CN105043489B - 一种用于多量级正压漏孔校准的高精度体积测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于多量级正压漏孔校准的高精度体积测量方法，将安装可开闭阀门的外接容器接入正压漏孔校准***；根据被测容积的数量级，选择同样数量级的标准体积；外接容器内先不放入标准体积，采用气体膨胀法，测量被测容积真空状态下的压力和温度，以及膨胀进入气体后的压力和温度；将标准体积放入外接容器后，测量膨胀进入气体前后的被测容积压力和温度；利用上述数据和依据根据理想状态方程构建的关系式，计算出被测容积。本发明可以根据被测体积更换标准体积，避免了体积相差过大带来的测量不确定度，而且采用气体膨胀法和理想状态方程计算被测体积，计算公式中含有温度修正，进一步提高了体积测量的准确性。

Description

一种用于多量级正压漏孔校准的高精度体积测量方法

技术领域

本发明涉及一种用于多量级正压漏孔校准的高精度体积测量方法，属于测量领域。

背景技术

多量级正压漏孔校准时，根据选用校准方法的不同，选择使用定容室或者变容室，根据校准漏孔量级的不同，选用不同大小的标准体积，最大与最小体积相差上千倍，如选用同一个标准体积进行测量，势必会影响体积测量的准确性，标准体积与待测体积(定容室或变容室)越接近，体积测量的准确度越高，因此选用不同大小的标准体积测量多量级正压漏孔校准的定容室及变容室体积非常有必要。由于多量级正压漏孔的校准所需气体量较大，温度产生的影响随之增大，因此在体积测量时进行温度修正可以进一步保障体积测量的准确性。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种用于多量级正压漏孔校准的高精度体积测量方法，可以根据被测体积更换标准体积，避免了体积相差过大带来的测量不确定度，而且采用气体膨胀法和理想状态方程计算被测体积，计算公式中含有温度修正，进一步提高了体积测量的准确性。

为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：

一种用于多量级正压漏孔校准的高精度体积测量方法，用于测量正压漏孔校准***中的未知容积，该未知容积为正压漏孔、定容室、变容室、管路或者其任意组合；该方法包括如下步骤：

步骤一、将外接容器通过真空阀门X接入正压漏孔校准***，外接容器内先不放入标准体积，外接容器上安装可开闭阀门；

在外接容器与被测容积之间的管路上选定测量点，在测量点处安装绝压式压力计；测量点与被测容积之间设有真空阀门A；保持被测容积内的管路连通；根据被测容积的数量级，选择同样数量级的标准体积；在外接容器内设置第一温度测量点，在被测容积内设置第二温度测量点；

步骤二、测量时，打开真空阀门A，利用抽气***对整个正压漏孔校准***抽真空；

步骤三、关闭抽气***，关闭真空阀门A，利用供气***向正压漏孔校准***内外接容器与真空阀门A之前的管路充入气体，由绝压式压力计测得充入气体的压力P₁，通过第一温度测量点读取外接容器中的温度T₁；

步骤四、打开真空阀门A，气体膨胀进入被测容积，由绝压式压力计测得此时管路中的气体压力P₂，通过第二温度测量点读取被测容积中的温度T₂；

步骤五、关闭真空阀门X，打开可开闭阀门，在外接容器中放入步骤一选定且经计量的标准体积，该标准体积的大小为V_d，再关闭可开闭阀门；重复步骤二～四，在步骤二中获得的压力和温度分别记为P₃和T₃，在步骤四中获得的压力和温度分别记为P₄和T₄；

步骤六、利用根据理想状态方程所构建的方程组进行化简，消去未知量，得到式(1)所示的被测容积大小V与V_d的关系式；将步骤二～五获得的数据代入式(1)计算得到被测容积大小V：

其中，经计算获得的被测容积大小的V是经过温度补偿的结果。

优选地，在进行测量的过程中，利用温度控制***保持正压漏孔校准***处于温度恒定的环境中。

优选地，在步骤五之前，将步骤二～步骤四执行多次，获得多组P₁、T₁、P₂、T₂；步骤五也执行多次，获得多组P₃、T₃、P₄、T₄；采用一组P₁、T₁、P₂、T₂、P₃、T₃、P₄、T₄代入式(1)计算一个V，多组数据计算获得多个V取均值作为最后结果。

