专利名称：一种高精度测量容器容积的装置及方法
技术领域：
本发明专利涉及一种微(零)压差比较法测量容器容积的装置及方法，可用于批量容器容积的精确测量，尤其适宜于其在线测量和超高精度要求的检测，本方法可以满足精确测量时对测量效率的高要求并对被测容器没有任何影响。
背景技术：
目前，测量容器容积的方法很多，最基本的方法就是称量法，即称量其加满液体 (一般为水)前后的重量来确定其容积的方法，这种方法虽然能保证较为准确的测量容积， 但对容器的后期处理较麻烦，并且测量效率低；其它的如充气加压测压法、真空充气加压测压法等，都依赖压力计的超高精度，但因其测量范围大(1大气压为100000 )，即使万分级的精度误差也是以数十帕记，甚至更微小误差都会导致其测量精度大受影响，特别是使用多个压力计或多个压力值的情况下，更容易形成误差的累积，造成测量精度的较大波动和精度低。目前并没有专用的能高精度测量容器容积的装置及利用这种装置测量容器容积的方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供种高精度测量容器容积的装置及利用这种装置测量容器容积的方法，减少由于压力计的测量精度而造成的测量误差，采用微(零)差压比较法的方式，利用充压法(充气或者抽真空)在同一操作环境体系下测出其压力差，用波义耳定律计算出被测容器容积，提高测量精度。为了解决上述技术问题，本发明的一种高精度测量容器容积的装置及方法，包括两个保护主体，一个是高精度测量容器容积的装置，另一个是利用这种装置测量容器容积的方法。首先是这种高精度测量容器容积的装置，包括能产生气体压力的供压系统、贮压罐、供压罐，供压系统与贮压罐连通，贮压罐通过供压罐阀门与供压罐连通，还包括有两个已知同容积的加压罐、已知容积的比较罐、待测容积的容器、压力计、微压差计，其中，两加压罐并联，一加压罐通过其加压罐阀门与供压罐连通，另一加压罐通过其加压罐阀门与供压罐连通；比较罐通过比较罐阀门与一加压罐连通，比较罐上连接有压力计，待测容积的容器通过待测容积的容器阀门与另一加压罐连通，比较罐与待测容积的容器分别与微压差计串联。比较罐为精确测量的和被测容积大小一致的容器，可选择批量被测容器中的一个。采用上述结构的装置，是在同一操作环境体系下能测出各自的压力，然后采用波义耳定律计算得到被测容器容积。本方法之核心是巧妙的利用微(零)压差为计算核心来计算被测容器容积，研究计算公式可以看出，压差计的误差对测量结果影响极其微小，可采用普通精度压力计即可，相比原来的直接利用压力计测压后来计算被测容器容积而言，提高测量精度，尤其适宜于其在线测量和超高精度要求的检测，可用于批量容器容积的精确测量，尤其适宜于其在线测量和超高精度要求的检测，本方法可以满足高精确测量的同时对测量效率的高要求并对被测容器没有任何影响。进一步，限定上述装置中，所述的比较罐外连通有可调容器，可调容器由密封腔、 活塞及调节柄构成，调节柄可以采用自动控制系统操控运做，使调节柄自动调节活塞在密封腔内移动，调整可调容器容积，可以使微压差为零，记录可调容器容积的变化，更方便直接计算出被测容器体积。再则是利用这种装置测量容器容积的方法，包括以下步骤
1)开启供压系统给贮压罐供压(充气或者抽真空)，达到规定压力时关闭；
2)打开供压罐阀门使贮压罐供给供压罐压力至规定值关闭；
3)打开两加压罐阀门，供压罐给两个加压罐相同压力并达到压力平衡后关闭加压罐阀门；此时，已知两个加压罐的体积都为V0、压力都为PO ；
4)打开比较罐阀门和待测容积的容器阀门，两个加压罐各自给比较罐和被测容器加压 (正压或负压)并各自达到压力平衡；此时，设环境大气压为P，已知比较罐的容积为Vl，假定被测容器体积为V2 ；记录压差计测量数据为P1、微压差计测量数据为Δ P ；
5)计算被测容器体积
根据波义耳定律，可建立方程
PO VO+ VlP = (P+ Pl) (VI+ V0)①
PO VO+ V2P = (P+ Pl+ Δ P) (V2+ V0)②
根据方程①和②，可以得出 V2= (P1V1- Δ PVO) / (Pl+ Δ P)③
6)更进一步，在步骤5)后还包括以下步骤调节可调容器，使ΔP为零，可调容积变化用Δ Vl表示，则可以得出V2=V1+ Δ VI。本发明与现有的技术相比，压力计精度对测量结果的影响更小，测量精度更高。
下面结合附图和实施例对本发明技术方案进一步说明 图1是本发明一种高精度测量容器容积的装置结构示意图； 图2是图1中比较罐外连通有调容器的示意图。
具体实施例方式
如图1、图2所示的具体实施方式
，本发明这种高精度测量容器容积的装置，包括能产生气体压力的供压系统1、贮压罐2、供压罐3，供压系统1与贮压罐2连通，贮压罐2通过供压罐阀门31与供压罐3连通，还包括有两个已知同容积的加压罐4和5、已知容积的比较罐6、待测容积的容器8、压力计62、微压差计9，其中，加压罐4通过加压罐阀门41与供压罐3连通，加压罐5通过加压罐阀门51与供压罐3连通，加压罐4与加压罐5并联；比较罐 6通过比较罐阀门63与加压罐4连通，比较罐6上串联有压力计62，比较罐6外连通有可调容器7，可调容器7由密封腔71、活塞72及调节柄73构成，调节柄73与其动力执行机构连接，调节手柄73调节活塞72可密封的在密封腔内活动。待测容积的容器8通过待测容积的容器阀门81与加压罐5连通，比较罐6与待测容积的容器8并联后分别与微压差计9 串联，微压差计9的微压差计量程为0 Pa 2000 Pa。
