一种氢密度测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种氢密度测量装置及方法

【技术实现步骤摘要】
一种氢密度测量装置及方法


[0001]本专利技术涉及氢物性测试领域，特别涉及一种氢密度测量装置及方法
。

技术介绍

[0002]常规密度测量主要方法有电容法
、
声速法
、
辐射衰减法和定容法等
。
电容法是利用工质介电常数和密度之间的关系确定流体的密度，具有成本低
、
易于安装
、
响应速度快等优点，但电容法测量氢密度时，首先需要通过已知密度数据对电容装置进行校准，再进行液氢密度的测量
。
声速法是利用超声波在流体中传播时携带介质的信息来间接测量流体的参数值，但对于液氢这种可压缩流体，需要已知工质的压缩系数，同样是通过已知密度数据推算得到，且在临界区该数据误差较大
。
辐射衰减法是利用
β
(
或
γ
)
粒子通过液体时被吸收产生的电脉冲间接测定液体密度，但需要样品腔容积较大，不适用于气体测量且精度较差
。
相较之下，定容法是通过测量固定容积内样品的质量，从而获得样品密度，属于直接测量方法，不需要中间参数，测量结果精度高
、
数据来源可靠
。
然而，由于气氢
、
液氢
、
超临界氢的温度及压力变化范围广，常规的定容法测量结构不适用于氢物性测量
。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种氢密度测量装置及方法，设计符合氢物性特征的装置结构，并据此提出特定的密度测量方法，满足氢
(
液氢
、
超临界氢
)
样品的多种密度测量需求
。
[0004]本专利技术拟采用如下技术方案实现本专利技术的目的：
[0005]第一方面，本专利技术提供了一种氢密度测量装置，其包括低温杜瓦和恒温水浴池；
[0006]低温杜瓦的内腔中设有用于盛装待密度测量氢样品的样品腔，样品腔外部通过依次包覆内层冷屏和外层冷屏减少样品腔和低温杜瓦之间的辐射换热；
[0007]样品腔内部分别设置有样品腔压力传感器和样品腔温度传感器，分别用于测量样品腔内部氢样品对应的压力和温度数据；样品腔外部安装有用于对样品腔及内部氢样品进行加热的电加热组件；
[0008]样品腔顶部连接不锈钢毛细管的一端，且不锈钢毛细管与低温杜瓦内壁之间安装有多道水平布置的防辐射冷屏，不锈钢毛细管的另一端伸出低温杜瓦之外且依次连接电磁阀和氢气放空阀；
[0009]样品加注管路依次连接氢源罐
、
样品加注阀后接入电磁阀和氢气放空阀之间的不锈钢毛细管，用于在样品加注阀和电磁阀开启时将氢样品自氢源罐中的氢样品转移至样品腔内部；
[0010]恒温水浴池上设置带有循环泵的水浴循环管路；真空的标准容器设置在恒温水浴池中且与池内介质构成换热；标准容器通过标准容器进气阀连接至电磁阀和氢气放空阀之间的不锈钢毛细管；标准容器内设置有标准容器压力传感器和标准容器温度传感器，用于对标准容器内部的氢样品压力和温度进行实时测量
。
[0011]作为上述第一方面的优选，该装置还包括控制器，样品腔压力传感器
、
样品腔温度
传感器
、
电磁阀
、
标准容器压力传感器
、
标准容器温度传感器均通过信号及电源线连接至控制器，从而实现压力
、
温度参数的自动测量以及电磁阀的开启控制
。
[0012]作为上述第一方面的优选，所述样品腔温度传感器和标准容器温度传感器采用
Lakeshore Cernox
温度传感器，且传感器信号线采用磷铜导线
。
[0013]作为上述第一方面的优选，所述电加热组件采用聚酰亚胺电加热膜，且信号及电源线引出低温杜瓦前，与防辐射冷屏进行换热
。
[0014]作为上述第一方面的优选，所述样品腔由无氧铜一体加工而成
。
[0015]作为上述第一方面的优选，所述样品加注管路采用真空绝热管
。
