一種穩(wěn)定背壓的低溫容器蒸發(fā)率測量系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種穩(wěn)定背壓的低溫容器蒸發(fā)率測量系統(tǒng)，包括氣體排放管路，在排放管路上設(shè)置有放空閥和氣體質(zhì)量流量計(jì)，在氣體質(zhì)量流量計(jì)出口設(shè)置有緩沖罐，在緩沖罐上連接有排放管，該系統(tǒng)還包括一個(gè)背壓控制系統(tǒng)，其包括壓力傳感器、可編程控制器、計(jì)算機(jī)、壓力控制器，以及快速補(bǔ)氣管路和快速排氣系統(tǒng)；壓力控制器用于控制緩沖罐內(nèi)壓力，其輸入端連接有計(jì)算機(jī)、可編程控制器，壓力控制器還連接有快速排氣管路、快速補(bǔ)氣系統(tǒng)、緩沖罐三個(gè)氣體控制接口；可編程控制器輸入端連接有氣體質(zhì)量流量計(jì)和壓力傳感器；該系統(tǒng)可以有效降低環(huán)境壓力變化對低溫容器蒸發(fā)率的影響，具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、測量精度高的特點(diǎn)。
【專利說明】一種穩(wěn)定背壓的低溫容器蒸發(fā)率測量系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及低溫工程，尤其是涉及一種低溫容器蒸發(fā)率測量系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]低溫容器的蒸發(fā)率是評價(jià)其絕熱性能的最重要的技術(shù)參數(shù)，能夠直觀地反映低溫容器的保冷性能。目前，在深冷設(shè)備領(lǐng)域，都采用由放空閥、換熱器和氣體質(zhì)量流量計(jì)串聯(lián)而成的簡單試驗(yàn)裝置來測量低溫容器的瞬時(shí)蒸發(fā)量，在低溫容器內(nèi)氣液界面達(dá)到平衡后，將連續(xù)至少24小時(shí)采集的瞬時(shí)蒸發(fā)量經(jīng)換算得到蒸發(fā)率。如GB/T18443.5-2010真空絕熱深冷設(shè)備性能試驗(yàn)方法中就推薦了這種靜態(tài)蒸發(fā)率測量方法。但是，有相關(guān)研究表明，環(huán)境壓力對低溫容器蒸發(fā)流量有一定的影響，影響測量精度。在實(shí)際測量中，由于氣體質(zhì)量流量計(jì)的背壓為環(huán)境壓力，其壓力的變化將會(huì)直接影響低溫容器內(nèi)液體的瞬時(shí)蒸發(fā)量，這種試驗(yàn)裝置無法對氣體質(zhì)量流量計(jì)的背壓的變化進(jìn)行有效控制，導(dǎo)致低溫容器內(nèi)液體的瞬時(shí)蒸發(fā)量將會(huì)出現(xiàn)較為明顯的波動(dòng)，最終造成蒸發(fā)率的計(jì)算結(jié)果出現(xiàn)偏差。在同一地點(diǎn)、同一天內(nèi)，由于環(huán)境壓力的變化，測試數(shù)據(jù)的波動(dòng)可高達(dá)20%以上，如果只選取某一 24小時(shí)時(shí)段的蒸發(fā)量來計(jì)算蒸發(fā)率，偏小或偏大都有可能，不能真實(shí)地反映容器的絕熱性能。對于這樣大幅度的波動(dòng)，常規(guī)采取的處理方式就是延長整個(gè)測試的周期，通過長時(shí)間的測量平均值來降低環(huán)境壓力變化的影響，但是測試周期越長，又會(huì)帶來其他問題，如低溫容器內(nèi)液體充滿率減少而產(chǎn)生的影響。為了降低環(huán)境壓力變化對測量的影響，常采用的一種措施就是在質(zhì)量流量計(jì)出口側(cè)安裝大容量的穩(wěn)壓罐，但存在以下不足:
[0003]I)制造大容量的穩(wěn)壓罐難度大、成本高，且受到場地限制，無法靈活移動(dòng)。
[0004]2)上述測量系統(tǒng)本質(zhì)上是一種被動(dòng)控制方式，調(diào)節(jié)時(shí)間較長，穩(wěn)壓效果的好壞受到其容積大小的影響，無法徹底消除蒸發(fā)率波動(dòng)的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種穩(wěn)定背壓的低溫容器蒸發(fā)率測量系統(tǒng)，解決目前低溫容器由于背壓無法穩(wěn)定，導(dǎo)致蒸發(fā)率測量誤差大的技術(shù)問題，其通過對質(zhì)量流量計(jì)出口背壓變化的高精度穩(wěn)壓控制，有效降低環(huán)境壓力變化對低溫容器蒸發(fā)的影響，其具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，測量精度高的特點(diǎn)。
