进气孔道阀入口O型圈密封沟槽421外圈设有细进气孔道阀出口O型圈密封沟槽424,细进气孔道阀入口O型圈425和细进气孔道阀出口O型圈426分别置于细进气孔道阀入口O型圈密封沟槽421和细进气孔道阀出口O型圈密封沟槽424中;
所述粗进气孔道阀404下表面四个角开有粗进气孔道阀通孔427,粗进气孔道阀404下表面中部开有粗进气孔道阀出口430和粗进气孔道阀入口428,粗进气孔道阀入口428外圈设有粗进气孔道阀入口O型圈密封沟槽429,粗进气孔道阀出口430和粗进气孔道阀入口O型圈密封沟槽429外圈设有粗进气孔道阀出口O型圈密封沟槽431,粗进气孔道阀入口O型圈432和粗进气孔道阀出口O型圈433分别置于粗进气孔道阀入口O型圈密封沟槽429和粗进气孔道阀出口O型圈密封沟槽431中;
所述试管腔进气阀405下表面四个角开有试管腔进气阀通孔434,试管腔进气阀405下表面中部开有试管腔进气阀出口437和试管腔进气阀入口436,试管腔进气阀入口436外圈设有试管腔进气阀入口O型圈密封沟槽435,试管腔进气阀出口437和试管腔进气阀入口O型圈密封沟槽435外圈设有试管腔进气阀出口O型圈密封沟槽438,试管腔进气阀入口O型圈439和试管腔进气阀出口O型圈440分别置于试管腔进气阀入口O型圈密封沟槽435和试管腔进气阀出口O型圈密封沟槽438中。
如图1、图2和图4,细抽气孔道阀入口409与中间腔细抽气孔道口135对准,细抽气孔道阀出口407与细抽气孔道阀放气孔道口136对准,紧固螺钉通过细抽气孔道阀通孔406拧入细抽气孔道阀固定螺纹孔151,紧固螺钉拧紧后,压紧细抽气孔道阀入口O型圈411和细抽气孔道阀出口O型圈412,使细抽气孔道阀401与孔道腔体模块100形成密封;
所述粗抽气孔道阀入口416与中间腔粗抽气孔道口133对准,粗抽气孔道阀出口414与粗抽气孔道阀放气孔道口134对准,紧固螺钉通过粗抽气孔道阀通孔413拧入粗抽气孔道阀固定螺纹孔149,紧固螺钉拧紧后,压紧粗抽气孔道阀入口O型圈418和粗抽气孔道阀出口O型圈419,使粗抽气孔道阀402与孔道腔体模块100形成密封;
所述细进气孔道阀入口422与细进气孔道阀进气孔道口132对准,细进气孔道阀出口423与中间腔细进气孔道口131对准,紧固螺钉通过细进气孔道阀通孔420拧入细进气孔道阀固定螺纹孔148,紧固螺钉拧紧后,压紧细进气孔道阀入口O型圈425和细进气孔道阀出口O型圈426,使细进气孔道阀403与孔道腔体模块100形成密封;
所述粗进气孔道阀入口428与粗进气孔道阀进气孔道口130对准,粗进气孔道阀出口430与中间腔粗进气孔道口129对准,紧固螺钉通过粗进气孔道阀通孔427拧入粗进气孔道阀固定螺纹孔147,紧固螺钉拧紧后,压紧粗进气孔道阀入口O型圈432和粗进气孔道阀出口O型圈433,使粗进气孔道阀404与孔道腔体模块100形成密封;
所述试管腔进气阀入口436与试管腔进气阀进气孔道出口150对准,试管腔进气阀出口437与样品管固定腔进气孔道入口153对准,紧固螺钉通过试管腔进气阀通孔434拧入试管腔进气阀固定螺纹孔152,紧固螺钉拧紧后,压紧试管腔进气阀入口O型圈439和试管腔进气阀出口O型圈440,使试管腔进气阀405与孔道腔体模块100形成密封。
如图1,压力传感器505为圆柱型,表面设有压力传感器密封O型圈506,压力传感器放置腔工艺孔156开有压力传感器放置腔盲端倒角158,压力传感器放置腔盲板503中心开有压力传感器放置腔盲板中心通孔504,边缘开有压力传感器放置腔盲板固定通孔502,压力传感器505通过压力传感器放置腔盲端倒角158压入压力传感器放置腔123中,压力传感器密封O型圈506被压力传感器放置腔123腔体表面压紧,使压力传感器505与压力传感器放置腔123腔体表面形成密封,压力传感器放置腔盲板O型圈501置于压力传感器放置腔盲端倒角158上,紧固螺钉通过压力传感器放置腔盲板固定通孔502拧入压力传感器放置腔盲板螺纹孔157,紧固螺钉拧紧后,压紧压力传感器放置腔盲板O型圈501对压力传感器505进行紧固,压力传感器505外端面设置压力传感器集线接口,压力传感器集线接口从压力传感器放置腔盲板中心通孔504穿出。
中间腔端板140边缘开有中间腔端板通孔142,中间腔端板通孔142内圈开有中间腔端板O型圈密封沟槽141,中间腔端板O型圈143置于中间腔端板O型圈密封沟槽141中,紧固螺钉通过中间腔端板通孔142拧入中间腔端板螺纹孔144中,紧固螺钉拧紧时,压紧中间腔端板O型圈143,使中间腔端板140对中间腔工艺孔145进行密封。
实际设计中,孔道腔体模块100的材质为铝,粗抽气渗透片201、细抽气渗透片202、粗进气渗透片217、细进气渗透片218的材质为渗透率数量级为10-16m2~10-15m2的木质纤维,通过设计粗进气渗透片的厚度小于细进气渗透片的厚度,保证粗进气渗透片的渗透率大于细进气渗透片的渗透率,通过设计粗抽气渗透片的厚度小于细抽气渗透片的厚度,保证粗抽气渗透片的渗透率大于细抽气渗透片的渗透率。
应用该集成装置的测试方法,包括步骤如下:
S1、标定P0:
S11、安装P0管:
将P0管305放置于P0管固定螺柱302中,从P0管固定螺柱302下端拧入P0管固定螺帽304,将P0管固定螺柱302拧入P0管固定腔119;
