【技术实现步骤摘要】
一种氢比热测量装置及方法
[0001]本专利技术涉及氢物性测试领域，特别涉及一种氢比热测量装置及方法
。
技术介绍
[0002]常规比热测量主要有差热分析法
、
脉冲加热法
、
流动量热法和热弛豫法等
。
差热分析法中测量物与参比物加载相同热量时，因为吸热能力不同，故各自温升曲线会表现出差异，通过测定两者之间温度差来确定被测物的比热容，但差热分析法多用于固体比热的测量，并且针对氢工质没有较好的参比物，测试结果的稳定性和重复率比较差
。
脉冲加热法的测量原理是待测试样被脉冲电流加热，在脉冲加热时间内，试样温度变化用电阻率的变化来表示，但仅适用于导电和导热良好的固体，无法适用于氢物性测量
。
流动量热法是通过工质在一定流量下流经量热器
(
加热装置
+
功率表
)
时被加热，根据流体温升，得到工质比热，但该方法受流量测量精度影响，且流体内温度均匀性较差，导致测试精度低
。
热弛豫法通过热传导作用把热量加载到容器和测试样品，记录从开始升温到温度稳定这一过程的时间和工质最终温度，得到物质的热扩散系数，计算得到在该升温过程中工质的平均比热容，但该方法对待测试样和容器温度的均匀性要求比较高，精度较差
。
因此，如何设计适用于气氢
、
液氢
、
超临界氢等的高精度氢比热测量装置至关重要
。
技术实现思路
[00...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.
一种氢比热测量装置，其特征在于，包括低温杜瓦
(1)、
氢源罐
(18)
和恒温水浴池
(19)
；低温杜瓦
(1)
的内腔中设有用于盛装待测量氢样品的样品腔
(2)
，样品腔
(2)
外部通过依次包覆内层冷屏
(8)
和外层冷屏
(9)
减少样品腔
(2)
和低温杜瓦
(1)
之间的辐射换热；样品腔
(2)
为薄壁圆球形瓶体结构，样品腔
(2)
外部包裹绝热壳体；样品腔
(2)
内部设置有样品腔压力传感器
(6)
和样品腔温度传感器
(7)
，分别用于测量腔内氢样品对应的压力和温度数据；样品腔
(2)
外部的绝热壳体上安装有第一电加热组件
(3)
，样品腔
(2)
内部安装有第二电加热组件
(5)
，当样品腔
(2)
被第二电加热组件
(5)
加热升温时绝热壳体被第一电加热组件
(3)
加热随样品腔
(2)
同步升温；样品腔
(2)
顶部伸出绝热壳体且出口处设有样品腔堵头
(4)
，不锈钢毛细管
(10)
的一端穿过样品腔堵头
(4)
连通样品腔
(2)
内部，另一端伸出低温杜瓦
(1)
后依次连接电磁阀
(14)
和氢气放空阀
(15)
；不锈钢毛细管
(10)
在低温杜瓦
(1)
内部的部分安装有多道水平布置的防辐射冷屏
(11)
；样品加注管路
(16)
依次连接氢源罐
(18)、
样品加注阀
(17)
后接入电磁阀
(14)
和氢气放空阀
(15)
之间的不锈钢毛细管
(10)
，用于在电磁阀
(14)
和样品加注阀
(17)
开启时将氢源罐
(18)
中的氢样品转移至样品腔
(2)
内部；恒温水浴池
(19)
用于提供恒温环境，标准容器
(20)
设置在恒温水浴池
(19)
中且与池内介质构成换热；标准容器
(20)
通过标准容器进气阀
(21)
连接至电磁阀
(14)
和氢气放空阀
(15)
之间的不锈钢毛细管
(10)
；标准容器
(20)
内设置有标准容器压力传感器
(22)
和标准容器温度传感器
(23)
，用于对标准容器
(20)
内部的氢样品压力和温度进行实时测量
。2.
