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一種不規(guī)則形狀密閉容器的容積標(biāo)定系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種不規(guī)則形狀密閉容器的容積標(biāo)定系統(tǒng)及方法。所述系統(tǒng)將待測(cè)容器依次與閥Ⅰ、軟管Ⅰ、氣管、壓力傳感器、流量傳感器、閥Ⅱ、軟管Ⅱ、真空泵連接；所述方法通過記錄多組抽氣過程中待測(cè)容器及管路內(nèi)的壓力和抽取出的氣體累積流量，根據(jù)氣態(tài)方程推廣式建立多個(gè)關(guān)于待測(cè)容器容積的一元一次方程式，多個(gè)方程所得結(jié)果取平均值，即為待測(cè)容器的容積。本發(fā)明的標(biāo)定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作過程簡(jiǎn)便，可實(shí)現(xiàn)各類精密容器復(fù)雜內(nèi)空間容積的快速標(biāo)定。
【專利說明】一種不規(guī)則形狀密閉容器的容積標(biāo)定系統(tǒng)及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于輻射防護(hù)與環(huán)境保護(hù)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種不規(guī)則形狀密閉容器的容積標(biāo)定系統(tǒng)及方法，特別適用于工作壓力要求限定于80kPa?120kPa范圍內(nèi)精密容器的容積標(biāo)定。

【背景技術(shù)】
[0002]在核工業(yè)、航空航天及精密武器生產(chǎn)領(lǐng)域，通常采用各類特殊材料貯存容器密封貯存試驗(yàn)產(chǎn)品進(jìn)行長(zhǎng)期性能考察。為評(píng)估密封貯存容器內(nèi)有機(jī)、無機(jī)及放射性氣氛對(duì)存儲(chǔ)產(chǎn)品性能的影響，需定期檢測(cè)貯存容器內(nèi)某些敏感氣氛物質(zhì)的含量和總量，因而容器容積是檢測(cè)所需的必要參數(shù)。針對(duì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜、形狀不規(guī)則、材料特殊、不能填充液體等類型的特材貯箱容器，常規(guī)容積測(cè)量方法如充液稱重法、恒壓氣體置換法、定量充氣膨脹法、壓力激勵(lì)法等存在測(cè)量裝置過于復(fù)雜、測(cè)量精度不夠、或方法本身無法應(yīng)用等問題。目前，中國(guó)專利文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)公開了一項(xiàng)名稱為《一種簡(jiǎn)易的容器體積精確標(biāo)定方法》(專利號(hào):CN200510046319.9)的發(fā)明專利，采用氦氣作為標(biāo)定氣體，根據(jù)氦氣的MBWR方程和質(zhì)量守恒定律建立以體積為未知數(shù)的二元一次方程，通過多組數(shù)據(jù)求解可以計(jì)算出容器的體積值。中國(guó)專利文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)公開的另一項(xiàng)發(fā)明專利名稱為《一種氣密性檢測(cè)儀及利用放氣過程測(cè)試容器內(nèi)容積的方法》(專利號(hào):CN201210204439)，該發(fā)明專利采用高壓氣源對(duì)被測(cè)容器進(jìn)行充氣，通過傳感器采集放氣過程中的即時(shí)壓強(qiáng)、溫度等參數(shù)，經(jīng)數(shù)據(jù)處理得到容器容積值。此外，《一種利用管路空間測(cè)量容器容積的裝置及方法》(專利號(hào):CN201220500651)，該專利中利用抽氣系統(tǒng)和標(biāo)準(zhǔn)體積實(shí)現(xiàn)被測(cè)容器的容積測(cè)量。但上述專利在操作過程中需要將被測(cè)容器抽氣至高真空度條件或者向被測(cè)容器內(nèi)充氣至可達(dá)幾個(gè)兆帕的高壓力狀態(tài)，這樣的壓力條件可能導(dǎo)致精密容器內(nèi)部材料或構(gòu)件的損壞，因而不能適用于工作壓力要求介于SOkPa?120kPa的各類精密貯存容器內(nèi)空間容積的標(biāo)定。