S12、P0管抽真空:
将抽气泵管路通过抽气泵连接件出气口209的螺纹与抽气泵连接件207连接,启动抽气泵,打开细抽气孔道阀401、粗抽气孔道阀402,其余阀均关闭,P0管内的气体通过P0管中间腔连通孔道121进入中间腔111,中间腔111内一部分气体依次通过中间腔细抽气孔道138、中间腔细抽气孔道口135、细抽气孔道阀入口409、细抽气孔道阀出口407、细抽气孔道阀放气孔道口136、细抽气孔道阀放气孔道139、细抽气孔道口102、细抽气渗透片202、抽气支路端盖细抽气孔225、抽气泵连接件出气口209被抽气泵抽出,另一部分气体依次通过中间腔粗抽气孔道124、中间腔粗抽气孔道口133、粗抽气孔道阀入口416、粗抽气孔道阀出口414、粗抽气孔道阀放气孔道口134、粗抽气孔道阀放气孔道137、粗抽气孔道口103、粗抽气渗透片201、抽气支路端盖粗抽气孔227、抽气泵连接件出气口209被抽气泵抽出,待装置内压强小于10Pa时停止抽真空;
S13、P0管进氮气:
将进气泵管路通过进气泵连接件进气口210的螺纹与进气泵连接件212连接,启动进气泵,打开细进气孔道阀403、粗进气孔道阀404,其余阀均关闭,向装置充入氮气,气体从进气泵连接件进气口210进入,一部分气体依次通过进气支路端盖细进气孔232、细进气渗透片218、细进气孔道口105、细进气孔道阀进气孔道125、细进气孔道阀进气孔道口132、细进气孔道阀入口422、细进气孔道阀出口423、中间腔细进气孔道口131、中间腔细进气孔道126进入中间腔111,另一部分气体依次通过进气支路端盖粗进气孔230、粗进气渗透片217、粗进气孔道口106、粗进气孔道阀进气孔道127、粗进气孔道阀进气孔道口130、粗进气孔道阀入口428、粗进气孔道阀出口430、中间腔粗进气孔道口129、中间腔粗进气孔道128进入中间腔111,中间腔111内的气体通过P0管中间腔连通孔道121进入P0管305,待装置内压强大于110kPa时停止进气;
S14、测量P0:
将P0管305浸入液氮杯中,向P0管继续充入氮气使装置内压强大于120kPa后停止进气,打开试管腔进气阀使装置与大气连通,待装置内压强稳定时记录此时压强为P0;
S2、测量样品吸附曲线:
S21、安装样品管:
将待测样品放入样品管中,将样品管放置于样品管固定螺柱中,从样品管固定螺柱下端拧入样品管固定螺帽,将样品管固定螺柱拧入样品管固定腔;
S22、粗抽气:
启动抽气泵,打开细抽气孔道阀401、粗抽气孔道阀402、试管腔进气阀405,其余阀均关闭,样品管固定腔116内气体依次通过样品管固定腔进气孔道出口113、样品管固定腔进气孔道117、样品管固定腔进气孔道入口153、试管腔进气阀出口437、试管腔进气阀入口436、试管腔进气阀进气孔道出口150、试管腔进气阀进气孔道118、试管腔进气阀进气孔道入口112进入中间腔111,中间腔111内一部分气体依次通过中间腔细抽气孔道138、中间腔细抽气孔道口135、细抽气孔道阀入口409、细抽气孔道阀出口407、细抽气孔道阀放气孔道口136、细抽气孔道阀放气孔道139、细抽气孔道口102、细抽气渗透片202、抽气支路端盖细抽气孔225、抽气泵连接件出气口209被抽气泵抽出,另一部分气体依次通过中间腔粗抽气孔道124、中间腔粗抽气孔道口133、粗抽气孔道阀入口416、粗抽气孔道阀出口414、粗抽气孔道阀放气孔道口134、粗抽气孔道阀放气孔道137、粗抽气孔道口103、粗抽气渗透片201、抽气支路端盖粗抽气孔227、抽气泵连接件出气口209被抽气泵抽出;
S23、细抽气:
抽气一段时间后,当中间腔111内压强接近预设值时,关闭细抽气孔道阀401,只打开粗抽气孔道阀402,减小抽气速率,中间腔111内气体依次通过中间腔粗抽气孔道124、中间腔粗抽气孔道口133、粗抽气孔道阀入口416、粗抽气孔道阀出口414、粗抽气孔道阀放气孔道口134、粗抽气孔道阀放气孔道137、粗抽气孔道口103、粗抽气渗透片201、抽气支路端盖粗抽气孔227、抽气泵连接件出气口209被抽气泵抽出;
S24、缓慢抽气:
当中间腔内压强达到预设值的95%时,关闭粗抽气孔道阀402,只打开细抽气孔道阀401,继续减小抽气速率,使抽气缓慢进行,中间腔111内气体依次通过中间腔细抽气孔道138、中间腔细抽气孔道口135、细抽气孔道阀入口409、细抽气孔道阀出口407、细抽气孔道阀放气孔道口136、细抽气孔道阀放气孔道139、细抽气孔道口102、细抽气渗透片202、抽气支路端盖细抽气孔225、抽气泵连接件出气口209被抽气泵抽出,当中间腔111内压强达到预设压强阈值后,关闭细抽气孔道阀401,抽气结束;
S25、粗进气:
将进气泵管路通过进气泵连接件进气口210的螺纹与进气泵连接件212连接,启动进气泵,打开细进气孔道阀403、粗进气孔道阀404,其余阀均关闭,气体从进气泵连接件进气口210进入,一部分气体依次通过进气支路端盖细进气孔232、细进气渗透片218、细进气孔道口105、细进气孔道阀进气孔道125、细进气孔道阀进气孔道口132、细进气孔道阀入口422、细进气孔道阀出口423、中间腔细进气孔道口131、中间腔细进气孔道126进入中间腔111,另一部分气体依次通过进气支路端盖粗进气孔230、粗进气渗透片217、粗进气孔道口106、粗进气孔道阀进气孔道127、粗进气孔道阀进气孔道口130、粗进气孔道阀入口428、粗进气孔道阀出口430、中间腔粗进气孔道口129、中间腔粗进气孔道128进入中间腔111;