如权利要求1所述的氢比热测量装置，其特征在于，还包括控制器
(13)
，所述第一电加热组件
(3)、
第二电加热组件
(5)、
样品腔压力传感器
(6)、
样品腔温度传感器
(7)、
电磁阀
(14)、
标准容器压力传感器
(22)、
标准容器温度传感器
(23)
均通过信号及电源线
(12)
连接至控制器
(13)
，从而实现压力
、
温度参数的自动测量以及电磁阀
(14)
的开启控制
。3.
如权利要求1所述的氢比热测量装置，其特征在于，所述恒温水浴池
(19)
上设置带有循环泵
(25)
的水浴循环管路
(24)。4.
如权利要求1所述的氢比热测量装置，其特征在于，所述样品腔温度传感器
(7)
和标准容器温度传感器
(23)
均采用
Lakeshore Cernox
温度传感器，且传感器信号线采用低热导率的磷铜导线
。5.
如权利要求1所述的氢比热测量装置，其特征在于，所述第一电加热组件
(3)
采用聚酰亚胺电加热膜，所述第二电加热组件
(5)
采用电加热丝
。6.
如权利要求1所述的氢比热测量装置，其特征在于，所述样品加注管路
(16)
采用真空绝热管
。7.
如权利要求1所述的氢比热测量装置，其特征在于，所述不锈钢毛细管
(10)
外部固定套设有铜套管，防辐射冷屏
(11)
焊接在铜套管上；所述氢比热测量装置中电气设备均采用防爆设计
。8.
如权利要求1所述的氢比热测量装置，其特征在于，所述恒温水浴池
(19)
中设置多个真空的标准容器，各标准容器通过毛细管并联连接于不锈钢毛细管
(10)
上，且相互之间能够通过阀门控制连通关系
。
9.
一种利用如权利要求1～8任一所述氢比热测量装置的氢比热测量方法，其特征在于，用于测量温度为
T
s
，压力为
P
s
的单个目标状态点的氢样品比热系数
C
v
，测量方式如下：
S101、
打开电磁阀
(14)
和样品加注阀
(17)
，将来自氢源罐
(18)
的液态氢样品输低温杜瓦
(1)
的样品腔
(2)
，充满样品腔
(2)
且样品腔压力传感器
(6)
的读数高于
P
s
时完成加注，关闭电磁阀
(14)
和样品加注阀
(17)
；
S102、
打开氢气放空阀
(15)
，控制器
(13)
通过控制第一电加热组件
(3)
的功率及电磁阀
(14)
的开度，使样品腔温度传感器
(7)
测得的温度稳定在
T
s
，样品腔压力传感器
(6)
测得的压力稳定在
P
s
，然后关闭氢气放空阀
(15)
；调整过程产生的多余氢样品通过氢气放空阀
(15)
排出；
S103、
控制器
(13)
通过控制施加在第二电加热组件
(5)
上的电压
U
和施加时间
t
，对样品腔
(2)
内部的氢样品施加一个定值的加热量
L
为第二电加热组件
(5)
的电阻，使氢样品温度略微升高，通过样品腔温度传感器
(7)
测得加热量
Q
施加完毕后的氢样品温度为
T
s1
；
S104、
待样品腔
(2)
内部的氢样品温度重新回落到
T
s
后，打开标准容器进气阀
(21)
，控制器
(13)
开启电磁阀
(14)
进行排气，样品腔
(2)
排出的氢气通过标准容器进气阀
(21)
全部进入恒温于室温下的标准容器
(20)
后，标准容器压力传感器
(22)
和标准容器温度传感器
(23)
分别测得标准容器
(20)
内部的压力
P
g
和温度
T
g
；
S105、
待样品腔
(2)
内部的氢样品排空后，通过控制器
(13)
控制第二电加热组件
(5)
将样品腔
(2)
重新自
T
s
加热到
T
s1
，根据该加热过程中施加在第二电加热组件
(5)
上的电压和施加时间从而计算对应加热量
Q0，并最终得到目标状态点的氢样品比热系数
C
v
：式中：
V
c
【专利技术属性】
技术研发人员：张春伟，郭嘉翔，魏金莹，齐向阳，杨晓阳，王静，崔皓玉，陈永，杨括，陈静，李山峰，杨思锋，
申请(专利权)人：北京航天试验技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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