磁浮式低温流体密度测量装置制造方法及图纸

一种磁浮式低温流体密度测量装置，包括：真空屏蔽腔以及由外而内依次套设于其内部的冷却屏、中间腔和样品腔，其中：样品腔内部从上至下设置有永磁铁、浮子支架、浮子、位移传感器；样品腔外部为同一真空环境的中间腔，该中间腔为半开结构且与真空屏蔽腔连通；真空屏蔽腔外部位于样品腔的正上方，从下至上依次设有电磁铁和精密天平，待测流体承装在样品腔中。本装置采用无磁性样品腔搭配磁浮方法进行低温流体密度测量，解决了常规密度测量方法无法解决的低温、高压问题，具有快速降温，长效保温，精准控温的优点，满足密度测量对温度压力的稳定要求。本发明专利技术提出的减震结构，能够满足密度测量对机械结构的稳定要求。具有良好的拓展性。展性。展性。

【技术实现步骤摘要】
磁浮式低温流体密度测量装置


[0001]本专利技术涉及的是一种密度检测领域的技术，具体是一种适用于80
‑
350K，0
‑
15MPa，20
‑
2000kg/m3的磁浮式低温流体密度测量装置。

技术介绍

[0002]精确测量低温流体的密度仍然存在诸多问题，其中最关键的有二。其一，低温密度测量需要实现样品从低温到室温的宽范围精确控温，大温差下必须保证极小漏热从而避免气液相变，控温精确，与常温存在显著区别。其二，存放被测流体样本的固体容器在低温下热收缩效应明显，常规的称量法无法保证液体体积(容器容积)测量的准确性。

