一种恒压式气体流量计变容室波纹管体积变化的测量方法

摘要

本发明公开了一种测量恒压式气体流量计波纹管体积变化的方法，属于真空计量技术领域。该方法利用气体等温膨胀原理，首先通过向变容室充入已知压力的气体。之后，将气体通入标准容器中，测得波纹管在自然状态下的变容室体积。然后，向变容室中处于自然状态下的波纹管内通入上述气体，并压缩波纹管，使波纹管体积发生变化，变容室内压力上升，从而测得波纹管体积变化量。本发明避免了使用水介质传递测量，且避免了变容室波纹管测量后使用前的除气、烘烤处理等工艺处理。测量过程简单易行，避免了变容室的拆卸，有利于真空系统的保持和维护。测量时间周期短，通过去掉活塞与油室的动密封连接性能，减小了漏、放气，有利于测量精度的提高。

说明书

技术领域

本发明涉及一种恒压式气体流量计波纹管体积变化的测量方法，属于真空计量技术领域。

背景技术

在文献“德国联邦物理技术研究院(PTB)气体微流量计量评介，《真空科学与技术》，2003年第4期，第289页～294页”中，介绍了一种PTB恒压式气体流量计变容室波纹管体积变化量的测定方法。该方法为称重测量法，方法如下：对波纹管组件抽真空后充入经4次蒸馏和去气的水，用一个细管将波纹管组件与一个置于灵敏天平上的容器相连接，当波纹管被压缩时，水被挤入容器，在修正水的浮力和蒸发量后，通过测量天平上的水的质量以及密度得到波纹管体积变化量。

这种方法的不足之处在于测量过程时，不能在原位置校准，需要将变容室从真空装置拆下，如此以来，真空系统暴露于大气，不利于真空系统的维持。其次，在测量时需要使用水介质，需要对波纹管进行工艺处理才能重新使用，导致测量值与实际使用值可能发生变化。再次，测量过程复杂，测量时间周期长，PTB在17年间总记仅进行了3次测量。

发明内容

本发明的目的是为克服已有技术的不足，提出一种恒压式气体流量计变容室波纹管体积变化的测量方法。本发明方法利用气体等温膨胀原理，首先通过向变容室充入已知压力的气体，充入何种气体是由用户自行决定。之后，将气体通入标准容器中，测得波纹管在自然状态下的变容室体积。然后，向变容室中处于自然状态下的波纹管内通入上述气体，并压缩波纹管，使波纹管体积发生变化，变容室内压力上升，从而测得波纹管体积变化量。

本方明的恒压式气体流量计波纹管体积变化测量方法的步骤如下：

步骤一、对变容室、参考室管道及标准容积为V₁的标准容器进行抽真空操作，V₁的值由用户自行设定；

步骤二、在波纹管自然状态时，向变容室和参考室管道中通入压力为p的气体，p的值通过压力计测量得到；平衡变容室压力后，通过差压式压力计测量该时刻的压力值p₀，然后将气体膨胀到步骤一中的标准容器中；待压力再次平衡后，通过差压式压力计记录该时刻的压力值p₁，则变容室体积为$V=\frac{(p_1+p)·V_1}{(p_0-p_1)};$

步骤三、对变容室和参考室管道进行抽真空操作；

步骤四、在波纹管自然状态时，向变容室和参考室管道中通入压力p₂的气体，p₂的值通过压力计测量；平衡变容室压力后，通过差压式压力计测量该时刻的压力值p₃；然后，通过压缩波纹管，产生波纹管体积变化ΔV；待平衡压力后，通过差压式压力计记录该时刻的压力值p₄，则变容室体积变化为$\mathrm{\Delta V}=\frac{(p_4-p_3)·V}{(p_2+p_4)}.$

至此，就完成了对恒压式气体流量计波纹管体积变化的测量。

与已有技术相比，本发明的有益效果如下：

(1)本发明方法采用等温膨胀技术，在工作环境下，通过测量气体压力和标准体积参数，得到变容室波纹管体积变化量，避免了使用水介质传递测量，且避免了变容室波纹管测量后使用前的除气、烘烤处理等工艺处理。

(2)测量过程简单易行，通过采用原位测量，避免了变容室的拆卸，有利于真空系统的保持和维护。

(3)测量时间周期短，通过去掉活塞与油室的动密封连接性能，减小了漏、放气，有利于测量精度的提高。

附图说明

图1为本发明恒压式气体流量计波纹管体积变化测量方法流程图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明方法的优选实施方式做进一步详细说明。

本发明方法的优选实施方式，步骤如下

步骤一、对变容室、参考室管道及标准容积为V₁的标准容器进行抽真空操作，V₁的值由用户自行设定。其中，变容室和参考室管道内温度保持在23℃；变容室、参考室管道及标准容积V₁的标准容器的真空度小于0.1Pa。

步骤二、在波纹管自然状态时，即波纹管的真空度为1个标准大气压、温度为23℃时，向变容室和参考室管道中通入压力为p的气体，p的值通过绝压式压力计测量得到，压力p要求小于绝压式压力计的最大测量值；平衡变容室压力后，通过差压式压力计记录该时刻的压力值p₀，然后将气体膨胀到步骤一中的标准容器中；待气体压力再次平衡后，通过差压式压力计测量该时刻的压力值p₁，则变容室体积为$V=\frac{(p_1+p)·V_1}{(p_0-p_1)};$

步骤三、对变容室和参考室管道进行抽真空操作，真空度小于0.1Pa。

步骤四、在波纹管自然状态时，即波纹管的真空度为一个标准大气压、温度为23℃时，向变容室和参考室管道中通入压力p₂的气体，p₂的值通过绝压式压力计测量；平衡变容室压力后，通过差压式压力计测量该时刻的压力值p₃；然后，通过压缩波纹管产生波纹管体积变化ΔV，其中，波纹管的压缩范围不超过波纹管自然状态下其长度的1/10；平衡气体压力后，通过压力测量仪器(如差压式压力计)记录该时刻的压力值p₄，则变容室体积变化为$\mathrm{\Delta V}=\frac{(p_4-p_3)·V}{(p_2+p_4)}.$

实施例

步骤一、通过抽气系统变容室、参考室管道及标准容积为V₁＝1.006l的标准容器进行抽真空操作，真空度为0.01Pa；

步骤二、在波纹管自然状态时，通过供气系统向变容室和参考室管道3通入压力值为p的N₂，由绝压式压力计测量得p＝153.04Pa；平衡变容室压力，由差压式压力计记录到该时刻的压力值p₀为-0.03Pa；然后膨胀到上述标准容器，再次平衡后，由差压式压力计记录到该时刻的压力值p₁为-130.03Pa，则变容室体积为$V=\frac{(p_1+p)·V_1}{(p_0-p_1)}=1.178l;$

步骤三、通过抽气系统对变容室、参考室管道进行抽真空操作，真空度为0.01Pa；

步骤四、在波纹管自然状态时，通过供气系统向变容室(体积V值为1.178l)和参考室管道中通入压力值为p₂的N₂，由绝压式压力计测量得p₂＝153.04Pa；然后平衡变容室压力，由差压式压力计记录到该时刻的压力值p₃＝-0.05Pa。之后，通过平动机构对波纹管进行压缩，压缩量为8mm，产生波纹管体积变化ΔV，平衡压力后，由差压式压力计记录到该时刻的压力值p₄＝20.30Pa，则变容室体积变化$\mathrm{\Delta V}=\frac{(p_4-p_3)·V}{(p_2+p_4)}=0.1383l.$