[發明專利]一種金屬小體積容器體積測定系統及測定方法

在審

• 申請號: 202011620474.8
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112945342A
• 公開（公告）日: 2021-06-11
• 發明（設計）人: 李軍杰;劉漢彬;張佳;金貴善;張建鋒;韓娟;石曉;郭東僑;齊然;姜華
• 申請（專利權）人: 核工業北京地質研究院
• 主分類號: G01F22/02
• 分類號: G01F22/02;G01L21/00;H01J49/02;H01J49/26
• 代理公司: 核工業專利中心 11007
• 代理人: 高安娜

1.一種金屬小體積容器體積測定系統，其特征在于：包括不銹鋼罐(12)、與不銹鋼罐(12)的測試端口連接的閥門、第一薄膜規(10)和第二薄膜規(11)和全金屬密封閥(13)，且所述的全金屬密封閥(13)與泵組件連接；

所述的閥門包括閥座(23)、設于閥座(23)內的閥瓣(24)和閥頭，以及閥頭的驅動機構；

所述的閥頭包括第一金屬閥頭(3)和第二金屬閥頭(6)；所述的閥座(23)內部分為上下兩個內腔，分別安裝第一金屬閥頭(3)和第二金屬閥頭(6)，兩者分別通過驅動機構驅動在閥座(23)內上下移動；

所述的閥瓣(24)位于閥座(23)內，其中部加工錐形斜面作為密封面，包括上斜面和下斜面，分別與第一金屬閥頭(3)和第二金屬閥頭(6)構成待測小體積(4)；

所述的閥座(23)的下端加工小體積進氣口(5)，閥座(23)的上端加工小體積出氣口(9)；所述的小體積進氣口(5)和小體積出氣口(9)分別穿過閥瓣(24)與閥體內部相通。

2.如權利要求1所述的一種金屬小體積容器體積測定系統，其特征在于：所述的第一金屬閥頭(3)通過與其連接的第一金屬閥頭驅動桿(1)驅動，所述逇第二金屬閥頭(6)通過與其連接的第二金屬閥頭驅動桿(8)驅動。

3.如權利要求1所述的一種金屬小體積容器體積測定系統，其特征在于：所述的泵組件包括分子泵(15)和渦旋干泵(16)，兩者通過真空膠管連接。

4.如權利要求3所述的一種金屬小體積容器體積測定系統，其特征在于：所述的分子泵(15)通過管路連接離子規(14)，且分子泵(15)通過管路連接全金屬密封閥(13)。

5.如權利要求4所述的一種金屬小體積容器體積測定系統，其特征在于：所述的分子泵(15)通過管路連接離子規(14)，其管路上設有法蘭；所述的分子泵(15)通過管路連接全金屬密封閥(13)，其管路上設有法蘭。

6.如權利要求4所述的一種金屬小體積容器體積測定系統，其特征在于：所述的不銹鋼罐(12)，在其測試端口與對應的閥門、第一薄膜規(10)、第二薄膜規(11)和全金屬密封閥(13)連接的管路上均設有法蘭。

7.如權利要求1所述的一種金屬小體積容器體積測定系統，其特征在于：所述的第一金屬閥頭(3)和第二金屬閥頭(6)分別于對應側的密封面緊密接觸時，待測小體積(4)是密封的。

8.如權利要求7所述的一種金屬小體積容器體積測定系統，其特征在于：所述的第二金屬閥頭(6)和第一金屬閥頭(3)離開密封面后，氣體從小體積進氣口(5)進入到待測小體積(4)的區域內，所述第二金屬閥頭接觸密封面后，氣體被密封在待測下體積區域內，第一金屬閥頭(3)離開密封面后，氣體通過小體積出氣口(9)擴散至不銹鋼罐(12)內。