[0006]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來解決的:
[0007]—種穩(wěn)定背壓的低溫容器蒸發(fā)率測量系統(tǒng)，包括與低溫容器氣相空間相連的氣體排放管路，在排放管上設(shè)置有放空閥和氣體質(zhì)量流量計(jì)，在氣體質(zhì)量流量計(jì)出口設(shè)置有一個(gè)用于穩(wěn)定背壓的緩沖罐，在緩沖罐上連接有通大氣環(huán)境的排放管，其特征在于:所述的系統(tǒng)還包括一個(gè)用于調(diào)節(jié)緩沖罐壓力的背壓控制系統(tǒng)，其包括壓力傳感器、可編程控制器、計(jì)算機(jī)、壓力控制器，以及快速補(bǔ)氣管路和快速排氣系統(tǒng)；所述的壓力控制器用于通過計(jì)算機(jī)和可編程控制器控制緩沖罐內(nèi)壓力，其輸入端連接有計(jì)算機(jī)、帶有壓力設(shè)定信號和反饋信號的可編程控制器，所述的壓力控制器還連接有三個(gè)氣體控制接口，第一個(gè)接口連接快速排氣管路，快速排氣管路用于快速降低緩沖罐內(nèi)的壓力；第二個(gè)接口連接快速補(bǔ)氣系統(tǒng)，快速補(bǔ)氣系統(tǒng)用于快速向緩沖罐補(bǔ)充氣體，提高罐內(nèi)壓力；第三個(gè)接口通過壓力補(bǔ)償接管連接緩沖罐；所述的可編程控制器的輸入端連接有氣體質(zhì)量流量計(jì)和壓力傳感器。
[0008]優(yōu)選地，上述的穩(wěn)定背壓的低溫容器蒸發(fā)率測量系統(tǒng)，所述的快速補(bǔ)氣系統(tǒng)由氮?dú)馄?、減壓閥、進(jìn)氣高速開關(guān)電磁閥和連接管路組成，氮?dú)馄恐械牡獨(dú)饨?jīng)減壓閥減壓后，再通過進(jìn)氣高速開關(guān)電磁閥控制，以給緩沖罐補(bǔ)氣；快速排氣管路由高速排氣開關(guān)電磁閥和與環(huán)境大氣連通的排氣管構(gòu)成。
[0009]優(yōu)選地，上述的穩(wěn)定背壓的低溫容器蒸發(fā)率測量系統(tǒng)，所述的壓力傳感器為絕對壓力傳感器，其測量誤差不超過±40Pa，布置在緩沖罐和氣體質(zhì)量流量計(jì)之間。
[0010]優(yōu)選地，上述的穩(wěn)定背壓的低溫容器蒸發(fā)率測量系統(tǒng)，在所述的氣體質(zhì)量流量計(jì)前，設(shè)置有一個(gè)用于對低溫氣體進(jìn)行加熱用的換熱器。
[0011]本發(fā)明的有益效果是:
[0012]本發(fā)明采用了反饋控制系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定的高速開關(guān)電磁閥來控制進(jìn)氣量和排氣量，實(shí)現(xiàn)了氣量調(diào)節(jié)的實(shí)時(shí)性和連續(xù)性，有效保證了緩沖罐內(nèi)壓力的穩(wěn)定，降低了環(huán)境壓力變化對低溫容器蒸發(fā)的影響。
[0013]本發(fā)明的測量系統(tǒng)采用進(jìn)氣排氣的主動(dòng)穩(wěn)壓控制方式和緩沖罐的被動(dòng)穩(wěn)壓控制方式相結(jié)合，可控制程度高，穩(wěn)壓效果好，且不會(huì)出現(xiàn)壓力振蕩。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖中:
[0016]1.低溫容器，2.放空管，3.放空閥，4.接管，5.換熱器，6.接管，7.氣體質(zhì)量流量計(jì)，8.流量信號線，9.接管，10.壓力傳感器，11.緩沖罐，12.壓力補(bǔ)償接管，13.排放管，
14.數(shù)據(jù)線，15.計(jì)算機(jī)，16.可編程控制器，17.壓力信號線，18.壓力反饋信號線，19.壓力設(shè)定信號線，20.反饋控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)控制線，21.壓力控制器，22.排氣高速開關(guān)電磁閥，23.排氣管，24.進(jìn)氣高速開關(guān)電磁閥，25.進(jìn)氣管，26.減壓閥，27.氮?dú)馄俊?br> 【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合上述附圖實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0018]低溫容器I用于存放低溫介質(zhì)，如液氧、液氮，由于低溫容器I不能做到絕對絕熱，不可避免地會(huì)自然蒸發(fā)，為精確測量蒸發(fā)排放的氣體量，在圖1實(shí)施例中，在低溫容器I排放管路上，也就是放空管2、放空閥3和接管4后，依次設(shè)置換熱器5、接管6、氣體質(zhì)量流量計(jì)7、接管8、緩沖罐11，之后氣體通過排放管13排放至大氣環(huán)境。該系統(tǒng)還包括一個(gè)用于調(diào)節(jié)緩沖罐11壓力的背壓控制系統(tǒng)，其包括壓力傳感器10、可編程控制器16、計(jì)算機(jī)15、壓力控制器21，以及快速補(bǔ)氣管路和快速排氣系統(tǒng)；壓力控制器21用于通過計(jì)算機(jī)15和可編程控制器16控制緩沖罐11內(nèi)壓力，其輸入端連接有反饋控制系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定的計(jì)算機(jī)
