[发明专利]一种测量真空容器容积比的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量真空容器容积比的装置及方法，属于测量技术领域。

背景技术

在静态膨胀系统中，确定容器容积比的一个基本方法是称重法，即称量容器装满液体（通常为蒸馏水）前后的重量来计算绝对容积，之后计算出容积之比。这种方法由于液体中的气泡及阀门死空间的影响，使容积的测量难以准确。对小容积来说，这种现象尤为严重。因此，一旦设备装配好后，要用此方法确定在安装阀门过程中出现的容积变化就很不方便。称重法测量容积比的随机性大，相对测量不确定度难以估计。

发明内容

本发明的目的在于提供一种测量真空容器容积比的装置及方法，所述装置结构简单，在测量过程中引入了温度修正，降低了测量不确定度；所述方法简单，测量成本低，测量不确定小。

本发明的目的由以下技术方案实现：

一种测量真空容器容积比的装置，所述装置包括：气瓶、第一真空阀门、稳压室、第二真空阀门、未知容积的小容器、第一温度计组、第三真空阀门、未知容积的大容器、第二温度计组、真空计、第四真空阀门和抽气系统；

其中，气瓶、第一真空阀门、稳压室、第二真空阀门、未知容积的小容器、第三真空阀门、未知容积的大容器、真空计依次相连；抽气系统通过第四真空阀门与未知容积的小容器相连；未知容积的小容器内装有第一温度计组，未知容积的大容器内装有第二温度计组；

所述抽气系统采用机械泵和分子泵，分子泵为主泵，前级泵为机械泵。

本发明所述的一种测量真空容器容积比的装置的测量方法，所述测量真空容器容积比的装置初始时所有阀门均处于关闭状态，步骤如下：

（1）启动抽气系统，抽气系统正常运行后，打开第三真空阀门和第四真空阀门，对未知容积的小容器和未知容积的大容器抽气，使真空度达到10^-4Pa量级；

（2）关闭第四真空阀门和抽气系统，打开第一真空阀门，通过气瓶给稳压室进气；

（3）关闭第一真空阀门，打开第二真空阀门给未知容积的小容器和未知容积的大容器充入气体，未知容积的大容器中的压力接近真空计的测量上限后，关闭第二真空阀门；

（4）关闭第三真空阀门，启动抽气系统，打开第四真空阀门对未知容积的小容器抽气，使真空度达到10^-4Pa量级；

（5）关闭第四真空阀门；

（6）记录下真空计和第二温度计组的测量值p₀和T₀，打开第三真空阀门，未知容积的大容器中的气体进入未知容积的小容器中，记为气体第一次膨胀，达到热平衡后记录下真空计的测量值，记为p_0f′，同时，根据第一温度计组和第二温度计组中的测量值分别计算出温度平均值，第一温度计组的温度平均值记为t_0f，第二温度计组的温度平均值记为T_0f；

（7）气体第一次膨胀并达到热平衡后，未知容积的大容器和未知容积的小容器内气体加权平均温度为：

T~0f=t0fVs+T0fVlVs+Vl---(1)]]>

其中，V_s和V_l分别为未知容积的小容器和未知容积的大容器的容积；

由于膨胀前、后分子数守恒，根据实际气体状态方程，有关系式：