技术实现思路

[0003]本专利技术针对现有技术存在的上述不足，提出一种磁浮式低温流体密度测量装置，采用无磁性样品腔搭配磁浮方法进行低温流体密度测量，解决了常规密度测量方法无法解决的低温、高压问题，具有快速降温，长效保温，精准控温的优点，满足密度测量对温度压力的稳定要求。本专利技术提出的减震结构，能够满足密度测量对机械结构的稳定要求。具有良好的拓展性。
[0004]本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0005]本专利技术涉及一种磁浮式低温流体密度测量装置，包括：真空屏蔽腔以及由外而内依次套设于其内部的冷却屏、中间腔和样品腔，其中：样品腔内部从上至下设置有永磁铁、浮子支架、浮子、位移传感器；样品腔外部为同一真空环境的中间腔，该中间腔为半开结构且与真空屏蔽腔连通；真空屏蔽腔外部位于样品腔的正上方，从下至上依次设有电磁铁和精密天平，待测流体承装在样品腔中。
[0006]所述的真空屏蔽腔与冷却屏之间为真空环境，用于绝热。
[0007]所述的冷却屏上设有加热装置，用于控制冷却屏温度。
[0008]所述的冷却屏包裹在中间腔外部，中间腔和样品腔之间为真空环境。
[0009]所述的样品腔外部设有电加热器，用于控制腔体温度。
[0010]所述的浮子和浮子支架，整体都由硅材料构成，不具备磁性，不与磁场相互作用。
[0011]所述的浮子为光滑球状且表面经抛光处理，以降低表面的吸附力在力学测量中引起的误差。
[0012]所述的浮子与浮子支架的尺寸相适配，以保证称量过程中，浮子的重力、浮力不会与浮子支架作用产生其他方向的分力，降低了力的传递的误差，确保了称量的准确性。
[0013]所述的缓冲罐由铍铜合金制成，用于和样品腔连通。缓冲罐的作用是在样品腔外部形成温度、压力都可控的流体环境，再通过细管与样品腔形成统一组分。细管的外界是真空屏蔽腔，因此可以认为样品腔四周只有细管一个接触漏热途径。缓冲罐的设置避免了直接从外界向样品腔输入流体，从流体传输的过程上减少了热、质损失。
[0014]所述的真空屏蔽腔、样品腔的腔体采用铍铜材料制作，需要维持真空度5Pa，耐压
15MPa，耐低温77K
‑
350K。
[0015]本专利技术涉及一种基于上述磁浮式低温流体密度测量装置的密度测量方法，首先对缓冲罐进行充注，待流体浸没样品腔后控制外部压力源降压，并加热样品腔，利用低温流体沸点低的特性使之气化逸出，达到清洗的目的；清洗2
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3次后，装样降温进行测量；测量结束后，通过降压、加热的方式除去样品腔内残留的低温流体。技术效果
[0016]本专利技术通过已标定浮子的重力，和精密天平测量的磁铁磁力的组合，间接获得待测流体为浮子提供的浮力。结合已标定浮子的体积，计算得出待测流体的密度。与现有技术相比，本专利技术能够有效规避低温流体测量所面临的容器热收缩问题，精确获得给定工况温度、压力下的低温流体密度。
附图说明
[0017]图1为本专利技术结构示意图；
[0018]图2为本专利技术管路示意图；
[0019]图3为样品腔示意图；
[0020]图中：分析天平1、天平罩2、压力传感器3、进/出样口4、液位传感器5、缓冲罐6、中间腔电加热丝7、中间腔介质通道8、电磁铁9、永磁铁10、浮子11、位移传感器12、温度传感器13、减震结构14、真空口15、介质入口16、波纹管17、冷源18、隔断19、样品腔电加热丝20、样品腔介质通道21、样品腔22、中间腔23、真空屏蔽腔24、冷却屏25、浮子支架26、加液阀门F1、出液阀门F2、真空泵F3、真空航插接头F4、六转三变径接头F5、四通接头F6、阀门V1
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V8。
具体实施方式
[0021]如图1所示，为本实施例涉及的一种磁浮式低温流体密度测量装置，包括：真空屏蔽腔24以及由外而内依次套设于其内部的冷却屏25、中间腔23和样品腔22，其中：样品腔内部从上至下设置有永磁铁10、浮子支架26、浮子11、位移传感器12；样品腔22外部是同一真空环境的中间腔23，真空屏蔽腔24外部对应样品腔22的正上方，从下至上依次设有电磁铁9和分析天平1，待测流体承装在样品腔22中。
[0022]所述的真空屏蔽腔与冷却屏之间、中间腔和样品腔之间均为真空环境，用于绝热。
[0023]所述的冷却屏上设有加热装置，用于控制冷却屏温度。
[0024]所述的真空屏蔽腔外部设有减振机构。
[0025]所述的样品腔外部设有电加热器，用于控制腔体温度。
[0026]本实施例涉及一种基于上述装置的标定方法，包括：
[0027]步骤1)测量环境抽真空：首先对真空屏蔽腔进行抽真空，依次打开阀门V1
‑
V4且其他阀门关闭，通过阀门V1连接真空泵进行抽气，将天平罩2、进样管和真空屏蔽腔24都抽至真空环境5Pa以下。最后关闭阀门V1
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V4，维持真空屏蔽腔24内和管路的真空度。
