[发明专利]一种容积测定系统及方法

说明书

本发明提供了一种容积测定系统及方法。该系统包括：活塞容器阵列，包括以并联方式相连且直径不等的一个或多个活塞容器；切换阀，用于选择性地切换至一选定活塞容器，以使选定活塞容器通过第一隔离阀与具有待测容积的待测物相连；参比活塞容器，通过第二隔离阀与待测物相连；真空阀；进气阀；阀门控制系统，用于控制第一隔离阀、第二隔离阀、真空阀和进气阀的启闭；第一压力传感器；第二压力传感器；数据采集装置，用于采集选定活塞容器和参比活塞容器在压缩或后退行程中多个位置处对应的第一压力传感器和第二压力传感器采集的压力值；数据处理装置，用于根据数据采集装置采集的数据来获得待测物、第一隔离阀和/或第二隔离阀的容积。

技术领域

本发明涉及分析仪器技术领域，特别是涉及一种容积测定系统及方法，适用于复杂管路或不规则形状容器的容积测定。

背景技术

天然或人造多孔材料的分析表征仪器广泛地应用于化工催化、环保、建材以及油气资源勘探开发等领域。许多多孔材料的性质，如孔隙度、吸附特性、比表面积、渗透率及扩散系数等参数的表征与分析过程，在基本原理上依赖于各类气体与材料本身相互作用。作为各类气体与多孔材料的放置空间，不规则几何形态的容器以及连接它们的管路、阀门是相关的分析仪器的重要组成部分。在分析测试过程中，通常需要预先精确测定各类容器、管路及阀门的容积，作为测量的已知常数。容器、管路与阀门等器件容积标定的准确性，直接影响分析仪器的测量精度与可靠性。

目前，不规则腔体及其连通管路容积的测量方法主要是气体膨胀法。已知初始压力为p1的待测容器、管路与容积已知、初始压力为p2的标准容器通过平衡阀隔开，打开平衡阀后两容器最终将达到压力平衡，基于平衡压力的测量值pe计算得到待测容器容积。

然而，已有测量技术存在以下不足：

1)已有气体膨胀法测量通常只采取初始与最终两个状态下的压力作为容积计算依据，压力测量的随机误差对测量结果影响较大。若需要通过多次重复测量减小随机误差，则需要反复充气与抽真空，实验操作繁琐。

2)基于简单气体膨胀原理的测量过程，平衡阀的打开过程不可避免地会引起管容积的增大，导致被测容器的容积测量值偏高，尤其是当被测容器容积较小、以至于与阀门开闭引起的容积变化量可比时，会引入严重的系统误差；

3)待测容器的容积测量依赖于另一个标准容器或标准容积块，测量系统的量程与精度受标准容器或标准容积块的容积及标定精度影响。此外，标准容器系统需要额外测量容器与平衡阀之间连接管路的容积；标准容积块系统测量系统在测量一个待测容器容积时，需要在参比容器中装填与移除标准块后实施两次气体膨胀实验过程，操作非常繁琐，且难以保证两次管路装配时系统容积不变。

4)基于传统容积膨胀原理的测量，需要配备真空泵或高压气源，驱动气体膨胀过程，系统十分复杂。

5)已有气体膨胀法测量系统，没有设置严格的恒温体系，实验室温度波动会引起严重的系统误差。

发明内容

本发明的一个目的是要提高待测物的容积测定的精准度。

本发明的另一个目的是要尽可能减小阀门开闭与温度波动对容积测定系统引起误差的情况。

本发明的再一个目的是要减小系统的复杂度以及操作过程的繁琐度。

特别地，本发明提供了一种容积测定系统，包括恒温室以及设置在所述恒温室内的容积测定装置，所述容积测定装置包括：

活塞容器阵列，包括以并联方式相连且直径不等的多个活塞容器；

切换阀，用于选择性地切换至一选定活塞容器，以使所述选定活塞容器通过第一隔离阀与具有待测容积的待测物相连，其中，所述待测物为复杂管路或不规则形状容器；

参比活塞容器，通过第二隔离阀与所述待测物相连；

真空阀，与所述第一隔离阀相连；