一种氢原子频标氢气流量的测量装置及其方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种氢原子频标氢气流量的测量装置及其方法，所述装置包括：测量管，氢气提纯管连通于所述测量管底部侧壁；测量电路，设置于所述测量管上，被配置为响应于电源电压采集测量电压；处理模块，基于所述测量电压得到氢气经由氢气提纯管流向所述测量管的氢气流量。本发明专利技术能够对氢气流量进行精准的测量。

【技术实现步骤摘要】
一种氢原子频标氢气流量的测量装置及其方法
本专利技术涉及气体计量
，特别是涉及一种氢原子频标氢气流量的测量装置及其方法。
技术介绍
氢原子频标将本地振荡器的频率锁定到氢原子基态的超精细能级跃迁谱线上，使本地振荡器输出一个高稳定度和高准确度的频率信号，现已被广泛应用于守时、定位等领域。在频率锁定过程中，氢气流量会通过影响氢原子谱线Q值(品质因数)，从而限制氢原子频标的长期频率稳定度。因此测量氢气流量对提高氢原子频标的性能具有重要意义。现有方案中，利用盘绕在陶瓷内部的镍管作为工业氢气的提纯器。实际工作中镍分子晶格在高温下膨胀，分子间距增加，较小的氢分子可以透过管壁进入真空系统，而其他气体分子无法透过，从而实现氢气的提纯。为保证进入真空系统的流量稳定，现有方案采用恒压源(或恒流源)对镍提纯器加热。这种方案虽然保证了氢气的纯净，但是在这种方案中并没有直接物理量来表征或者反映出氢气流量的大小，进而对镍提纯器的加热电压(电流)进行反馈控制。当外界温度变化时，镍管提纯器的阻值就会随之变化，进而引起氢气流量的起伏。同时氢源中压力也会随外界温度的变化而变化，从而引起氢气流量的涨落。因此这种方案并不能满足氢气流量长期稳定的需求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种氢原子频标氢气流量的测量装置及其方法，能够精准的对氢气流量进行测量。为达到上述目的，本专利技术第一方面提出一种氢原子频标氢气流量的测量装置，包括：测量管，氢气提纯管连通于所述测量管底部侧壁；测量电路，设置于所述测量管上，被配置为响应于电源电压采集测量电压；处理模块，基于所述测量电压得到氢气经由氢气提纯管流向所述测量管的氢气流量。优选地，所述测量电路包括：电源，用于提供电源电压；测量电阻，位于所述测量管底部内且处于氢气经由氢气提纯管流向所述测量管的流通路径中，其第二端与所述电源的第一端连接；参考电阻，位于所述测量管顶部内，其第一端与所述测量电阻的第二端连接；第一电阻，位于所述测量管外部，其第一端与所述参考电阻的第二端连接，所述第一电阻的第一端与电源的第二端连接；第二电阻，位于所述测量管外部，其第一端与所述第所述电源的第二端连接；其第二端与所述测量电阻的第一端连接；电压采集模块，其第二端与所述测量电阻的第一端连接，其第一端与所述参考电阻的第二端连接。优选地，所述测量管外壁覆盖有保温层。优选地，所述测量管通过法兰与氢气提纯管连接。本专利技术第二方面提出一种氢原子频标氢气流量的测量方法，所述方法包括：通过所述测量电路获取测量电压；处理模块基于所述测量电压得到氢气经由氢气提纯管流向测量管的氢气流量。优选地，通过下式可得到氢气经由氢气提纯管流向测量管的氢气流量：其中，M为氢气流量，UAB为测量电压，R01为第一电阻的阻值，R02为第二电阻的阻值，R2为参考电阻的阻值，R1为测量电阻的阻值，Cp为氢气比热容，T0为测量电阻在氢气没有流向测量管时的初始温度，TM为氢气的温度。优选地，所述R1可由下式得到：其中，U1为电源电压。本专利技术的有益效果如下：本专利技术所述技术方案具有原理明确、设计简单的优点，基于惠斯通电桥电路原理和热消散效应来对氢气流量进行精准的测量，结构简单，易于安装，节省生产成本，解决现有方案无法测量氢气流量的问题，使用寿命长，能够长期的对氢气流量进行测量。附图说明下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明。图1示出本专利技术的一个实施例中的氢原子频标氢气流量的测量装置的示意图；图2示出本专利技术的一个实施例中的氢原子频标氢气流量的测量方法的流程图。具体实施方式为了更清楚地说明本专利技术，下面结合优选实施例和附图对本专利技术做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本专利技术的保护范围。氢原子频标将本地振荡器的频率锁定到氢原子基态的超精细能级跃迁谱线上，使本地振荡器输出一个高稳定度和高准确度的频率信号，现已被广泛应用于守时、定位等领域。在频率锁定过程中，氢气流量会通过影响氢原子谱线Q值(品质因数)，从而限制氢原子频标的长期频率稳定度。因此测量氢气流量对提高氢原子频标的性能具有重要意义。