一種氣瓶體積膨脹精確測量裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種測量裝置，具體地，涉及一種氣瓶體積膨脹精確測量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]氣體成分分析廣泛存在于工業(yè)和大氣環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域。為保證測量結(jié)果的可靠性，通常需要濃度已知的標(biāo)準(zhǔn)混合氣體對分析儀器的示值進(jìn)行校準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)混合氣體的配制主要有兩種，周澤義、梁建平、蓋良京等在《擴(kuò)散管標(biāo)準(zhǔn)氣體及其動態(tài)配氣方法的研究》中提出的動態(tài)發(fā)生法和《IS06142氣體分析、標(biāo)定用混合氣體的制備、稱重法》中提出的稱量法兩種。稱量法制備標(biāo)準(zhǔn)混合氣體的一般做法是通過一個配氣裝置將確定質(zhì)量的不同種類的原料氣體充入到氣瓶中，不同種類的氣體在氣瓶內(nèi)混合，得到目標(biāo)濃度的標(biāo)準(zhǔn)混合氣體。
[0003]加入到氣瓶中的原料氣的質(zhì)量是通過稱量充氣前后氣瓶的質(zhì)量差得到的。當(dāng)氣瓶充入一定質(zhì)量的氣體后，氣瓶的體積會略有膨脹，該膨脹的體積量會導(dǎo)致氣瓶在空氣中的浮力增大。為了實現(xiàn)精確的稱量，必須將該浮力影響扣除到，因此需要準(zhǔn)確評估氣瓶體積在充氣后的膨脹情況。目前《ISO 6142氣體分析、標(biāo)定用混合氣體的制備、稱重法》中給出的參考數(shù)據(jù)是:對于5L的氣瓶，充氣壓力到150MPa時的氣瓶體積膨脹是20mL ;而文獻(xiàn)《A.Alinkand A.Μ.H.van der Veen.Uncertainty calculat1ns for the preparat1n of primarygas mixtures.Metrologia, 2000，37 (6): 641?650》給出的參考數(shù)據(jù)是:對于5L的招合金氣瓶，充氣壓力達(dá)到12MPa時的氣瓶體積膨脹是(12±l)mL?？梢妰蓚€文獻(xiàn)中的數(shù)據(jù)有很大的差距，而且沒有說明各是用何方法測量的。另外，我國標(biāo)準(zhǔn)氣體行業(yè)普遍使用的是4L和8L的鋁合金氣瓶，國外文獻(xiàn)上的數(shù)據(jù)參考性不強(qiáng)。
[0004]再有，在標(biāo)準(zhǔn)氣體充裝和制備過程中，每種原料氣并不是都充入12MPa或者15MPa。實際上氣瓶內(nèi)氣體壓力的增加與充入氣體的質(zhì)量有著緊密的關(guān)系。例如，在室溫約25°C時，使用4L招合金氣瓶制備5% (mol/mol)的氮?dú)庵幸谎趸蓟旌蠚怏w。首先需要向氣瓶中充入原料氣一氧化碳的質(zhì)量約22.6g，而氣瓶內(nèi)氣體壓力的增加值約為0.5MPa，然后再向氣瓶內(nèi)充入原料氣氮?dú)獾馁|(zhì)量約429.4g，氣瓶內(nèi)氣體壓力又在0.5MPa的基礎(chǔ)上再增加9.5MPa，最后總壓力達(dá)到lOMPa。可見在此充裝過程中，每個原料氣充裝后氣瓶內(nèi)氣體壓力的增加值都明顯小于文獻(xiàn)的參考值，所以直接使用參考數(shù)據(jù)可能會造成空氣浮力修正的不準(zhǔn)確，進(jìn)而導(dǎo)致氣瓶稱量結(jié)果的不準(zhǔn)確。
[0005]要想準(zhǔn)確知道每種氣瓶在充入不同壓力的氣體后，氣瓶的體積是如何變化的，必須對不同充壓情況下氣瓶的體積進(jìn)行準(zhǔn)確的測量，但是目前國內(nèi)外還沒有報道過此類裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明旨在精確測量不同類型的氣瓶，在充入不同壓力的氣體后，氣瓶體積的變化情況，進(jìn)而可以建立該類氣瓶體積增加值與氣瓶內(nèi)氣體壓力增加值的相關(guān)曲線，實現(xiàn)在不同充壓情況下，氣瓶體積膨脹的精確估算，從而可以準(zhǔn)確計算氣瓶在充裝氣體后空氣浮力的增加值，準(zhǔn)確修正空氣浮力對氣瓶稱量結(jié)果的影響。
[0007]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下:
[0008]—種氣瓶體積膨脹精確測量裝置包括水倉部分、液面測量部分和充氣控制部分，其中，所述水倉部分包括水倉上蓋、水倉主體和水倉底座，所述水倉上蓋與水倉主體之間夾有法蘭密封，水倉上蓋的中心處設(shè)有一圓形開口，水倉主體的側(cè)壁上設(shè)有L型的支管，水倉主體的內(nèi)部還密封有待測氣瓶；
[0009]所述液面測量部分包括帶有精密刻度的液體測量裝置和第二橡膠塞，所述液體測量裝置通過第二橡膠塞密封固定連接在支管的水平開口處，利用移液管直接測量氣瓶體積膨脹數(shù)值，因為移液管上有精密的刻度，而且刻度不存在零點(diǎn)漂移等問題，由此使得結(jié)構(gòu)設(shè)計上更簡單、操作更方便、測量更精確；