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了彌補(bǔ)已有技術(shù)針對(duì)形狀不規(guī)則、內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜、材料特殊、不能填充液體、工作壓力要求介于80kPa?120kPa的精密容器復(fù)雜內(nèi)空間容積標(biāo)定的不足，本發(fā)明提供了一種不規(guī)則形狀密閉容器的容積標(biāo)定系統(tǒng)及方法，能夠?qū)崿F(xiàn)在限定壓力范圍內(nèi)根據(jù)待測(cè)容器內(nèi)的壓力和抽取出氣體的累積流量通過氣態(tài)方程推廣式來計(jì)算容器的內(nèi)空間容積，特別適用于工作壓力要求限定于80kPa?120kPa范圍內(nèi)精密容器的容積標(biāo)定。
[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下:
本發(fā)明的一種不規(guī)則形狀密閉容器的容積標(biāo)定系統(tǒng)，其特點(diǎn)是，所述系統(tǒng)包括閥1、壓力傳感器、流量傳感器、閥I1、真空泵、壓力顯示器、流量顯示控制器；其連接關(guān)系是，待測(cè)容器的出氣口與閥I的一端連接，閥I的另一端通過接頭I與軟管I的一端連接，軟管I的另一端與接頭II的一端連接，接頭II的另一端通過氣管依次與壓力傳感器、流量傳感器、閥
II和接頭III連接，接頭III的另一端通過軟管II與真空泵的進(jìn)氣口連接；壓力傳感器通過信號(hào)線與壓力顯示器連接；流量傳感器通過信號(hào)線與流量顯示控制器連接。
[0005]本發(fā)明的一種不規(guī)則形狀密閉容器的容積標(biāo)定方法，其特點(diǎn)包括如下步驟:
a)開啟閥I，使待測(cè)容器與管路內(nèi)初始?jí)毫Ρ３制胶?，此時(shí)記為初始?xì)鈮篜;
b)通過流量顯示控制器設(shè)定抽氣流速，啟動(dòng)真空泵的開關(guān)，開啟閥II開始抽取氣體；通過流量傳感器測(cè)定抽取出氣體的累積流量和抽氣流速；
c)抽氣過程中，通過壓力傳感器測(cè)定待測(cè)容器內(nèi)的氣體壓力；當(dāng)壓力顯示器讀數(shù)低至P1附近時(shí)，迅速關(guān)閉閥II，待壓力顯示器讀數(shù)穩(wěn)定后，記錄此時(shí)壓力P1的精確數(shù)值和累積流量值A(chǔ)V1 ;
d)打開閥II，繼續(xù)抽取氣體，重復(fù)上述步驟c)過程數(shù)次，得到一系列抽氣過程中待測(cè)容器內(nèi)壓力…、Pn和分別對(duì)應(yīng)的累積流量值A(chǔ)Vp Λ v2、…、Λνη;
e)分別將步驟a)和步驟d)所得數(shù)據(jù)代入+仿+ Μ+Μ--中，得到多個(gè)關(guān)于V1的一元一次方程，多個(gè)方程求解取其平均值，計(jì)算出待測(cè)容器的容積V1 ;其中V2為管路體積，采用管路直徑及長(zhǎng)度尺寸計(jì)算得到。
[0006]所述壓力傳感器為空氣絕對(duì)壓力傳感器，通過信號(hào)線向壓力顯示器傳輸被測(cè)容器及其連通氣路中的壓力信息；流量傳感器通過信號(hào)線向流量顯示控制器傳輸氣路中抽氣流速和抽取氣體的累積流量的數(shù)據(jù)；流量顯示控制器通過信號(hào)線設(shè)定和控制氣路中抽氣流速的大小。
[0007]所述步驟d)中的壓力ΡρΡ2、…、Pn均應(yīng)在待測(cè)容器要求的工作壓力范圍之內(nèi)；累積流量AVp M2'…、Λ Vn均為測(cè)定時(shí)當(dāng)?shù)販囟群统跏細(xì)鈮篜條件下對(duì)應(yīng)的值。
[0008]本發(fā)明的一種不規(guī)則形狀密閉容器的容積標(biāo)定方法的原理是:
假定待測(cè)容器及管路內(nèi)氣體總質(zhì)量為m，狀態(tài)參量為P、V、T，根據(jù)氣態(tài)方程可知，
PV=^RT ,當(dāng)抽取出一定量氣體后，待測(cè)容器及管路內(nèi)氣體參量變?yōu)镠ipPnJj1，抽出的氣體參量為m2、P2、Λ Vn、T2，根據(jù)質(zhì)量守恒可以得到下列關(guān)系，
m = M1 + m2(?)