[0028]步骤2)标定浮子体系质量：当样品腔22处于真空状态下，初始时刻t
00
，天平示数为电磁铁9及其附属物的视重W
00
。空载时刻t
01
，电磁铁9通电达到某一功率，永磁铁10在电磁铁9的作用下向上拉起浮子支架26，二者共同悬浮于待测流体中，天平示数为电磁铁9及其附属物、永磁铁10、浮子支架26三者视重之和W
01
。满载时刻t
02
，电磁铁9通电达到某一功率，
永磁铁10在电磁铁9的作用下继续向上，带动浮子支架26和浮子11三者共同悬浮于待测流体中，天平示数为电磁铁9及其附属物、永磁铁10、浮子支架26、浮子11四者视重之和W
02
，从而得到浮子质量其中：浮子视重W
0铈
‑
W
02
、浮子质量m、当地重力加速度g。
[0029]步骤3)装填已知参考流体或样品：打开进样阀门V8，填充样品。样品进入后，清洗、填充样品腔22。关闭进样阀门V8，从出样阀门V9排出样品。重复该过程2
‑
3次后，正式装入样品，进行控温控压。
[0030]步骤4)控温控压：冷却介质从冷源18，在本实施例中为77K液氮池通过进液阀门本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁浮式低温流体密度测量装置，其特征在于，包括：真空屏蔽腔以及由外而内依次套设于其内部的冷却屏、中间腔和样品腔，其中：样品腔内部从上至下设置有永磁铁、浮子支架、浮子、位移传感器；样品腔外部为同一真空环境的中间腔，该中间腔为半开结构且与真空屏蔽腔连通；真空屏蔽腔外部位于样品腔的正上方，从下至上依次设有电磁铁和精密天平，待测流体承装在样品腔中。2.根据权利要求1所述的磁浮式低温流体密度测量装置，其特征是，所述的冷却屏上设有加热装置，用于控制冷却屏温度。3.根据权利要求1所述的磁浮式低温流体密度测量装置，其特征是，所述的冷却屏包裹在中间腔外部，中间腔和样品腔之间为真空环境。4.根据权利要求1所述的磁浮式低温流体密度测量装置，其特征是，所述的样品腔外部设有电加热器，用于控制腔体温度。5.根据权利要求1所述的磁浮式低温流体密度测量装置，其特征是，所述的浮子和浮子支架，整体都由硅材料构成，不具备磁性。6.根据权利要求1所述的磁浮式低温流体密度测量装置，其特征是，所述的浮子为类球形结构且表面经抛光处理，浮子与浮子支架的尺寸相适配，以保证称量过程中，浮子的重力、浮力不会与浮子支架作用产生其他方向的分力，降低了力的传递的误差，确保了称量的准确性。7.根据权利要求1所述的磁浮式低温流体密度测量装置，其特征是，所述的缓冲罐由铍铜合金制成，用于和样品腔连通；所述的真空屏蔽腔、样品腔的腔体采用铍铜材料制作以维持真空度5Pa，耐压15MPa，耐低温77K
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350K。8.一种基于权利要求1
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7中任一所述磁浮式低温流体密度测量装置的密度测量方法，其特征在于，首先对缓冲罐进行充注，待流体浸没样品腔后控制外部压力源降压，并加热样品腔，利用低温流体沸点低的特性使之气化逸出，达到清洗的目的；清洗2
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3次后，装样降温进行测量；测量结束后，通过降压、加热的方式除去样品腔内残留的低温流体。9.根据权利要求8所述的密度测量方法，其特征是，具体包括：标定过程和测量过程，其中：标定过程包括：步骤1)测量环境抽真空：首先对真空屏蔽腔进行抽真空，依次打开阀门且其他阀门关闭，通过阀门连接真空泵进行抽气，将天平罩、进样管和真空屏蔽腔都抽至真空环境5Pa以下；最后关闭阀门，维持真空屏蔽腔内和管路的真空度；步骤2)标定浮子体系质量：当样品腔处于真空状态下，初始时刻t
00
，天平示数为电磁铁及其附属物的视重W
00
；空载时刻t
01
，电磁铁通电达到某一功率，永磁铁在电磁铁的作用下向上拉起浮子支架，二者共同悬浮于待测流体中，天平示数为电磁铁及其附属物、永磁铁、浮子支架三者视重之和W
01
；满载时刻t
02
，电磁铁通电使得永磁铁在电磁铁的作用下继续向上，带动浮子支架和浮子三者共同悬浮于待测流体中，天平示数为电磁铁及其附属物、永磁铁、浮子支架、浮子四者视重之和W
02
，从而得到浮子质量其中：浮子视重W
01
‑
W
023
、浮子质量m、当地重力加速度g；步骤3)装填已知参考流体或样品：打开进样阀门，填充样品；样品进入后，清洗、填充样
品腔；关闭进样阀门，从出样阀门排出样品；重复该过程2
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3次后，正式装入样品，进行控温控压；步骤4)控温...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄永华，孙佳东，杨逸伦，刘伟，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：