[發(fā)明專利]基于差壓法的容器體積測量裝置及方法

在審

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• 申請日: 2017-10-31
• 公開（公告）號: CN107884022A
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李燦倫;董棟;沈潔;景加榮;倪俊;祁松松
• 申請（專利權(quán)）人: 上海衛(wèi)星裝備研究所
• 主分類號: G01F17/00
• 分類號: G01F17/00
• 代理公司: 上海航天局專利中心31107
• 代理人: 馮和純

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于差壓法的容器體積測量裝置及方法。

背景技術(shù)

容器體積是真空容器重要的物理性質(zhì)。在真空檢漏、真空計量、真空系統(tǒng)設(shè)計等方面有著重要的應(yīng)用價值。如密封容器體積的精確測量，是準(zhǔn)確分析比對質(zhì)譜檢漏法與壓力檢漏法檢測結(jié)果可靠性的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；在真空漏孔、真空計的靜態(tài)校準(zhǔn)技術(shù)研究方面，定容室容積是重要參數(shù)之一。

目前國內(nèi)測量容器體積的方法主要有衡量法、靜態(tài)膨脹法、流量-壓力法等。衡量法是以水或高純氣體為填充介質(zhì)，通過密度與質(zhì)量計算容器體積，該方法常用于國家標(biāo)準(zhǔn)裝置中標(biāo)準(zhǔn)容器的容積標(biāo)定，但工藝較復(fù)雜，耗時較長；靜態(tài)膨脹法是外接一個已知體積的標(biāo)準(zhǔn)容器，開啟膨脹閥使系統(tǒng)壓力閥發(fā)生變化，并通過理想氣體狀態(tài)方程求得體積，該方法廣泛應(yīng)用于真空工程領(lǐng)域，但標(biāo)準(zhǔn)容器的體積相對于被測容器不能太小，否則膨脹引起的壓力變化無法被精確測量；流量-壓力法是對容器充放氣并測得容器充放氣前后的絕對壓力、累計質(zhì)量流量，進(jìn)而計算容器的體積，該方法結(jié)構(gòu)簡單，但測量結(jié)果受氣體種類影響。

因此，急需設(shè)計一種能精確測量復(fù)雜容器且測量過程簡單、設(shè)備成本低的測量方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于差壓法的容器體積測量裝置及方法，能夠解決容器體積測量過程中的環(huán)境溫度波動影響等問題。

為解決上述問題，本發(fā)明提供一種基于差壓法的容器體積測量裝置，包括：

包括平衡室、差壓變送器、測量室、第一閥門、壓力計、穩(wěn)壓室、第二閥門、氣源系統(tǒng)、機(jī)械泵、第三閥門、膨脹室、第四閥門、第五閥門和水浴恒溫系統(tǒng)，其中，

所述平衡室通過第五閥門與測量室連接；差壓變送器與平衡室和測量室連接；穩(wěn)壓室通過第一閥門與測量室連接；壓力計與穩(wěn)壓室連接；氣源系統(tǒng)通過第二閥門與穩(wěn)壓室連接；機(jī)械泵通過第三閥門與膨脹室連接；膨脹室通過第四閥門與測量室連接。

進(jìn)一步的，在上述裝置中，所述平衡室與測量室的組成材質(zhì)一樣，體積相近。

進(jìn)一步的，在上述裝置中，所述水浴恒溫系統(tǒng)的控溫精度優(yōu)于±0.1℃。

進(jìn)一步的，在上述裝置中，所述穩(wěn)壓室的體積約為平衡室的10倍。

進(jìn)一步的，在上述裝置中，所述膨脹室為標(biāo)準(zhǔn)體積容器。

根據(jù)本發(fā)明的另一面，還提供一種基于差壓法的容器體積測量方法，采用上述基于差壓法的容器體積測量裝置，所述方法包括：

將平衡室、測量室、穩(wěn)壓室和膨脹室置于水浴恒溫系統(tǒng)中；

開啟水浴恒溫系統(tǒng)使得平衡室、測量室、穩(wěn)壓室和膨脹室所處空間的環(huán)境溫度為20℃；

關(guān)閉第二閥門，開啟第一閥門、第三閥門、第四閥門、第五閥門；

使用機(jī)械泵對平衡室、測量室、穩(wěn)壓室、膨脹室抽真空；

關(guān)閉第三閥門、第四閥門，開啟第二閥門，進(jìn)行充氣；

觀察壓力計，當(dāng)其示數(shù)穩(wěn)定在101325Pa時，關(guān)閉第一閥門、第二閥門、第五閥門，記錄差壓變送器的初始壓力；

開啟第四閥門，穩(wěn)定后記錄差壓變送器的末壓力，得出測量室由于膨脹減少的壓力。

進(jìn)一步的，在上述方法中，得出測量室由于膨脹減少的壓力之后，還包括：

根據(jù)伯努利方程得到：

V·P1＝(V+V0)·P2(一)

其中，V是測量室(3)的體積，P1是測量室(3)的初始壓強(qiáng)，V0是膨脹室(11)的體積，P2是測量室(3)的末壓強(qiáng)；

P1＝P2+ΔP(二)

其中，ΔP是測量室(3)膨脹前后的壓強(qiáng)差；

結(jié)合公式(一)和(二)得到測量室(3)的體積為：

其中，V是測量室(3)的體積，V0是膨脹室(11)的體積，P1是測量室(3)的初始壓強(qiáng),是測量室(3)膨脹前后的壓強(qiáng)差。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過平衡室、差壓變送器、測量室、第一閥門、壓力計、穩(wěn)壓室、第二閥門、氣源系統(tǒng)、機(jī)械泵、第三閥門、膨脹室、第四閥門、第五閥門和水浴恒溫系統(tǒng)，能測量復(fù)雜容器體積，可消除環(huán)境溫度波動影響，本發(fā)明基于差壓法，測量精度高，測量過程簡單，可應(yīng)用于各種復(fù)雜容器體積的測量。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一實施例的基于差壓法的容器體積測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

其中，1-平衡室、2-差壓變送器、3-測量室、4-第一閥門、5-壓力計、6-穩(wěn)壓室、7-第二閥門、8-氣源系統(tǒng)、9-機(jī)械泵、10-第三閥門、11-膨脹室、12-第四閥門、13-第五閥門、14-水浴恒溫系統(tǒng)。

具體實施方式