S26、细进气:
进气一段时间后,当中间腔内压强达到预设值的75%时,关闭细进气孔道阀403,只打开粗进气孔道阀404,减小进气速率,气体从进气泵连接件进气口210进入,依次通过进气支路端盖粗进气孔230、粗进气渗透片217、粗进气孔道口106、粗进气孔道阀进气孔道127、粗进气孔道阀进气孔道口130、粗进气孔道阀入口428、粗进气孔道阀出口430、中间腔粗进气孔道口129、中间腔粗进气孔道128进入中间腔111;
S27、缓慢进气:
当中间腔内压强达到预设值的97%时,关闭粗进气孔道阀404,只打开细进气孔道阀403,继续减小进气速率,使进气缓慢进行,气体从进气泵连接件进气口210进入,依次通过进气支路端盖细进气孔232、细进气渗透片218、细进气孔道口105、细进气孔道阀进气孔道125、细进气孔道阀进气孔道口132、细进气孔道阀入口422、细进气孔道阀出口423、中间腔细进气孔道口131、中间腔细进气孔道126进入中间腔111,当中间腔111内压强达到预设压强阈值后,关闭细进气孔道阀403,进气结束;
S28、测量平衡压强:
打开试管腔进气阀,中间腔内气体依次通过试管腔进气阀进气孔道入口、试管腔进气阀进气孔道、试管腔进气阀进气孔道出口、试管腔进气阀入口、试管腔进气阀出口、样品管固定腔进气孔道入口、样品管固定腔进气孔道、样品管固定腔进气孔道出口进入样品管固定腔,待装置内压强稳定时,记录此时压强;
S29、计算吸附量:
利用理想气体状态方程对所记录压强进行处理,计算出吸附量。
S210、绘制吸附曲线:
重复S25、S26、S27、S28、S29,计算不同进气终止压强下的样品吸附量,绘制出吸附曲线。
下面结合具体试验过程予以说明。
实施例1
标定P0
将P0管放置于P0管固定螺柱中,从P0管固定螺柱下端拧入P0管固定螺帽,将P0管固定螺柱拧入P0管固定腔;
将抽气泵管路通过抽气泵连接件出气口的螺纹与抽气泵连接件连接,启动抽气泵,打开细抽气孔道阀、粗抽气孔道阀,其余阀均关闭,待装置内压强小于10 Pa时停止抽真空;
将进气泵管路通过进气泵连接件进气口的螺纹与进气泵连接件连接,启动进气泵,打开细进气孔道阀、粗进气孔道阀,其余阀均关闭,向装置充入氮气,待装置内压强大于110 kPa时停止进气;
将P0管浸入液氮杯中,向P0管继续充入氮气使装置内压强大于120 kPa后停止进气,打开试管腔进气阀使装置与大气连通,待装置内压强稳定时记录此时压强为P0;
测量样品吸附曲线
(1)安装样品管
标定P0后将待测样品放入样品管中,将样品管放置于样品管固定螺柱中,从样品管固定螺柱下端拧入样品管固定螺帽,将样品管固定螺柱拧入样品管固定腔。
(2) 样品抽真空
在20 ℃时,将体积V为2 mL的中间腔内空气抽出至腔内绝对压强为2 kPa。
使用真空油泵抽出中间腔内空气,使抽气泵连接件出气口处绝对压强接近绝对压强0 Pa,选用水煮处理的纵向竹材作为粗抽气渗透片和细抽气渗透片材料,其渗透率k均为2.15×10-15 m2,粗抽气渗透片厚度L1为0.3 mm,细抽气渗透片厚度L2为0.5 mm,中间腔粗抽气孔道和中间腔细抽气孔道的孔直径d均为3 mm,20 ℃时空气动力粘度μ为1.79×10-5Pa·s,粗抽气过程中间腔压强从100 kPa变化到10 kPa,细抽气过程中间腔压强从10 kPa变化到5 kPa,缓慢抽气过程中间腔压强从5 kPa变化到2 kPa,随后抽气结束。
粗抽气过程中,抽出的空气体积Vc1:
其中,R为气体常数,ΔP11为粗抽气过程中间腔压强变化值,T为绝对温度;
通过粗抽气渗透片抽出的空气体积Vcc1:
粗抽气过程中最大压差ΔPcmax1为中间腔初始压强减腔体外部压强:
粗抽气过程最短时间tcmin1:
其中,A为中间腔腔体横截面面积;
粗抽气过程最小压差ΔPcmin1为粗抽气过程结束时中间腔压强减腔体外部压强:
粗抽气过程最长时间tcmax1:
细抽气过程中,抽出的空气体积Vc2:
其中, ΔP12为细抽气过程中间腔压强变化值;
细抽气过程中最大压差ΔPcmax2为细抽气过程未开始时中间腔压强减腔体外部压强:
细抽气最短时间tcmin2:
细抽气过程最小压差ΔPcmin2为细抽气过程结束时中间腔压强减腔体外部压强:
细抽气过程最长时间tcmax2:
缓慢抽气过程中,抽出的空气体积Vc3:
其中,ΔP13为缓慢抽气过程中间腔压强变化值;
缓慢抽气过程中最大压差ΔPcmax3为缓慢抽气过程未开始时中间腔压强减腔体外部压强:
缓慢抽气最短时间tcmin3:
缓慢抽气过程最小压差ΔPcmin3为缓慢抽气过程结束时中间腔压强减腔体外部压强:
缓慢抽气过程最长时间tcmax3:
整个抽气过程最短时间tcminz为:
整个抽气过程最长时间tcmaxz为:
可得实际抽气过程用时t:
(3) 向中间腔充入氮气,测量吸附量