MF(Fl + F2)_p.P(Ft + Fa)| MFsAF.RTRT1RT2II
其中V1為待測(cè)容器的容積，V2為管路體積，且V=VfV215針對(duì)同一溫度下的同一種氣體，μ、R為常數(shù)，且T=T1=T2,從而可得，
HA + LhPJn + AhPAK(in)
其中，Λ V為測(cè)定時(shí)當(dāng)?shù)販囟群统跏細(xì)鈮篜條件對(duì)應(yīng)的體積值，則有ρ=ρ2。從而有下列關(guān)系式，
PfF1 + Vi)= P.(F1 +F,')+PA V.(IV )
通過壓力傳感器測(cè)得P、Pn的值，通過流量傳感器測(cè)得△ Vn的值，采用管路直徑及長(zhǎng)度尺寸計(jì)算得管路體積V2，根據(jù)式(IV)能夠計(jì)算出待測(cè)容器V1的值。多次測(cè)量取其平均值，能減小標(biāo)定的偶然誤差。
[0009]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的有益效果是:
本發(fā)明不需氦氣或高壓氣源等外加氣源，采用待測(cè)容器內(nèi)存在的相應(yīng)氣氛作為標(biāo)定氣體，通過記錄多組抽氣過程中待測(cè)容器及管路內(nèi)的壓力和抽取出的氣體累積流量，根據(jù)氣態(tài)方程推廣式建立多個(gè)關(guān)于待測(cè)容器容積的一元一次方程式，多個(gè)方程所得結(jié)果取平均值，即為待測(cè)容器的容積。抽氣過程不需要將容器內(nèi)壓力抽至較高真空度，整個(gè)過程均保持在精密容器限定的工作壓力范圍內(nèi)，不會(huì)損壞待測(cè)容器內(nèi)的材料或相關(guān)構(gòu)件。該方法所需標(biāo)定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作過程簡(jiǎn)便，標(biāo)定工作效率高，很好的解決了形狀不規(guī)則、內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜、材料特殊、不能填充液體、對(duì)標(biāo)定壓力條件限定在80kPa?120kPa的各類精密貯存容器復(fù)雜內(nèi)空間的容積標(biāo)定問題。采用本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)精密貯存容器復(fù)雜內(nèi)空間容積的快速標(biāo)定，測(cè)定結(jié)果與真實(shí)值偏差在±3.0%以內(nèi)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為本發(fā)明的一種不規(guī)則形狀密閉容器的容積標(biāo)定系統(tǒng)的示意圖；
圖中:1.待測(cè)容器 2.閥I3.接頭I4.軟管I5.接頭II
6.氣管 7.壓力傳感器 8.流量傳感器 9.閥II 10.接頭III 11.軟管II 12.泵 13.壓力顯示器 14.流量顯示控制器。

【具體實(shí)施方式】
[0011]下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0012]實(shí)施例1