有益效果：

(1)本发明通过未加入标准体积和加入标准体积的温度和压力的不同，联立2个方程组进行求解，可以获得被测容积的体积。而且通过理想状态方程所构建的计算式加入了温度修正的考虑，提高了体积测量的准确性。此外，本发明方法实施简单，根据被测容积的大致体积选用标准体积，可以避免标准体积选择不当造成了测量不准确。

(2)通过可开闭阀门更换标准体积，可以减少外置容器的拆卸频率。所述的标准体积是经过计量部门准确计量的标准体积。可以根据测量体积的不同变换标准体积，保证了体积测量的准确度。

(3)在一优选实施例中增加了温度控制***，减小了温度的变化，从而减小了温度对压力测量的影响。

附图说明

图1为本发明一种用于多量级正压漏孔校准的高精度体积测量方法的原理图。

其中，1-可开闭阀门，2-第一测温***，3-真空阀门X，4-多量级正压漏孔组，5,15,18,23-真空阀门，6-参考室，7-隔断阀门，8-变容室，9-绝压式压力计，10-活塞，11-第三测温***，12-控温***，13-外接容器，14-标准体积，16-供气***，17-抽气***，19-差压式压力计，20-真空阀门A，21-第二测温***，22-定容室，24-带活塞的变容室，25-测距***。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明用于测量正压漏孔校准***中的未知容积，该未知容积为正压漏孔、定容室、变容室、管路或者其任意组合。图1为在正压漏孔校准***中加入本发明测量所需器件后的组成原理图。如图1所示，正压漏孔校准***包括供气***16、抽气***17、多量级正压漏孔组4、参考室6、变容室8、差压式压力计19、测距***25。供气***16和抽气***17各自通过一个真空阀门15、18连入主管道，多量级正压漏孔组4并联在主管道上，参考室6、变容室8和带活塞的变容室24均串联在主管道上，差压式压力计19两端连接参考室6和变容室8，测距***25用于测量活塞10的移动距离。参考室6左端设有一个真空阀门5，参考室6与变容室8之间设有隔断阀门7，变容室8与带活塞的变容室24之间设有一个真空阀门23。定容室22连入主管路。

图1中的可开闭阀门1、外接容器13、外接容器13上的可开闭阀门1、标准体积24、真空阀门X 3、真空阀门A 20、第一测温***2、第二测温***21、第三测温***11、绝压式压力计9均是为了测量加入***的器件，当然如果原***中有这些器件，也可以直接使用。

将外接容器13通过真空阀门X 3接入正压漏孔校准***，外接容器13内先不放入标准体积14，外接容器13上安装可开闭阀门1。可开闭阀门1用于开启后将标准体积14放入外接容器13，可以采用KF阀门，从而实现快速和方便的开启和关闭。

本实施例中，需要被测容积为定容室22，因此测量点选在定容室22进口处，测量点处安装绝压式压力计9；测量点与定容室22之间设有真空阀门A 20。定容室内没有其他管路，因此符合保持被测容积内的管路连通的条件，无需特殊处理。根据定容室22的数量级，选择同样数量级的标准体积14。在外接容器13内设置第一温度测量点，由第一测温***2负责温度检测。在定容室22内设置第二温度测量点，由第二测温***21负责温度检测。如果被测容积为带活塞的变容室24，则温度测量点设置在带活塞的变容室24内，由点第三测温***11负责温度检测。

基于上述组成，本发明的测量过程如下：

步骤1、测量时，关闭真空阀门15，启动抽气***17，打开真空阀门X 3，真空阀门A20，以及打开真空阀门18、5、23，打开隔断阀门7；

步骤2、关闭抽气***17，关闭真空阀门X 3、真空阀门A 20以及真空阀门18、5、23，关闭抽气***17，打开真空阀门15，启动供气***16，向***内充入气体，所充入的气体进入检测点之前的管路中，由绝压式压力计9测得充入气体的压力P₁，由第一测温***2读取外接容器14中的温度T₁。

步骤3、打开真空阀门5、真空阀门A 20，令气体膨胀进入处于真空状态的定容室22，由绝压式压力计9测得此时气体的压力P₂，由第二测温***21读取定容室22中的温度T₂；

步骤4、重复步骤1～3六次；得到六组数据，每组包括(P₁，P₂，T₁，T₂)；P₁、P₂单位为Pa，T₁，T₂单位为℃；

步骤5、关闭真空阀门X 3，打开可开闭阀门1，在外置容器13中放入选定且经计量的标准体积14，，该标准体积14的大小为V_d，再关闭可开闭阀门1。然后重复步骤1～4。在步骤1中获得的压力和温度分别记为P₃和T₃，在步骤3中获得的压力和温度分别记为P₄和T₄。