15、帶有壓力設(shè)定信號和反饋信號的可編程控制器16，所述的壓力控制器21還連接有三個(gè)氣體控制接口，第一個(gè)接口連接快速排氣管路，快速排氣管路用于快速降低緩沖罐11內(nèi)的壓力；第二個(gè)接口連接快速補(bǔ)氣系統(tǒng)，快速補(bǔ)氣系統(tǒng)用于快速向穩(wěn)壓罐11補(bǔ)充氣體，提高罐內(nèi)壓力；第三個(gè)接口連接緩沖罐11 ;所述的可編程控制器16的輸入端連接有氣體質(zhì)量流量計(jì)7和壓力傳感器10?？焖傺a(bǔ)氣系統(tǒng)由氮?dú)馄?7、減壓閥26、進(jìn)氣高速電磁閥24和聯(lián)接管路組成，氮?dú)馄?7中的氮?dú)饨?jīng)減壓閥26減壓后通過進(jìn)氣管25和進(jìn)氣高速電磁閥24控制給穩(wěn)壓罐11補(bǔ)氣；快速排氣管路由高速開關(guān)電磁閥22和與環(huán)境大氣聯(lián)通的排氣管23構(gòu)成。
[0019]在氣體質(zhì)量流量計(jì)7與緩沖罐11之間的接管9上安裝了高精度、高穩(wěn)定性的絕對壓力傳感器10，由于氣體質(zhì)量流量計(jì)7流阻較小，而且蒸發(fā)氣體的流速很小，因此接管9處測量得到的壓力值可以認(rèn)為等同于低溫容器I內(nèi)氣相的壓力。由于采用了高精度絕對壓力傳感器10，不但提高了測量的精度，而且消除常規(guī)表壓測量會(huì)受到環(huán)境壓力變化的影響。
[0020]氣體質(zhì)量測量值和壓力測量值分別通過流量信號線8、壓力信號線17反饋至可編程控制器16中，可編程控制器16 —方面將測量的參數(shù)值通過數(shù)據(jù)線14輸出到計(jì)算機(jī)15進(jìn)行采集和記錄，計(jì)算機(jī)15同時(shí)將預(yù)先設(shè)定的壓力值通過數(shù)據(jù)線14輸出到可編程控制器中；另一方面，可編程控制器16將壓力測量值、壓力預(yù)設(shè)值分別通過壓力反饋信號線18、壓力設(shè)定信號線19輸出到壓力控制器21中。壓力控制器21根據(jù)計(jì)算機(jī)15通過反饋控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)控制線20給定的反饋控制系統(tǒng)參數(shù)，對比壓力測量值和壓力預(yù)設(shè)值后，調(diào)整排氣高速開關(guān)電磁閥22和進(jìn)氣高速開關(guān)電磁閥24的開關(guān)頻率和占位比，進(jìn)而快速調(diào)節(jié)壓力控制器21的排氣量和進(jìn)氣量，并通過壓力補(bǔ)償接管12來穩(wěn)定緩沖罐11內(nèi)氣體總量，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定緩沖罐11內(nèi)壓力的功能。由于采用以上穩(wěn)定背壓的自動(dòng)控制措施，有效降低了環(huán)境壓力變化對低溫容器I蒸發(fā)率測量的影響，實(shí)現(xiàn)了蒸發(fā)率測量的穩(wěn)定性。
[0021]本發(fā)明的測量系統(tǒng)，壓力控制器21根據(jù)測量的壓力反饋值和預(yù)先設(shè)定的壓力值，進(jìn)行比較后，輸出一個(gè)偏差控制量來控制對緩沖罐11進(jìn)行補(bǔ)氣、排氣，實(shí)時(shí)測量和電磁控制，響應(yīng)速度快,另外，由于大氣環(huán)境壓力變化速度相對電磁閥的動(dòng)作響應(yīng)時(shí)間慢很多,所以緩沖罐11內(nèi)壓力將會(huì)很快達(dá)到平衡，所以平衡調(diào)節(jié)時(shí)間短，一般調(diào)節(jié)時(shí)間不超過I分鐘。此外，可通過反饋控制系統(tǒng)的參數(shù)可對高速開關(guān)電磁閥的開關(guān)頻率和占空比的調(diào)整，實(shí)現(xiàn)對補(bǔ)氣、排氣的控制的連續(xù)性，穩(wěn)壓效果好。