[0016]作为上述第一方面的优选，所述防辐射冷屏焊接在在不锈钢毛细管外部固定套设的铜套管上
。
[0017]作为上述第一方面的优选，所述恒温水浴池设置双层保温内胆和双层保温盖板，并具有防止干烧功能
。
[0018]作为上述第一方面的优选，所述恒温水浴池中设置多个真空的标准容器，多个标准容器相互之间通过带有容器间控制阀门的容器间毛细管连接，容器间控制阀门与控制器相连；初始状态下仅有1个标准容器连通不锈钢毛细管；通过标准容器压力传感器实时监测连通不锈钢毛细管的标准容器中压力，每当控制器监测到的内部压力超过常压，则新开启下一个标准容器前端的容器间控制阀门使其也连通不锈钢毛细管
。
[0019]第二方面，本专利技术提供了一种利用如上述第一方面任一方案所述氢密度测量装置的氢密度测量方法，其包括单一状态点密度测试模式和多状态点密度测试模式；
[0020]所述单一状态点密度测试模式用于测量温度为
T
s
，压力为
P
s
的单个目标状态点的氢样品密度，测量方式如下：
[0021]S101、
打开电磁阀和样品加注阀，将来自氢源罐的液态氢样品输入低温杜瓦的样品腔，待样品腔中充满氢样品且样品腔压力传感器的读数高于
P
s
时完成加注，关闭电磁阀和样品加注阀；
[0022]S102、
打开氢气放空阀，通过控制器控制电加热组件对样品腔进行加热，使样品腔温度传感器的读数稳定在
T
s
，氢样品持续汽化后从氢气放空阀排出，待样品腔压力传感器的读数等于
P
s
时，关闭氢气放空阀，打开标准容器进气阀；
[0023]S103、
控制器开启电磁阀，将样品腔内温度为
T
s
，压力为
P
s
的氢样品汽化后通过标准容器进气阀输入标准容器中，标准容器通过恒温水浴池维持
300K
的恒温温度；且样品腔排气过程中，通过控制器更改样品腔外部的电加热组件功率使样品腔内部温度维持在
T
s
，每当标准容器压力传感器监测到的压力超过常压，则通过控制器新开启下一个标准容器前端的容器间控制阀门使其也连通不锈钢毛细管；样品腔内液氢全部汽化排出后，通过标准容器压力传感器和标准容器温度传感器分别获取标准容器内的压力
P
g
和温度
T
g
；
[0024]S104、
通过下式计算目标状态点对应的氢样品密度：
[0025][0026]式中：
V
s
、V
c
、V
g
分别样品腔
、
样品腔本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种氢密度测量装置，其特征在于，包括低温杜瓦
(1)
和恒温水浴池
(17)
；低温杜瓦
(1)
的内腔中设有用于盛装待密度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
(6)
和外层冷屏
(7)
减少样品腔
(2)
和低温杜瓦
(1)
之间的辐射换热；样品腔
(2)
内部分别设置有样品腔压力传感器
(4)
和样品腔温度传感器
(5)
，分别用于测量样品腔
(2)
内部氢样品对应的压力和温度数据；样品腔
(2)
外部安装有用于对样品腔
(2)
及内部氢样品进行加热的电加热组件
(3)
；样品腔
(2)
顶部连接不锈钢毛细管
(8)
的一端，且不锈钢毛细管
(8)
与低温杜瓦
(1)
内壁之间安装有多道水平布置的防辐射冷屏
(9)
，不锈钢毛细管
(8)
的另一端伸出低温杜瓦
(1)
之外且依次连接电磁阀
(12)
和氢气放空阀
(13)
；样品加注管路
(14)
依次连接氢源罐
(16)、
样品加注阀
(15)
后接入电磁阀
(12)
和氢气放空阀
(13)
之间的不锈钢毛细管
(8)
，用于在样品加注阀
(15)
和电磁阀
(12)
开启时将氢样品自氢源罐
(16)
中的氢样品转移至样品腔
(2)
内部；恒温水浴池
(17)
上设置带有循环泵
(23)
的水浴循环管路
(22)
；真空的标准容器