本發(fā)明的一種不規(guī)則形狀密閉容器的容積標(biāo)定系統(tǒng)示意圖如圖1所示，該系統(tǒng)包括閥I 2、壓力傳感器7、流量傳感器8、閥II 9、真空泵12、壓力顯示器13、流量顯示控制器14 ;其連接關(guān)系是，待測(cè)容器I的出氣口與閥I 2的一端連接，閥I 2的另一端通過接頭I 3與軟管I 4的一端連接，軟管I 4的另一端與接頭II 5的一端連接，接頭II 5的另一端通過氣管6依次與壓力傳感器7、流量傳感器8、閥II 9和接頭III 10連接，接頭III 10的另一端通過軟管II 11與真空泵12的進(jìn)氣口連接；壓力傳感器7通過信號(hào)線與壓力顯示器13連接；流量傳感器8通過信號(hào)線與流量顯示控制器14連接。
[0013]本發(fā)明的一種不規(guī)則形狀密閉容器的容積標(biāo)定方法，其特征在于包括如下步驟:
a)開啟閥I2，使待測(cè)容器I與管路內(nèi)初始?jí)毫Ρ３制胶?，此時(shí)記為初始?xì)鈮篜 ;
b)通過流量顯示控制器14設(shè)定抽氣流速，啟動(dòng)真空泵12的開關(guān)，開啟閥II9開始抽取氣體；通過流量傳感器8測(cè)定抽取出氣體的累積流量和抽氣流速；
c)抽氣過程中，通過壓力傳感器7測(cè)定待測(cè)容器I內(nèi)的氣體壓力；當(dāng)壓力顯示器13讀數(shù)低至P1附近時(shí)，迅速關(guān)閉閥II 9，待壓力顯示器13讀數(shù)穩(wěn)定后，記錄此時(shí)壓力P1的精確數(shù)值和累積流量值A(chǔ)V1 ；
d)打開閥II9，繼續(xù)抽取氣體，重復(fù)上述步驟c)過程數(shù)次，得到一系列抽氣過程中待測(cè)容器I內(nèi)壓力…、Pn和分別對(duì)應(yīng)的累積流量值Λ、Λ V2、…、AVn;
e)分別將步驟a)和步驟d)所得數(shù)據(jù)代入/^+ 6)=巧仿+中，得到多個(gè)關(guān)于V1的一元一次方程，多個(gè)方程求解取其平均值，計(jì)算出待測(cè)容器I的容積V1 ;其中％為管路體積，采用管路直徑及長(zhǎng)度尺寸計(jì)算得到。
[0014]所述壓力傳感器7是測(cè)量范圍為0.50kPa?130.0OkPa的空氣絕對(duì)壓力傳感器，通過RS485信號(hào)線向壓力顯示器13傳輸被測(cè)容器I及其連通氣路中的壓力信息；流量傳感器8通過信號(hào)線向流量顯示控制器14傳輸氣路中抽氣流速和抽取氣體的累積流量的數(shù)據(jù)；流量顯示控制器14通過信號(hào)線設(shè)定和控制氣路中抽氣流速的大小。
[0015]所述步驟d)中的壓力PpP2、…、應(yīng)在待測(cè)容器I要求的工作壓力范圍之內(nèi)；累積流量AVp M2'…、Λ Vn均為測(cè)定時(shí)當(dāng)?shù)販囟群统跏細(xì)鈮篜條件下對(duì)應(yīng)的值。
[0016]本發(fā)明的一種不規(guī)則形狀密閉容器的容積標(biāo)定系統(tǒng)及方法適用于不含揮發(fā)性液體的容器的容積標(biāo)定。這是由于，抽氣過程中待測(cè)容器I內(nèi)處于負(fù)壓狀態(tài)，容器內(nèi)若存在易揮發(fā)物質(zhì)，會(huì)影響體系壓力的變化，引起測(cè)定結(jié)果的偏差。
[0017]本發(fā)明的一種不規(guī)則形狀密閉容器的容積標(biāo)定系統(tǒng)及方法中的壓力ΡρΡ2、…、Pn均應(yīng)在待測(cè)容器I要求的工作壓力范圍80.0?120.0kPa之內(nèi);累積流量Λ V” Λ V2、…、Λ Vn均為測(cè)定時(shí)當(dāng)?shù)販囟群统跏細(xì)鈮篜條件下對(duì)應(yīng)的值；重復(fù)步驟d)的次數(shù)為3-8次為宜。