[0010]所述充氣控制部分包括瓶裝高壓氣源、第一管路、入口截止閥、入口針閥、壓力表、出口針閥、出口截止閥、第二管路和第三管路組成，所述瓶裝高壓氣源通過第一管路與十字形的第二管路相連接，第二管路的水平管路上依次連接有入口截止閥、入口針閥、出口針閥和出口截止閥，利用入口針閥和出口針閥可以精確控制向待測氣瓶內(nèi)充入氣體的速度和氣瓶內(nèi)的壓力，而且可以利用入口截止閥和出口截止閥，使氣瓶內(nèi)的氣體壓力停止在任意的壓力點(diǎn)，從而可以方便的測量在不同充裝壓力下氣瓶的體積膨脹情況；所述第二管路的垂直管路穿過第一橡膠塞密封固定在水倉上蓋的開口處，所述第二管路的垂直管路的一端與壓力表相連接，另一端通過第三管路與待測氣瓶相連接。
[0011]優(yōu)選的，所述支管的水平開口處的高度低于水倉上蓋的高度，以便水倉加滿水后，支管內(nèi)的水可以上升至液面測量部分。
[0012]優(yōu)選的，所述法蘭密封為中間夾有橡膠圈的法蘭密封，使水倉上蓋與水倉主體連接的更加緊密。
[0013]優(yōu)選的，所述水倉主體為一個圓柱形水缸，所述水倉上蓋的形狀為半球型，以保證向水倉內(nèi)注水時不會留下大量氣泡。
[0014]優(yōu)選的，所述液體測量裝置是最小刻度為0.1mL的50mL移液管。
[0015]優(yōu)選的，所述第一管路為1/16’英寸或1/8’英寸不銹鋼管路，以減少管道應(yīng)力對充氣控制部分結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響；所述第二管路為1/4’英寸不銹鋼管路，使該部分結(jié)構(gòu)穩(wěn)定；所述第三管路為1/16’英寸不銹鋼管路，方便氣瓶在水倉主體內(nèi)的移動。
[0016]優(yōu)選的，所述水倉主體內(nèi)裝滿自來水或者純凈水。
[0017]優(yōu)選的，所述瓶裝高壓氣源內(nèi)的高壓氣體為惰性氣體，不會影響到氣瓶內(nèi)表面的化學(xué)性質(zhì)。
[0018]此外，瓶裝高壓氣源內(nèi)的氣體壓力要足夠大(例如40L的高純氮?dú)?，?nèi)部壓力15MPa)，確保向待測氣瓶充氣后，待測氣瓶內(nèi)氣體的最大壓力可以達(dá)到1MPa及以上。壓力表的量程要大于或者等于瓶裝高壓氣源內(nèi)氣體的最大壓力，精度不低于0.1MPa0
[0019]本發(fā)明的氣瓶體積膨脹精確測量裝置的使用方法如下:
[0020]步驟一，精確測量不同類型的氣瓶在充入不同壓力的氣體后，氣瓶體積的增加情況，記錄數(shù)據(jù)；
[0021]步驟二，利用步驟一中記錄的數(shù)據(jù)建立該類氣瓶體積增加值與氣瓶內(nèi)氣體壓力增加值的相關(guān)曲線，從而得到該類氣瓶的體積膨脹系數(shù)；
[0022]步驟三，根據(jù)步驟二中得到的體積膨脹系數(shù)精確估算在不同充壓情況下的氣瓶膨脹體積，從而可以準(zhǔn)確計算氣瓶在充裝氣體后空氣浮力的增加值，準(zhǔn)確修正空氣浮力對氣瓶稱量結(jié)果的影響。
[0023]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明的結(jié)構(gòu)更加安全，可靠，測量結(jié)果更加直觀精準(zhǔn)；并可以通過精確測量不同類型的氣瓶，在充入不同壓力的氣體后，氣瓶體積的增加情況，建立該類氣瓶體積增加值與氣瓶內(nèi)氣體壓力增加值的相關(guān)曲線，得到該類氣瓶的體積膨脹系數(shù)，并根據(jù)該體積膨脹系數(shù)可以實現(xiàn)在不同充壓情況下，氣瓶體積膨脹的精確估算，從而可以準(zhǔn)確計算氣瓶在充裝氣體后空氣浮力的增加值，準(zhǔn)確修正空氣浮力對氣瓶稱量結(jié)果的影響，解決了在稱量法氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研制過程中氣瓶體積膨脹無法精確估算的問題。
【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明的氣瓶體積膨脹精確測量裝置的示意圖。
【具體實施方式】
[0025]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。
[0026]如圖1所示，本發(fā)明提供了一種氣瓶體積膨脹精確測量裝置包括水倉部分100、液面測量部分200和充氣控制部分300，其中，所述水倉部分100包括水倉上蓋10、水倉主體13和水倉底座15，所述水倉上蓋10與水倉主體13之間夾設(shè)有法蘭密封11，水倉上蓋10的中心處設(shè)有一開口，水倉主體13的側(cè)壁上設(shè)有L型的支管16，水倉主體13的內(nèi)部還密封有待測氣瓶14 ；
[0027]所述液面測量部分200包括帶有精密刻度的液體測量裝置18和第二橡膠塞17，所述液體測量裝置18通過第二橡膠塞17密封固定連接在支管16的水平開口處，利用移液管直接測量氣瓶體積膨脹數(shù)值，因為移液管上有精密的刻度，而且刻度不存在零點(diǎn)漂移等問題，由此使得結(jié)構(gòu)設(shè)計上更簡單、操作更方便、而且測量更精確；
[0028]所述充氣控制部分300括瓶裝高壓氣源1、第一管路2、入口截止閥3、入口針閥4、壓力表5、出口針閥6、出口截止閥7、