(18)
设置在恒温水浴池
(17)
中且与池内介质构成换热；标准容器
(18)
通过标准容器进气阀
(19)
连接至电磁阀
(12)
和氢气放空阀
(13)
之间的不锈钢毛细管
(8)
；标准容器
(18)
内设置有标准容器压力传感器
(20)
和标准容器温度传感器
(21)
，用于对标准容器
(18)
内部的氢样品压力和温度进行实时测量
。2.
如权利要求1所述的氢密度测量装置，其特征在于，还包括控制器
(11)
，样品腔压力传感器
(4)、
样品腔温度传感器
(5)、
电磁阀
(12)、
标准容器压力传感器
(20)、
标准容器温度传感器
(21)
均通过信号及电源线
(10)
连接至控制器
(11)
，从而实现压力
、
温度参数的自动测量以及电磁阀
(12)
的开启控制
。3.
如权利要求1所述的氢密度测量装置，其特征在于，所述样品腔温度传感器
(5)
和标准容器温度传感器
(21)
采用
Lakeshore Cernox
温度传感器，且传感器信号线采用磷铜导线
。4.
如权利要求1所述的氢密度测量装置，其特征在于，所述电加热组件
(3)
采用聚酰亚胺电加热膜，且信号及电源线
(10)
引出低温杜瓦
(1)
前，与防辐射冷屏
(9)
进行换热
。5.
如权利要求1所述的氢密度测量装置，其特征在于，所述样品腔
(2)
由无氧铜一体加工而成
。6.
如权利要求1所述的氢密度测量装置，其特征在于，所述样品加注管路
(14)
采用真空绝热管
。7.
如权利要求1所述的氢密度测量装置，其特征在于，所述防辐射冷屏
(9)
焊接在在不锈钢毛细管
(8)
外部固定套设的铜套管上
。8.
如权利要求1所述的氢密度测量装置，其特征在于，所述恒温水浴池
(17)
设置双层保温内胆和双层保温盖板，并具有防止干烧功能
。9.
如权利要求2所述的氢密度测量装置，其特征在于，所述恒温水浴池中设置多个真空的标准容器
(18)
，多个标准容器
(18)
相互之间通过带有容器间控制阀门
(24)
的容器间毛细管
(25)
连接，容器间控制阀门
(24)
与控制器
(11)
相连；初始状态下仅有1个标准容器
(18)
连通不锈钢毛细管
(8)
；通过标准容器压力传感器
(20)
实时监测连通不锈钢毛细管
(8)
的标准容器
(18)
中压力，每当控制器
(11)
监测到的内部压力超过常压，则新开启下一个标准容器
(18)
前端的容器间控制阀门
(24)
使其也连通不锈钢毛细管
(8)。10.
一种利用如权利要求9所述氢密度测量装置的氢密度测量方法，其特征在于，包括单一状态点密度测试模式和多状态点密度测试模式；所述单一状态点密度测试模式用于测量温度为
T
s
，压力为
P
s
的单个目标状态点的氢样品密度，测量方式如下：
S101、
打开电磁阀
(12)
和样品加注阀
(15)
，将来自氢源罐
(16)
的液态氢样品输入低温杜瓦
(1)
的样品腔
(2)
，待样品腔
(2)
中充满氢样品且样品腔压力传感器
(4)
的读数高于
P
s
时完成加注，关闭电磁阀
(12)
和样品加注阀
(15)
；
S102、
打开氢气放空阀
(13)
，通过控制器
(11)
控制电加热组件
(3)
对样品腔
(2)
进行加热，使样品腔温度传感器
(5)
的读数稳定在
T
s
，氢样品持续汽化后从氢气放空阀
(13)
排出，待样品腔压力传感器
(4)
的读数等于
P
s
时，关闭氢气放空阀
(13)
，打开标准容器进气阀
(19)
；
S103、
控制器
(11)
开启电磁阀
(12)

【专利技术属性】
技术研发人员：张春伟，郭永朝，齐向阳，宋建军，李绍斌，王静，周博文，杨括，陈永，陈静，李山峰，瞿骞，
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：