步骤6、重复步骤5，得到6组数据，每组包括(P₃，P₄，T₃，T₄)。

步骤7、利用根据理想状态方程所构建方程组：

其中，V₁为真空阀门23之前的管路+外接容器的容积，m³。其中，上述公式中公式右侧选择T₂和T₄的原因是：为了尽量获得精确定容室的温度。

通过联立整理，消去未知量V₁，得到式(1)所示的被测容积大小V与V_d的关系式；将前述步骤获得的数据代入式(1)计算得到被测容积大小V：

前面6组数据计算6个V，取平均，得到最后的被测容积。该被测容积大小已经加入了温度补偿。

较佳地，在进行测量的过程中，利用温度控制***保持正压漏孔校准***处于温度恒定的环境中。从而减小了温度的变化，从而减小了温度对压力测量的影响。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种用于多量级正压漏孔校准的高精度体积测量方法，用于测量正压漏孔校准***中的未知容积，该未知容积为正压漏孔、定容室、变容室、管路或者其任意组合；其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤一、将外接容器(13)通过真空阀门X(3)接入正压漏孔校准***，外接容器(13)内先不放入标准体积(14)，外接容器(13)上安装可开闭阀门(1)；

在外接容器(13)与被测容积之间的管路上选定测量点，在测量点处安装绝压式压力计(9)；测量点与被测容积之间设有真空阀门A(20)；保持被测容积内的管路连通；根据被测容积的数量级，选择同样数量级的标准体积(14)；在外接容器(13)内设置第一温度测量点，在被测容积内设置第二温度测量点；

步骤二、测量时，打开真空阀门A(20)，利用抽气***(17)对整个正压漏孔校准***抽真空；

步骤三、关闭抽气***(17)，关闭真空阀门A(20)，利用供气***(16)向正压漏孔校准***内外接容器(13)与真空阀门A(20)之前的管路充入气体，由绝压式压力计(9)测得充入气体的压力P₁，通过第一温度测量点读取外接容器(13)中的温度T₁；

步骤四、打开真空阀门A(20)，气体膨胀进入被测容积，由绝压式压力计(9)测得此时管路中的气体压力P₂，通过第二温度测量点读取被测容积中的温度T₂；

步骤五、关闭真空阀门X(3)，打开可开闭阀门(1)，在外接容器(13)中放入步骤一选定且经计量的标准体积(14)，该标准体积(14)的大小为V_d，再关闭可开闭阀门(1)；重复步骤二～四，在步骤二中获得的压力和温度分别记为P₃和T₃，在步骤四中获得的压力和温度分别记为P₄和T₄；

步骤六、利用根据理想状态方程所构建的方程组进行化简，消去未知量，得到式(1)所示的被测容积大小V与V_d的关系式；将步骤二～五获得的数据代入式(1)计算得到被测容积大小V：

<mrow> <mi>V</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>P</mi> <mn>2</mn> </msub> <msub> <mi>P</mi> <mn>3</mn> </msub> <msub> <mi>T</mi> <mn>1</mn> </msub> <msub> <mi>T</mi> <mn>4</mn> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>P</mi> <mn>1</mn> </msub> <msub> <mi>P</mi> <mn>4</mn> </msub> <msub> <mi>T</mi> <mn>2</mn> </msub> <msub> <mi>T</mi> <mn>3</mn> </msub> </mrow> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>P</mi> <mn>1</mn> </msub> <msub> <mi>T</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>P</mi> <mn>2</mn> </msub> <msub> <mi>T</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>)</mo> <mo>(</mo> <msub> <mi>P</mi> <mn>3</mn> </msub> <msub> <mi>T</mi> <mn>4</mn> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>P</mi> <mn>4</mn> </msub> <msub> <mi>T</mi> <mn>3</mn> </msub> <mo>)</mo> </mrow> </mfrac> <msub> <mi>V</mi> <mi>d</mi> </msub> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>

其中，经计算获得的被测容积大小的V是经过温度补偿的结果。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在进行测量的过程中，利用温度控制***保持正压漏孔校准***处于温度恒定的环境中。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤五之前，将步骤二～步骤四执行多次，获得多组P₁、T₁、P₂、T₂；步骤五也执行多次，获得多组P₃、T₃、P₄、T₄；采用一组P₁、T₁、P₂、T₂、P₃、T₃、P₄、T₄代入式(1)计算一个V，多组数据计算获得多个V取均值作为最后结果。