9.如權利要求1所述的一種金屬小體積容器體積測定系統，其特征在于：不銹鋼罐(12)為316L不銹鋼制成。

10.如權利要求1所述的一種金屬小體積容器體積測定系統，其特征在于：第一薄膜規(10)量程為0.1-1000torr，測試準確度為讀數的0.15％，內部體積為4.2ml，第二薄膜規(11)量程為0.001-10torr，測試準確度為讀數的0.15％，內部體積為4.2ml。

11.如權利要求1所述的一種金屬小體積容器體積測定系統，其特征在于：所述的第一薄膜規(10)和第二薄膜規(11)均具有溫度補償功能。

12.如權利要求1所述的一種金屬小體積容器體積測定系統，其特征在于：所述的離子規(14)的量程為10^-3-10^-12mbar；所述的分子泵(15)的極限真空度為10^-11mbar。

13.一種金屬小體積容器體積測定方法，其基于所述的金屬小體積容器體積測定系統，其特征在于：

將分子泵(15)連接離子規(14)管路上的法蘭記為第六法蘭22；

將分子泵(15)連接全金屬密封閥(13)管路上的法蘭記為第五法蘭(21)；

將全金屬密封閥(13)和不銹鋼罐(12)的測試端口之間的管路上的法蘭記為第四法蘭(20)；

將第二薄膜規(11)和不銹鋼罐(12)的測試端口之間的管路上的法蘭記為第三法蘭(19)；

將第一薄膜規(10)和不銹鋼罐(12)的測試端口之間的管路上的法蘭記為第二法蘭(18)；

將閥門和不銹鋼罐(12)的測試端口之間的管路上的法蘭記為第一法蘭(17)；

具體操作步驟如下：

1)松開第一法蘭(17)和第五法蘭(21)，將不銹鋼罐(12)從系統內取下，松開第二法蘭(18)、第三法蘭(19)，卸下第一薄膜規(10)和第二薄膜規(11)，關閉全金屬密封閥門(13)，并用盲板法蘭堵住第二法蘭(18)和第三法蘭(19)；

2)真空烘干不銹鋼罐(12)，準確稱量其質量m1，然后注入一定密度ρ的去離子水，注滿后，準確稱取質量m2，利用公式計算不銹鋼罐(12)的體積V1＝(m1-m2)/ρ；

3)驅動第一金屬閥頭(3)和待測小體積(4)的密封面形成可靠密封，利用移液器從小體積出氣口(9)注入酒精，注滿后記錄注入酒精體積V2；

4)將不銹鋼罐(12)裝回小體積容器體積測定系統，并將第一薄膜規(10)和第二薄膜規(12)分別通過第二法蘭(18)和第三法蘭(19)密封連接在不銹鋼罐(12)上；

5)驅動第一金屬閥頭(3)和待測小體積(4)的密封面形成可靠密封，并加熱系統至110℃，打開全金屬密封閥(13)，對整套系統烘烤去氣，降至室溫后，整套系統真空度優于1.0E-08mbar；

6)關閉全金屬密封閥(13)，通分別驅動第一金屬閥頭(3)和第二金屬閥頭(6)與密封面分開，大氣依此經過小體積進氣口(5)、待測小體積(4)和小體積出氣口(9)進入不銹鋼罐(12)；

7)通過第一薄膜規讀取氣體壓力P1，然后分別驅動第一金屬閥頭(3)和第二金屬閥頭(6)與密封面接觸形成密封；

8)整套系統加熱至110℃，打開全金屬密封閥(13)，對整套系統烘烤去氣24h，降至室溫后，整套系統真空度優于1.0E-08mbar；

9)關閉全金屬閥(13)，驅動第一金屬閥頭(3)與密封面離開，待測小體積(4)內的壓強為P1的氣體進入不銹鋼罐(12)，通過第二薄膜規(11)讀取氣體壓力P2；

10)利用公式確定待測小體積值V_待測

V_待測＝(P2/P1)×(V1+V2+4.2+4.2)。