使用40 L氮气瓶,进气泵连接件进气口处绝对压强可认为恒为120 kPa,选用水煮处理的横向竹材为粗进气渗透片材料,其渗透率k1均为7.13×10-16 m2,选用未经处理的纵向竹材为细进气渗透片材料,其渗透率k2均为6.62×10-16 m2,粗进气渗透片和细进气渗透片厚度L均为1 mm,粗进气孔道和细进气孔道的孔直径d均为3 mm,20 ℃时氮气动力粘度μ2为1.59×10-5 Pa·s,粗进气过程中间腔压强从2 kPa变化到60 kPa,细进气过程中间腔压强从60 kPa变化到78 kPa,缓慢进气过程中间腔压强从78 kPa变化到80 kPa,随后进气结束。
粗进气过程中,进入的氮气体积Vj1:
其中,ΔP21为粗进气过程中间腔压强变化值;
通过粗进气渗透片进入的氮气体积Vcj1:
粗进气过程中最大压差ΔPjmax1为中间腔外压减粗进气过程未开始时中间腔初始压强:
粗进气过程最短时间tjmin1:
粗进气过程最小压差ΔPjmin1为粗进气过程结束时中间腔腔体外部减中间腔压强:
粗进气过程最长时间tjmax1:
细进气过程中,进入的氮气体积Vj2:
其中,ΔP22为细进气过程中间腔压强变化值;
细进气过程中最大压差ΔPjmax2为中间腔外压减细进气过程未开始时中间腔初始压强:
细进气过程最短时间tjmin2:
细进气过程最小压差ΔPjmin2为细进气过程结束时中间腔腔体外部减中间腔压强:
细进气过程最长时间tjmax2:
缓慢进气过程中,进入的氮气体积Vj3:
其中,ΔP23为缓慢进气过程中间腔压强变化值;
缓慢进气过程中最大压差ΔPjmax3为中间腔外压减缓慢进气过程未开始时中间腔初始压强:
缓慢进气过程最短时间tjmin3:
缓慢进气过程最小压差ΔPjmin3为缓慢进气过程结束时中间腔腔体外部减中间腔压强:
缓慢进气过程最长时间tjmax3:
整个进气过程最短时间tjminz为:
整个进气过程最长时间tjmaxz为:
可得实际进气过程用时t:
待中间腔内压强平衡时,打开试管腔进气阀,使中间腔内气体进入样品管固定腔与样品吸附,待装置内压强稳定时,记录此时压强,利用理想气体状态方程对所记录压强进行处理,计算出吸附量,并在不同进气终止压力下重复向中间腔充入氮气,测量吸附量的操作,绘制出样品的吸附曲线。
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,本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种基于渗透法精确控制小腔体气体压强集成装置,其特征在于,包括气体测控与气路集成模块、气体渗透模块、座装电磁阀组模块和试管及试管安装模块,所述气体渗透模块安装在所述气体测控与气路集成模块前侧,所述座装电磁阀组模块安装在所述气体测控与气路集成模块后侧,所述试管及试管安装模块安装在所述气体测控与气路集成模块下侧;
所述气体测控与气路集成模块包括孔道腔体模块、压力传感器、压力传感器放置腔盲板和中间腔端板;
所述气体渗透模块包括抽气渗透模块和进气渗透模块,其中,所述抽气渗透模块包括细抽气渗透片、粗抽气渗透片、抽气支路端盖、抽气泵连接件、细抽气孔道口O型圈、粗抽气孔道口O型圈、细抽气渗透片密封O型圈、粗抽气渗透片密封O型圈和抽气泵连接件O型圈,所述进气渗透模块包括细进气渗透片、粗进气渗透片、进气支路端盖、进气泵连接件、细进气孔道口O型圈、粗进气孔道口O型圈、细进气渗透片密封O型圈、粗进气渗透片密封O型圈和进气泵连接件O型圈;
所述座装电磁阀组模块包括细抽气孔道阀、粗抽气孔道阀、细进气孔道阀、粗进气孔道阀和试管腔进气阀;
所述试管及试管安装模块包括样品管安装组件和P0管安装组件,其中,所述样品管安装组件包括样品管、样品管固定螺柱、样品管固定螺帽、样品管固定O型圈和样品管密封O型圈,所述P0管安装组件包括P0管、P0管固定螺柱、P0管固定螺帽、P0管固定O型圈和P0管密封O型圈;
所述孔道腔体模块为长方体,所述孔道腔体模块的其中一个侧面的表面中心开有中间腔工艺孔,所述中间腔工艺孔的外围开有中间腔端板螺纹孔,所述中间腔工艺孔水平向长方体内部开有中间腔,所述中间腔的长度为所述孔道腔体模块长度的60%~70%,中间腔端板通过所述中间腔端板螺纹孔安装在所述中间腔工艺孔表面;
所述孔道腔体模块开有中间腔工艺孔的侧面在中间腔工艺孔的右边下部开有温度传感器安装孔,温度传感器安装孔水平向长方体内部开有温度传感器安装腔;
所述孔道腔体模块与开有中间腔工艺孔侧面相对的另一个侧面表面中心开有压力传感器放置腔工艺孔,所述压力传感器放置腔工艺孔的外围开有压力传感器放置腔盲板螺纹孔,所述压力传感器放置腔工艺孔水平向长方体内部开有压力传感器放置腔,所述压力传感器放置腔的长度为所述孔道腔体模块长度的20%~30%,压力传感器放置腔向中间腔方向开有压力传感器中间腔连通孔道,所述压力传感器中间腔连通孔道连通至中间腔,压力传感器安装在所述压力传感器放置腔中,压力传感器放置腔盲板通过所述压力传感器放置腔盲板螺纹孔安装在所述压力传感器放置腔工艺孔表面;
所述孔道腔体模块下表面靠近开有所述压力传感器放置腔工艺孔的侧面处开有P0管固定腔入口,所述P0管固定腔入口垂直向上开有P0管固定腔,所述P0管固定腔的长度为所述孔道腔体模块高度的20%~25%,所述P0管固定腔的上部腔体孔径小于所述P0管固定腔的下部腔体孔径,所述P0管固定腔的腔体中部形成P0管密封O型圈放置平台,所述P0管固定腔垂直向上开有P0管中间腔连通孔道,所述P0管中间腔连通孔道连通至中间腔;