[0022]本發(fā)明的測量系統(tǒng)，對于不同的背壓要求，只要調(diào)整計(jì)算機(jī)15中預(yù)先設(shè)定的壓力值即可，壓力控制器21可做出實(shí)時(shí)響應(yīng)，不需要進(jìn)行其他調(diào)整，自動(dòng)化程度高。
[0023]本發(fā)明的測量系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)低溫容器I在蒸發(fā)率測量時(shí)對背壓的快速在線監(jiān)測和控制，具有自動(dòng)、高效、適用性廣、易于推廣應(yīng)用。
[0024]本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)識到，以上實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而非限制本發(fā)明所描述的技術(shù)方案，并不局限于以上的形式，還可以對本發(fā)明進(jìn)行修改或等同的替換；一切不脫離本發(fā)明的精神和范圍的技術(shù)方案及其改進(jìn)，都將落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種穩(wěn)定背壓的低溫容器蒸發(fā)率測量系統(tǒng)，包括與低溫容器(I)氣相空間相連的氣體排放管路，在排放管上設(shè)置有放空閥(3)和氣體質(zhì)量流量計(jì)(7)，在氣體質(zhì)量流量計(jì)(7)出口設(shè)置有一個(gè)用于穩(wěn)定背壓的緩沖罐(11)，在緩沖罐(11)上連接有通大氣環(huán)境的排放管(13)，其特征在于:所述的系統(tǒng)還包括一個(gè)用于調(diào)節(jié)緩沖罐(11)壓力的背壓控制系統(tǒng)，其包括壓力傳感器(10)、可編程控制器(16)、計(jì)算機(jī)(15)、壓力控制器(21)，以及快速補(bǔ)氣管路和快速排氣系統(tǒng)；所述的壓力控制器(21)用于通過計(jì)算機(jī)(15)和可編程控制器(16)控制緩沖罐(11)內(nèi)壓力，其輸入端連接有計(jì)算機(jī)(15 )、帶有壓力設(shè)定信號和反饋信號的可編程控制器(16)，所述的壓力控制器(21)還連接有三個(gè)氣體控制接口，第一個(gè)接口連接快速排氣管路，快速排氣管路用于快速降低緩沖罐(11)內(nèi)的壓力；第二個(gè)接口連接快速補(bǔ)氣系統(tǒng)，快速補(bǔ)氣系統(tǒng)用于快速向緩沖罐(11)補(bǔ)充氣體，提高罐內(nèi)壓力；第三個(gè)接口通過壓力補(bǔ)償接管(12)連接緩沖罐(11);所述的可編程控制器(16)的輸入端連接有氣體質(zhì)量流量計(jì)(7)和壓力傳感器(10)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的穩(wěn)定背壓的低溫容器蒸發(fā)率測量系統(tǒng)，其特征在于:所述的快速補(bǔ)氣系統(tǒng)由氮?dú)馄?27)、減壓閥(26)、進(jìn)氣高速開關(guān)電磁閥(24)和連接管路組成，氮?dú)馄?27 )中的氮?dú)饨?jīng)減壓閥(26 )減壓后，再通過進(jìn)氣高速開關(guān)電磁閥(24 )控制，以給緩沖罐(11)補(bǔ)氣；快速排氣管路由高速排氣開關(guān)電磁閥(22)和與環(huán)境大氣連通的排氣管(23)構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的穩(wěn)定背壓的低溫容器蒸發(fā)率測量系統(tǒng)，其特征在于:所述的壓力傳感器(10)為絕對壓力傳感器，其測量誤差不超過±40Pa，布置在緩沖罐(11)和氣體質(zhì)量流量計(jì)(7 )之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的穩(wěn)定背壓的低溫容器蒸發(fā)率測量系統(tǒng)，其特征在于:在所述的氣體質(zhì)量流量計(jì)(7)前，設(shè)置有一個(gè)用于對低溫氣體進(jìn)行加熱用的換熱器(5)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的穩(wěn)定背壓的低溫容器蒸發(fā)率測量系統(tǒng)，其特征在于:在所述的氣體質(zhì)量流量計(jì)(7)前，設(shè)置有一個(gè)用于對低溫氣體進(jìn)行加熱用的換熱器(5)。
【文檔編號】G01F1/76GK103697956SQ201310659152
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月9日
【發(fā)明者】劉惠民, 馮慧華, 黃歡明, 蘇晨光 申請人:上海齊耀動(dòng)力技術(shù)有限公司