【權(quán)利要求】
1.一種不規(guī)則形狀密閉容器的容積標(biāo)定系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括閥I (2)、壓力傳感器(7)、流量傳感器(8)、閥II (9)、真空泵(12)、壓力顯示器(13)、流量顯示控制器(14);其連接關(guān)系是，待測(cè)容器(I)的出氣口與閥I (2)的一端連接，閥I (2)的另一端通過接頭I (3)與軟管I (4)的一端連接，軟管I (4)的另一端與接頭II (5)的一端連接，接頭II (5)的另一端通過氣管(6)依次與壓力傳感器(7)、流量傳感器(8)、閥II (9)和接頭III(10)連接，接頭III(1)的另一端通過軟管II (11)與真空泵(12)的進(jìn)氣口連接；壓力傳感器(7)通過信號(hào)線與壓力顯示器(13)連接；流量傳感器(8)通過信號(hào)線與流量顯示控制器(14)連接。
2.一種不規(guī)則形狀密閉容器的容積標(biāo)定方法，其特征在于包括如下步驟: a)開啟閥I(2)，使待測(cè)容器(I)與管路內(nèi)初始?jí)毫Ρ３制胶?，此時(shí)記為初始?xì)鈮篜 ; b)通過流量顯示控制器(14)設(shè)定抽氣流速，啟動(dòng)真空泵(12)的開關(guān)，開啟閥II(9)開始抽取氣體；通過流量傳感器(8)測(cè)定抽取出氣體的累積流量和抽氣流速； c)抽氣過程中，通過壓力傳感器(7)測(cè)定待測(cè)容器(I)內(nèi)的氣體壓力；當(dāng)壓力顯示器(13)讀數(shù)低至P1附近時(shí)，迅速關(guān)閉閥II (9)，待壓力顯示器(13)讀數(shù)穩(wěn)定后，記錄此時(shí)壓力P1的精確數(shù)值和累積流量值A(chǔ)V1 ； d)打開閥II(9)，繼續(xù)抽取氣體，重復(fù)上述步驟c)過程數(shù)次，得到一系列抽氣過程中待測(cè)容器(I)內(nèi)壓力…、Pn和分別對(duì)應(yīng)的累積流量值匕\、AV2,…、AVn； e)分別將步驟a)和步驟d)所得數(shù)據(jù)代入+PA P；中，得到多個(gè)關(guān)于V1的一元一次方程，多個(gè)方程求解取其平均值，計(jì)算出待測(cè)容器(I)的容積V1 ;其中V2為管路體積，采用管路直徑及長(zhǎng)度尺寸計(jì)算得到。
3.按照權(quán)利要求2所述的一種不規(guī)則形狀密閉容器的容積標(biāo)定方法，其特征在于:所述壓力傳感器(7)為空氣絕對(duì)壓力傳感器，通過信號(hào)線向壓力顯示器(13)傳輸被測(cè)容器(I)及其連通氣路中的壓力信息；流量傳感器(8)通過信號(hào)線向流量顯示控制器(14)傳輸氣路中抽氣流速和抽取氣體的累積流量的數(shù)據(jù)；流量顯示控制器(14)通過信號(hào)線設(shè)定和控制氣路中抽氣流速的大小。
【文檔編號(hào)】G01F17/00GK104132708SQ201410355592
【公開日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2014年7月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月24日
【發(fā)明者】藺金賢, 周銀行, 鐘志京, 輝永慶, 胥全敏, 張玉川, 李群嶺, 林濤, 龍素群, 劉秀華 申請(qǐng)人:中國(guó)工程物理研究院核物理與化學(xué)研究所