所述孔道腔体模块下表面靠近开有所述中间腔工艺孔的侧面处开有样品管固定腔入口,所述样品管固定腔入口垂直向上开有样品管固定腔,所述样品管固定腔的长度为所述孔道腔体模块高度的20%~25%,所述样品管固定腔上部腔体孔径小于所述样品管固定腔下部腔体孔径,所述样品管固定腔的腔体中部形成样品管密封O型圈放置平台,所述样品管固定腔上部腔体表面水平向后开有样品管固定腔进气孔道,在所述样品管固定腔内表面形成样品管固定腔进气孔道出口,在所述孔道腔体模块后表面形成样品管固定腔进气孔道入口;
所述孔道腔体模块后表面在所述样品管固定腔进气孔道入口上部开有试管腔进气阀进气孔道出口,所述试管腔进气阀进气孔道出口水平向前开有试管腔进气阀进气孔道,所述试管腔进气阀进气孔道连通至中间腔,所述试管腔进气阀进气孔道在中间腔内表面形成试管腔进气阀进气孔道入口;
所述孔道腔体模块后表面上侧自开有所述中间腔工艺孔的侧面到开有所述压力传感器放置腔工艺孔的侧面依次开有细抽气孔道阀放气孔道口、粗抽气孔道阀放气孔道口、细进气孔道阀进气孔道口和粗进气孔道阀进气孔道口,在细抽气孔道阀放气孔道口、粗抽气孔道阀放气孔道口、细进气孔道阀进气孔道口和粗进气孔道阀进气孔道口的下方依次对应开有中间腔细抽气孔道口、中间腔粗抽气孔道口、中间腔细进气孔道口和中间腔粗进气孔道口,细抽气孔道阀放气孔道口、粗抽气孔道阀放气孔道口、细进气孔道阀进气孔道口和粗进气孔道阀进气孔道口水平向前贯穿开有细抽气孔道阀放气孔道、粗抽气孔道阀放气孔道、细进气孔道阀进气孔道和粗进气孔道阀进气孔道,所述细抽气孔道阀放气孔道、粗抽气孔道阀放气孔道、细进气孔道阀进气孔道和粗进气孔道阀进气孔道在孔道腔体模块前表面依次形成细抽气孔道口、粗抽气孔道口、细进气孔道口和粗进气孔道口,所述细抽气孔道口、粗抽气孔道口、细进气孔道口和粗进气孔道口外圈分别开有细抽气孔道口O型圈密封沟槽、粗抽气孔道口O型圈密封沟槽、细进气孔道口O型圈密封沟槽和粗进气孔道口O型圈密封沟槽,所述中间腔细抽气孔道口、中间腔粗抽气孔道口、中间腔细进气孔道口和中间腔粗进气孔道口水平向前开有中间腔细抽气孔道、中间腔粗抽气孔道、中间腔细进气孔道和中间腔粗进气孔道,所述中间腔细抽气孔道、中间腔粗抽气孔道、中间腔细进气孔道和中间腔粗进气孔道贯通至中间腔;
所述孔道腔体模块后表面开有细抽气孔道阀固定螺纹孔、粗抽气孔道阀固定螺纹孔、细进气孔道阀固定螺纹孔、粗进气孔道阀固定螺纹孔及试管腔进气阀固定螺纹孔,座装阀组模块中各阀对应固定在各自的固定螺纹孔中,
所述孔道腔体模块前表面于细抽气孔道口O型圈密封沟槽和粗抽气孔道口O型圈密封沟槽圈外开有抽气支路端盖螺纹孔,所述孔道腔体模块前表面于细进气孔道口O型圈密封沟槽和粗进气孔道口O型圈密封沟槽圈外开有进气支路端盖螺纹孔,抽气支路端盖和进气支路端盖被分别固定在抽气支路端盖螺纹孔和进气支路端盖螺纹孔中。
2.根据权利要求1所述的基于渗透法精确控制小腔体气体压强集成装置,其特征在于,所述细抽气渗透片、粗抽气渗透片、抽气支路端盖、抽气泵连接件、细进气渗透片、粗进气渗透片、进气支路端盖和进气泵连接件均为圆盘状;
所述细抽气渗透片和粗抽气渗透片安装在抽气支路端盖后侧,所述抽气泵连接件安装在抽气支路端盖前侧;所述抽气泵连接件边缘开有抽气泵连接件通孔,所述抽气泵连接件中部设抽气泵连接件出气口,所述抽气泵连接件出气口内设螺纹,抽气泵管路通过所述螺纹与抽气泵连接件紧密连接;
所述抽气支路端盖后表面中部向前贯穿开有抽气支路端盖细抽气孔和抽气支路端盖粗抽气孔,所述抽气支路端盖细抽气孔前侧孔径小于后侧孔径,所述抽气支路端盖细抽气孔中部形成细抽气渗透片密封O型圈放置平台,所述抽气支路端盖粗抽气孔前侧孔径小于后侧孔径,所述抽气支路端盖粗抽气孔中部形成粗抽气渗透片密封O型圈放置平台;
所述抽气支路端盖后表面边缘水平向前贯穿开有抽气支路端盖通孔,所述抽气支路端盖通孔内圈开有抽气泵连接件固定螺纹孔和抽气泵连接件O型圈密封沟槽,所述抽气泵连接件O型圈密封沟槽位于抽气支路端盖细抽气孔和抽气支路端盖粗抽气孔的外圈,且所述抽气泵连接件O型圈密封沟槽位于抽气泵连接件固定螺纹孔内圈,所述抽气泵连接件固定螺纹孔固定抽气泵连接件;
所述细抽气渗透片密封O型圈置于所述细抽气渗透片密封O型圈放置平台上,粗抽气渗透片密封O型圈置于所述粗抽气渗透片密封O型圈放置平台上,细抽气渗透片置于所述细抽气渗透片密封O型圈上,粗抽气渗透片置于所述粗抽气渗透片密封O型圈上,细抽气孔道口O型圈置于所述细抽气孔道口O型圈密封沟槽中,粗抽气孔道口O型圈置于所述粗抽气孔道口O型圈密封沟槽中,紧固螺钉通过所述抽气支路端盖通孔拧入抽气支路端盖螺纹孔中,紧固螺钉拧紧时,压紧O型圈,所述细抽气渗透片与细抽气渗透片密封O型圈和细抽气孔道口O型圈之间形成密封,所述粗抽气渗透片与粗抽气渗透片密封O型圈和粗抽气孔道口O型圈之间形成密封,使细抽气渗透片和粗抽气渗透片与抽气支路端盖和孔道腔体模块形成密封;
所述抽气泵连接件O型圈置于抽气泵连接件O型圈密封沟槽中,紧固螺钉通过所述抽气泵连接件通孔拧入抽气泵连接件固定螺纹孔中,紧固螺钉拧紧时,压紧抽气泵连接件O型圈,抽气泵连接件与抽气支路端盖形成密封;
所述细进气渗透片和粗进气渗透片安装在进气支路端盖后侧,进气泵连接件安装在进气支路端盖前侧;