本发明的装置操作步骤如下
步骤1)开启供压系统1给贮压罐2供压(充气或者抽真空)，达到规定压力时关闭； 步骤2)打开供压罐阀门31使贮压罐2供给供压罐3压力至规定值关闭； 步骤3)打开加压罐阀门41、51，供压罐给两个加压罐4、5相同压力并达到压力平衡后关闭加压罐阀门41、51 ；此时，已知两个加压罐4、5的体积都为V0、压力都为PO ；
步骤4)打开比较罐阀门63和待测容积的容器阀门81，两个加压罐4、5各自给比较罐 6和被测容器8加压(正压或负压)并各自达到压力平衡；此时，设环境大气压为P，已知比较罐的容积为VI，假定被测容器体积为V2 ；记录压差计测量数据为P1、微压差计测量数据为ΔΡ;
步骤5)计算被测容器体积 根据波义耳定律，可建立方程
PO VO+ VlP = (P+ Pl) (VI+ V0)①
PO VO+ V2P = (P+ Pl+ Δ P) (V2+ V0)②
根据方程①和②，可以得出
V2= (P1V1- Δ PVO) / (Pl+ Δ P)③
步骤6)调节可调容器，使Δ P为零，可调容积变化用Δ Vl表示 V2=V1+ Δ Vl
下面是采用本发明的装置和方法测出的被测罐的体积V2与实际被测罐的体积之间的差距数值，仅用于说明采用不同量程压力计对测出数据的影响很小。
权利要求
1.一种高精度测量容器容积的装置，包括能产生气体压力的供压系统(1)、贮压罐 (2)、供压罐(3)，供压系统(1)与贮压罐(2)连通，贮压罐(2)通过供压罐阀门(31)与供压罐(3)连通，其特征在于，还包括有两个已知同容积的加压罐(4)和(5)、已知容积的比较罐(6)、待测容积的容器(8)、压力计(62)、微压差计(9)，其中，加压罐(4)通过加压罐阀门 (41)与供压罐(3)连通，加压罐(5)通过加压罐阀门(51)与供压罐(3)连通，加压罐(4)与加压罐(5)并联；比较罐(6)通过比较罐阀门(63)与加压罐(4)连通，比较罐(6)上连接有压力计(62)，待测容积的容器(8)通过待测容积的容器阀门(81)与加压罐(5)连通，比较罐 (6)与待测容积的容器(8)分别与微压差计(9)串联。
2.根据权利要求1所述的高精度测量容器容积的装置，其特征在于所述的比较罐(6) 外连通有可调容器(7)，可调容器(7)由密封腔(71)、活塞(72)及调节柄(73)构成，调节柄 (73)与活塞(72)有活动连接，调节调节柄(73)可以使活塞(72)在密封腔内移动。
3.根据权利要求1所述的高精度测量容器容积的装置，其特征在于所述的微压差计 (9)的微压差计量程为0 Pa 20001 。
4.利用权利要求1所述高精度测量容器容积的装置的测量方法，其特征在于包括以下步骤步骤1)开启供压系统(1)给贮压罐(2)供压(充气或者抽真空)，达到规定压力时关闭；步骤2)打开供压罐阀门(31)使贮压罐(2)供给供压罐(3)压力至规定值关闭；步骤3)打开加压罐阀门(41)、(51)，供压罐给两个加压罐(4)、(5)相同压力并达到压力平衡后关闭加压罐阀门(41)、(51)；此时，已知两个加压罐(4)、(5)的体积都为V0、压力都为PO ；步骤4)待加压罐(4)、(5)中的加压后，打开比较罐阀门(63)和待测容积的容器阀门 (81)，两个加压罐(4)、(5)各自给比较罐(6)和被测容器(8)给加压并达到压力平衡；此时， 设环境大气压为P，已知比较罐的容积为VI，假定被测容器体积为V2 ；记录压差计测量数据为P1、微压差计测量数据为Δ P ；步骤5)计算被测容器体积根据波义耳定律，可建立方程PO VO+ VlP = (P+ Pl) (VI+ V0)①PO VO+ V2P = (P+ Pl+ Δ P) (V2+ V0)②根据方程①和②，可以得出V2= (P1V1- Δ PVO) / (Pl+ Δ P)③
5.根据权利要求4所述的利用这种高精度测量容器容积的测量方法，其特征在于在步骤5)后还包括以下步骤调节可调容器，使Δ P为零，可调容积变化用Δ Vl表示，则可以得出V2=V1+ Δ VI。
全文摘要
本发明专利涉及一种微(零)压差的比较法测量容器容积的装置及方法，适用于批量容器容积的精确测量，更适宜于其在线测量，本装置包括供压系统、贮压罐、供压罐、加压罐、比较罐、可调容器、可调容器的执行和检测机构、被测容器、控制系统、阀、压差计、微压差计组成。供压系统给贮压罐提供压力并到规定值，贮压罐供给供压罐压力到规定值，供压罐与两个加压罐相连，打开阀至压力平衡后关闭阀门，两个加压罐分别与比较罐和被测容器相连，打开阀至各自压力平衡后关闭阀门，记录压差计、微压差计数值，用波义耳定律计算被测容器容积。
文档编号G01F17/00GK102279028SQ20111018544
公开日2011年12月14日 申请日期2011年7月5日 优先权日2011年7月5日
发明者叶兴林 申请人:叶兴林