现有方案中，利用盘绕在陶瓷内部的镍管作为工业氢气的提纯器。实际工作中镍分子晶格在高温下膨胀，分子间距增加，较小的氢分子可以透过管壁进入真空系统，而其他气体分子无法透过，从而实现氢气的提纯。为保证进入真空系统的流量稳定，现有方案采用恒压源(或恒流源)对镍提纯器加热。这种方案虽然保证了氢气的纯净，但是在这种方案中并没有直接物理量来表征或者反映出氢气流量的大小，进而对镍提纯器的加热电压(电流)进行反馈控制。当外界温度变化时，镍管提纯器的阻值就会随之变化，进而引起氢气流量的起伏。同时氢源中压力也会随外界温度的变化而变化，从而引起氢气流量的涨落。因此这种方案并不能满足氢气流量长期稳定的需求。图1为本专利技术提出的一个实施例中的氢原子频标氢气流量的测量装置，能够对氢气流量进行精准的测量，如图1所示，该装置包括：测量管，氢气提纯管连通于所述测量管底部侧壁；测量电路，设置于所述测量管上，被配置为响应于电源电压采集测量电压；处理模块，基于所述测量电压得到氢气经由氢气提纯管流向所述测量管的氢气流量。在这里，测量管的形状在本专利技术内不做限定，示例性的，在图1中，测量管可以为倒梯形结构，其底部一端通过侧壁与氢气提纯管进行连通，其底部另一端通过侧壁与电离泡进行连通，在工作时，氢气可通过氢气提纯管流动至测量管内，从而测量管内的测量电路会输出一个测量电压，处理模块基于此测量电压来得到氢气经由氢气提纯管流向测量管的氢气流量，结构简单，方案易于实现。在本实施例的一个优选的实施方式中，所述测量电路包括：电源，用于提供电源电压；测量电阻，位于所述测量管底部内且处于氢气经由氢气提纯管流向所述测量管的流通路径中，其第二端与所述电源的第一端连接；参考电阻，位于所述测量管顶部内，其第一端与所述测量电阻的第二端连接；第一电阻，位于所述测量管外部，其第一端与所述参考电阻的第二端连接，所述第一电阻的第一端与电源的第二端连接；第二电阻，位于所述测量管外部，其第一端与所述第所述电源的第二端连接；其第二端与所述测量电阻的第一端连接；电压采集模块，其第二端与所述测量电阻的第一端连接，其第一端与所述参考电阻的第二端连接。从图1中可知，测量电阻位于测量管底部，并且处于氢气经由氢气提纯管流向所述测量管的流通路径中，具体的，为了将测量电阻固定在测量管内，可以将测量电阻的两端引出焊接线，焊接于测量管底部侧壁上，这样能够使得氢气从氢气提纯管进入到测量管时，充分与测量电阻接触，参考电阻以及测量电阻均为热敏电阻，由于氢气具有一定的温度，所以测量电阻与氢气之间会发生热交换，从而改变测量电阻的温度，当测量电阻的温度改变时，测量电阻的电阻也就会发生变化，参考电阻位于测量管顶部内，具体的，为了将参考电阻固定在测量管内，可以从从参考电阻的两端引出焊接线，焊接于测量管顶部侧壁上，由于参考电阻处于测量管顶部，没有处于氢气从氢气提纯管进入到测量管的流通路径中，所以参考电阻的温度与测量管道内的温度相同，第一电阻、第二电阻、测量电阻以及参考电阻能够组成惠斯顿电桥电路，测量电阻的电阻值的变化率可通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氢原子频标氢气流量的测量装置，其特征在于，包括：测量管，氢气提纯管连通于所述测量管底部侧壁；测量电路，设置于所述测量管上，被配置为响应于电源电压采集测量电压；处理模块，基于所述测量电压得到氢气经由氢气提纯管流向所述测量管的氢气流量。

【技术特征摘要】
1.一种氢原子频标氢气流量的测量装置，其特征在于，包括：测量管，氢气提纯管连通于所述测量管底部侧壁；测量电路，设置于所述测量管上，被配置为响应于电源电压采集测量电压；处理模块，基于所述测量电压得到氢气经由氢气提纯管流向所述测量管的氢气流量。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述测量电路包括：电源，用于提供电源电压；测量电阻，位于所述测量管底部内且处于氢气经由氢气提纯管流向所述测量管的流通路径中，其第二端与所述电源的第一端连接；参考电阻，位于所述测量管顶部内，其第一端与所述测量电阻的第二端连接；第一电阻，位于所述测量管外部，其第一端与所述参考电阻的第二端连接，所述第一电阻的第一端与电源的第二端连接；第二电阻，位于所述测量管外部，其第一端与所述第所述电源的第二端连接；其第二端与所述测量电阻的第一端连接；电压采集模块，其第二端与所述测量电阻的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王秀梅，周铁中，张程源，吴琼，陈强，黄健，王孟芝，刘亚轩，高连山，
申请(专利权)人：北京无线电计量测试研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11