所述进气泵连接件边缘开有进气泵连接件通孔,所述进气泵连接件中部设进气泵连接件进气口,所述进气泵连接件进气口内设螺纹,进气泵管路通过所述螺纹与进气泵连接件紧密连接;
所述进气支路端盖后表面中部向前贯穿开有进气支路端盖细进气孔和进气支路端盖粗进气孔,所述进气支路端盖细进气孔前侧孔径小于后侧孔径,于进气支路端盖细进气孔中部形成细进气渗透片密封O型圈放置平台,所述进气支路端盖粗进气孔前侧孔径小于后侧孔径,于进气支路端盖粗进气孔中部形成粗进气渗透片密封O型圈放置平台;
所述进气支路端盖后表面边缘水平向前贯穿开有进气支路端盖通孔,所述进气支路端盖通孔所形成的圆周内圈开有进气泵连接件固定螺纹孔,所述进气泵连接件固定螺纹孔所形成的圆周内圈开有进气泵连接件O型圈密封沟槽,所述进气泵连接件O型圈密封沟槽位于进气支路端盖细进气孔和进气支路端盖粗进气孔外圈,所述进气泵连接件固定螺纹孔固定所述进气泵连接件;
所述细进气渗透片密封O型圈置于细进气渗透片密封O型圈放置平台上,粗进气渗透片密封O型圈置于粗进气渗透片密封O型圈放置平台上,细进气渗透片置于细进气渗透片密封O型圈上,粗进气渗透片置于粗进气渗透片密封O型圈上,细进气孔道口O型圈置于细进气孔道口O型圈密封沟槽中,粗进气孔道口O型圈置于粗进气孔道口O型圈密封沟槽中,紧固螺钉通过进气支路端盖通孔拧入进气支路端盖螺纹孔中,紧固螺钉拧紧时,压紧O型圈,细进气渗透片与细进气渗透片密封O型圈和细进气孔道口O型圈之间形成密封,粗进气渗透片与粗进气渗透片密封O型圈和粗进气孔道口O型圈之间形成密封,使细进气渗透片、粗进气渗透片与进气支路端盖、孔道腔体模块形成密封;
所述进气泵连接件O型圈置于进气泵连接件O型圈密封沟槽中,紧固螺钉通过进气泵连接件通孔拧入进气泵连接件固定螺纹孔中,紧固螺钉拧紧时,压紧进气泵连接件O型圈,进气泵连接件与进气支路端盖形成密封。
3.根据权利要求1所述的基于渗透法精确控制小腔体气体压强集成装置,其特征在于,所述样品管固定螺柱为中空圆柱型,所述样品管固定螺柱的两端设有外螺纹,样品管固定螺帽设有内螺纹并于一端设有样品管固定O型圈放置平台,样品管固定O型圈置于所述样品管固定O型圈放置平台上,样品管穿过样品管固定螺帽放置于所述样品管固定螺柱中,所述样品管固定螺帽通过螺纹与所述样品管固定螺柱连接,所述样品管固定螺帽拧入所述样品管固定螺柱下端,压紧样品管固定O型圈对所述样品管进行紧固与密封;
所述样品管固定螺柱通过螺纹与样品管固定腔连接,样品管密封O型圈置于样品管密封O型圈放置平台上,所述样品管固定螺柱上端拧入所述样品管固定腔,压紧所述样品管密封O型圈使所述样品管固定螺柱上端面与所述样品管密封O型圈放置平台形成密封;
所述P0管固定螺柱为中空圆柱型,所述P0管固定螺柱两端设有外螺纹,P0管固定螺帽设有内螺纹并于一端设有P0管固定O型圈放置平台,P0管固定O型圈置于所述P0管固定O型圈放置平台上,P0管穿过所述P0管固定螺帽放置于所述P0管固定螺柱中,所述P0管固定螺帽通过螺纹与所述P0管固定螺柱连接,所述P0管固定螺帽拧入所述P0管固定螺柱下端,压紧P0管固定O型圈对所述P0管进行紧固与密封;
所述P0管固定螺柱通过螺纹与P0管固定腔连接,P0管密封O型圈置于P0管密封O型圈放置平台上,所述P0管固定螺柱上端拧入所述P0管固定腔,压紧所述P0管密封O型圈使所述P0管固定螺柱上端面与所述P0管密封O型圈放置平台形成密封。
4.根据权利要求1所述的基于渗透法精确控制小腔体气体压强集成装置,其特征在于,所述细抽气孔道阀、粗抽气孔道阀、细进气孔道阀、粗进气孔道阀和试管腔进气阀均为座装式电磁阀,所述细抽气孔道阀、粗抽气孔道阀、细进气孔道阀、粗进气孔道阀和试管腔进气阀均通过O型圈与光洁表面密封;
所述细抽气孔道阀下表面四个角开有细抽气孔道阀通孔,所述细抽气孔道阀下表面中部开有细抽气孔道阀出口和细抽气孔道阀入口,所述细抽气孔道阀入口外圈设有细抽气孔道阀入口O型圈密封沟槽,所述细抽气孔道阀出口和所述细抽气孔道阀入口O型圈密封沟槽外圈设有细抽气孔道阀出口O型圈密封沟槽,细抽气孔道阀入口O型圈和细抽气孔道阀出口O型圈分别置于所述细抽气孔道阀入口O型圈密封沟槽和所述细抽气孔道阀出口O型圈密封沟槽中;
所述粗抽气孔道阀下表面四个角开有粗抽气孔道阀通孔,所述粗抽气孔道阀下表面中部开有粗抽气孔道阀出口和粗抽气孔道阀入口,粗所述抽气孔道阀入口外圈设有粗抽气孔道阀入口O型圈密封沟槽,所述粗抽气孔道阀出口和所述粗抽气孔道阀入口O型圈密封沟槽外圈设有粗抽气孔道阀出口O型圈密封沟槽,粗抽气孔道阀入口O型圈和粗抽气孔道阀出口O型圈分别置于所述粗抽气孔道阀入口O型圈密封沟槽和所述粗抽气孔道阀出口O型圈密封沟槽中;
所述细进气孔道阀下表面四个角开有细进气孔道阀通孔,所述细进气孔道阀下表面中部开有细进气孔道阀出口和细进气孔道阀入口,所述细进气孔道阀入口外圈设有细进气孔道阀入口O型圈密封沟槽,所述细进气孔道阀出口和所述细进气孔道阀入口O型圈密封沟槽外圈设有细进气孔道阀出口O型圈密封沟槽,细进气孔道阀入口O型圈和细进气孔道阀出口O型圈分别置于所述细进气孔道阀入口O型圈密封沟槽和所述细进气孔道阀出口O型圈密封沟槽中;
所述粗进气孔道阀下表面四个角开有粗进气孔道阀通孔,所述粗进气孔道阀下表面中部开有粗进气孔道阀出口和粗进气孔道阀入口,所述粗进气孔道阀入口外圈设有粗进气孔道阀入口O型圈密封沟槽,所述粗进气孔道阀出口和所述粗进气孔道阀入口O型圈密封沟槽外圈设有粗进气孔道阀出口O型圈密封沟槽,粗进气孔道阀入口O型圈和粗进气孔道阀出口O型圈分别置于所述粗进气孔道阀入口O型圈密封沟槽和所述粗进气孔道阀出口O型圈密封沟槽中;
所述试管腔进气阀下表面四个角开有试管腔进气阀通孔,所述试管腔进气阀下表面中部开有试管腔进气阀出口和试管腔进气阀入口,所述试管腔进气阀入口外圈设有试管腔进气阀入口O型圈密封沟槽,所述试管腔进气阀出口和所述试管腔进气阀入口O型圈密封沟槽外圈设有试管腔进气阀出口O型圈密封沟槽,试管腔进气阀入口O型圈和试管腔进气阀出口O型圈分别置于所述试管腔进气阀入口O型圈密封沟槽和所述试管腔进气阀出口O型圈密封沟槽中。
5.根据权利要求4所述的基于渗透法精确控制小腔体气体压强集成装置,其特征在于,所述细抽气孔道阀入口与中间腔细抽气孔道口对准,所述细抽气孔道阀出口与细抽气孔道阀放气孔道口对准,紧固螺钉通过所述细抽气孔道阀通孔拧入细抽气孔道阀固定螺纹孔,紧固螺钉拧紧后,压紧细抽气孔道阀入口O型圈和细抽气孔道阀出口O型圈,使细抽气孔道阀与孔道腔体模块形成密封;
所述粗抽气孔道阀入口与中间腔粗抽气孔道口对准,所述粗抽气孔道阀出口与粗抽气孔道阀放气孔道口对准,紧固螺钉通过所述粗抽气孔道阀通孔拧入粗抽气孔道阀固定螺纹孔,紧固螺钉拧紧后,压紧粗抽气孔道阀入口O型圈和粗抽气孔道阀出口O型圈,使粗抽气孔道阀与孔道腔体模块形成密封;
所述细进气孔道阀入口与细进气孔道阀进气孔道口对准,所述细进气孔道阀出口与中间腔细进气孔道口对准,紧固螺钉通过所述细进气孔道阀通孔拧入细进气孔道阀固定螺纹孔,紧固螺钉拧紧后,压紧细进气孔道阀入口O型圈和细进气孔道阀出口O型圈,使细进气孔道阀与孔道腔体模块形成密封;
所述粗进气孔道阀入口与粗进气孔道阀进气孔道口对准,所述粗进气孔道阀出口与中间腔粗进气孔道口对准,紧固螺钉通过所述粗进气孔道阀通孔拧入粗进气孔道阀固定螺纹孔,紧固螺钉拧紧后,压紧粗进气孔道阀入口O型圈和粗进气孔道阀出口O型圈,使粗进气孔道阀与孔道腔体模块形成密封;
所述试管腔进气阀入口与试管腔进气阀进气孔道出口对准,所述试管腔进气阀出口与样品管固定腔进气孔道入口对准,紧固螺钉通过所述试管腔进气阀通孔拧入试管腔进气阀固定螺纹孔,紧固螺钉拧紧后,压紧试管腔进气阀入口O型圈和试管腔进气阀出口O型圈,使试管腔进气阀与孔道腔体模块形成密封。
6.根据权利要求1所述的基于渗透法精确控制小腔体气体压强集成装置,其特征在于,所述压力传感器为圆柱型,所述压力传感器表面设有压力传感器密封O型圈,压力传感器放置腔工艺孔开有压力传感器放置腔盲端倒角,压力传感器放置腔盲板中心开有压力传感器放置腔盲板中心通孔,所述压力传感器放置腔盲板边缘开有压力传感器放置腔盲板固定通孔,压力传感器通过所述压力传感器放置腔盲端倒角压入压力传感器放置腔中,压力传感器密封O型圈被压力传感器放置腔腔体表面压紧,使压力传感器与压力传感器放置腔腔体表面形成密封,压力传感器放置腔盲板O型圈置于所述压力传感器放置腔盲端倒角上,紧固螺钉通过所述压力传感器放置腔盲板固定通孔拧入压力传感器放置腔盲板螺纹孔,紧固螺钉拧紧后,压紧压力传感器放置腔盲板O型圈对压力传感器进行紧固,压力传感器外端面设置压力传感器集线接口,所述压力传感器集线接口从压力传感器放置腔盲板中心通孔穿出。
7.根据权利要求1所述的基于渗透法精确控制小腔体气体压强集成装置,其特征在于,所述中间腔端板边缘开有中间腔端板通孔,所述中间腔端板通孔内圈开有中间腔端板O型圈密封沟槽,中间腔端板O型圈置于所述中间腔端板O型圈密封沟槽中,紧固螺钉通过所述中间腔端板通孔拧入中间腔端板螺纹孔中,紧固螺钉拧紧时,压紧中间腔端板O型圈,使中间腔端板对中间腔工艺孔进行密封。
8.根据权利要求1所述的基于渗透法精确控制小腔体气体压强集成装置,其特征在于,所述孔道腔体模块的材质为铝,粗抽气渗透片、细抽气渗透片、粗进气渗透片和细进气渗透片的材质均为渗透率数量级为10-16m2~10-15m2的木质纤维,所述粗进气渗透片的渗透率大于所述细进气渗透片的渗透率,所述粗抽气渗透片的渗透率大于所述细抽气渗透片的渗透率。
9.应用权利要求1所述的基于渗透法精确控制小腔体气体压强集成装置的测试方法,其特征在于,包括步骤如下:
S1、标定P0:
S11、安装P0管:
将P0管放置于P0管固定螺柱中,从P0管固定螺柱下端拧入P0管固定螺帽,将P0管固定螺柱拧入P0管固定腔;
S12、P0管抽真空:
将抽气泵管路通过抽气泵连接件出气口的螺纹与抽气泵连接件连接,启动抽气泵,打开细抽气孔道阀、粗抽气孔道阀,其余阀均关闭,P0管内的气体通过P0管中间腔连通孔道进入中间腔,中间腔内一部分气体依次通过中间腔细抽气孔道、中间腔细抽气孔道口、细抽气孔道阀入口、细抽气孔道阀出口、细抽气孔道阀放气孔道口、细抽气孔道阀放气孔道、细抽气孔道口、细抽气渗透片、抽气支路端盖细抽气孔、抽气泵连接件出气口被抽气泵抽出,另一部分气体依次通过中间腔粗抽气孔道、中间腔粗抽气孔道口、粗抽气孔道阀入口、粗抽气孔道阀出口、粗抽气孔道阀放气孔道口、粗抽气孔道阀放气孔道、粗抽气孔道口、粗抽气渗透片、抽气支路端盖粗抽气孔、抽气泵连接件出气口被抽气泵抽出,待装置内压强小于10Pa时停止抽真空;
S13、P0管进氮气:
将进气泵管路通过进气泵连接件进气口的螺纹与进气泵连接件连接,启动进气泵,打开细进气孔道阀、粗进气孔道阀,其余阀均关闭,向装置充入氮气,气体从进气泵连接件进气口进入,一部分气体依次通过进气支路端盖细进气孔、细进气渗透片、细进气孔道口、细进气孔道阀进气孔道、细进气孔道阀进气孔道口、细进气孔道阀入口、细进气孔道阀出口、中间腔细进气孔道口、中间腔细进气孔道进入中间腔,另一部分气体依次通过进气支路端盖粗进气孔、粗进气渗透片、粗进气孔道口、粗进气孔道阀进气孔道、粗进气孔道阀进气孔道口、粗进气孔道阀入口、粗进气孔道阀出口、中间腔粗进气孔道口、中间腔粗进气孔道进入中间腔,中间腔内的气体通过P0管中间腔连通孔道进入P0管,待装置内压强大于110kPa时停止进气;
S14、测量P0:
将P0管浸入液氮杯中,向P0管继续充入氮气使装置内压强大于120kPa后停止进气,打开试管腔进气阀使装置与大气连通,待装置内压强稳定时记录此时压强为P0;
S2、测量样品吸附曲线:
S21、安装样品管:
将待测样品放入样品管中,将样品管放置于样品管固定螺柱中,从样品管固定螺柱下端拧入样品管固定螺帽,将样品管固定螺柱拧入样品管固定腔;
S22、粗抽气:
启动抽气泵,打开细抽气孔道阀、粗抽气孔道阀、试管腔进气阀,其余阀均关闭,样品管固定腔内气体依次通过样品管固定腔进气孔道出口、样品管固定腔进气孔道、样品管固定腔进气孔道入口、试管腔进气阀出口、试管腔进气阀入口、试管腔进气阀进气孔道出口、试管腔进气阀进气孔道、试管腔进气阀进气孔道入口进入中间腔,中间腔内一部分气体依次通过中间腔细抽气孔道、中间腔细抽气孔道口、细抽气孔道阀入口、细抽气孔道阀出口、细抽气孔道阀放气孔道口、细抽气孔道阀放气孔道、细抽气孔道口、细抽气渗透片、抽气支路端盖细抽气孔、抽气泵连接件出气口被抽气泵抽出,另一部分气体依次通过中间腔粗抽气孔道、中间腔粗抽气孔道口、粗抽气孔道阀入口、粗抽气孔道阀出口、粗抽气孔道阀放气孔道口、粗抽气孔道阀放气孔道、粗抽气孔道口、粗抽气渗透片、抽气支路端盖粗抽气孔、抽气泵连接件出气口被抽气泵抽出;
S23、细抽气:
抽气一段时间后,当中间腔内压强到达预设值的90%时,关闭细抽气孔道阀,只打开粗抽气孔道阀,减小抽气速率,中间腔内气体依次通过中间腔粗抽气孔道、中间腔粗抽气孔道口、粗抽气孔道阀入口、粗抽气孔道阀出口、粗抽气孔道阀放气孔道口、粗抽气孔道阀放气孔道、粗抽气孔道口、粗抽气渗透片、抽气支路端盖粗抽气孔、抽气泵连接件出气口被抽气泵抽出;
S24、缓慢抽气:
当中间腔内压强达到预设值的95%时,关闭粗抽气孔道阀,只打开细抽气孔道阀,继续减小抽气速率,使抽气缓慢进行,中间腔内气体依次通过中间腔细抽气孔道、中间腔细抽气孔道口、细抽气孔道阀入口、细抽气孔道阀出口、细抽气孔道阀放气孔道口、细抽气孔道阀放气孔道、细抽气孔道口、细抽气渗透片、抽气支路端盖细抽气孔、抽气泵连接件出气口被抽气泵抽出,当中间腔内压强达到预设压强阈值后,关闭细抽气孔道阀,抽气结束;
S25、粗进气:
将进气泵管路通过进气泵连接件进气口的螺纹与进气泵连接件连接,启动进气泵,打开细进气孔道阀、粗进气孔道阀,其余阀均关闭,气体从进气泵连接件进气口进入,一部分气体依次通过进气支路端盖细进气孔、细进气渗透片、细进气孔道口、细进气孔道阀进气孔道、细进气孔道阀进气孔道口、细进气孔道阀入口、细进气孔道阀出口、中间腔细进气孔道口、中间腔细进气孔道进入中间腔,另一部分气体依次通过进气支路端盖粗进气孔、粗进气渗透片、粗进气孔道口、粗进气孔道阀进气孔道、粗进气孔道阀进气孔道口、粗进气孔道阀入口、粗进气孔道阀出口、中间腔粗进气孔道口、中间腔粗进气孔道进入中间腔;
S26、细进气:
进气一段时间后,当中间腔内压强达到预设值的75%时,关闭细进气孔道阀,只打开粗进气孔道阀,减小进气速率,气体从进气泵连接件进气口进入,依次通过进气支路端盖粗进气孔、粗进气渗透片、粗进气孔道口、粗进气孔道阀进气孔道、粗进气孔道阀进气孔道口、粗进气孔道阀入口、粗进气孔道阀出口、中间腔粗进气孔道口、中间腔粗进气孔道进入中间腔;
S27、缓慢进气:
当中间腔内压强达到预设值的97%时,关闭粗进气孔道阀,只打开细进气孔道阀,继续减小进气速率,使进气缓慢进行,气体从进气泵连接件进气口进入,依次通过进气支路端盖细进气孔、细进气渗透片、细进气孔道口、细进气孔道阀进气孔道、细进气孔道阀进气孔道口、细进气孔道阀入口、细进气孔道阀出口、中间腔细进气孔道口、中间腔细进气孔道进入中间腔,当中间腔内压强达到预设压强阈值后,关闭细进气孔道阀,进气结束;
S28、测量平衡压强:
打开试管腔进气阀,中间腔内气体依次通过试管腔进气阀进气孔道入口、试管腔进气阀进气孔道、试管腔进气阀进气孔道出口、试管腔进气阀入口、试管腔进气阀出口、样品管固定腔进气孔道入口、样品管固定腔进气孔道、样品管固定腔进气孔道出口进入样品管固定腔,待装置内压强稳定时,记录此时压强;
S29、计算吸附量:
利用理想气体状态方程对所记录压强进行处理,计算出吸附量;
S210、绘制吸附曲线:
根据实验需要,重复S25、S26、S27、S28和S29,计算不同进气终止压强下的样品吸附量,绘制出吸附曲线。
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