一种检测四氧化二氮推进剂中相当水含量的装置及方法与流程

1.本发明专利涉及检测技术领域，具体为一种检测四氧化二氮推进剂中相当水含量的装置及方法。


背景技术：

2.n2o4氮和氧的化合物，具有强烈氧化性，常被用于作为火箭推进剂组分中的氧化剂，n2o4是由二氧化氮叠合而成，其固体和液体及气体均无色。随着温度升高，二氧化氮增多，颜色加深，由褐色到赤红色。在大气压下，n2o4的沸点为21.2℃，熔点
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11.2℃。密度(20℃)1.446g/cm3。由于n2o4的分子成对称结构，故较为稳定，溶于水、二硫化碳等。但其与水只是有限的互溶。0℃时，有含量为47％和98％(质量)的两层液体，掺和的临界温度为67℃，此时不再分层，液体中n2o4的含量为89％(质量)，易与水反应生成等摩尔硝酸和亚硝酸混合物。当温度升高，亚硝酸分解为硝酸和氧化氮，是强氧化剂。其与氨混合，在低温下发生爆炸。n2o4与许多有机溶剂如酯、醚、酮、腈形成分子加合物。液体n2o4腐蚀某些金属(碱金属、碱土金属、锌、镉和汞等)，生成金属盐，放出一氧化氮。
3.申请号为cn200410093822.5的专利公开了一种气相色谱法测量锂离子电池电解液水含量的方法，考虑水峰与其它所有物质的分离，使用的设备是：可程序升温的气相色谱仪，并配有2.5英尺长的paropakq80
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100目填充柱；热导池检测器；干超纯氢气作载气；10万分之一的天平；色谱的分析条件：载气流量：75ml/min；汽化室温度：200℃；检测器温度：200℃热丝电流自动调节；柱箱采用程序升温方式。操作方法是称量法与色谱法结合使用，达到精确测量水分的目的，此测量方法，简单，测量速度快、重现性好、精度高而受到了广泛的应用，应用于测量有机物的水分，灵敏度可达1ppm，已经达到测量电解液的要求，而一般的电解要求水分≤20ppm。
4.但是，该一种气相色谱法测量锂离子电池电解液水含量的方法，影响使用，例如易干扰检测的准确性，影响检测的效果，而且检测的技术要求高，给操作带来不便，为此我们提出一种检测四氧化二氮推进剂中相当水含量的装置及方法，来解决此问题。


技术实现要素：

5.本发明专利的目的在于提供一种检测四氧化二氮推进剂中相当水含量的装置及方法，以解决上述背景技术中提出的容易干扰检测的准确性，影响检测的效果，而且检测的技术要求高，给操作带来不便的问题。
6.为实现上述目的，本发明专利提供如下技术方案：
7.一种检测四氧化二氮推进剂中相当水含量的装置，包括检测箱本体，所述的检测箱本体的内部设置还原转化管，所述检测箱本体的正面表面的上中部固定安装有转化管路温控，转化管路温控的下部相邻位置对称固定安装第一进样管路温控和第二进样管路温控，检测箱本体的正面表面的下部一侧从上到下依次设置有快速降温钮、准备钮和循环还原钮；所述检测箱本体的背面表面的上部依次设置有载气管、载气稳压阀和载气压力表，检
测箱本体的背面表面的中部依次设置有氢气管、氢气稳压阀和氢气压力表，载气管与氢气管分别设置自动控制的载气电磁阀和氢气电磁阀，并通过第一三通合并连接后进入还原转化管，还原转化管内装有氧化铜催化剂；检测箱本体的顶部上表面固定设置手动进样管和自动进样管，手动进样管和自动进样管的出口穿过检测箱本体的箱壁后，并通过第二三通合并后与还原转化管连通；检测箱本体的一侧表面固定设置进样管路，进样管路的进口与还原转化管连通，进样管路的出口连接气相色谱仪。
8.优选的，所述检测箱本体的背面表面并位于氢气压力表的下部设置循环还原控制器，所述循环还原控制器的下部设置散热风扇，循环还原控制器分别与氢气电磁阀和载气电磁阀连通。
9.优选的，所述检测箱本体的背面表面设置有液体出管，所述液体出管的进口端与还原转化管连通，所述液体出管的出口端连通有废液瓶。
10.优选的，所述自动进样管的管路上设置有自动进样阀，自动进样阀与驱动气管连通。
11.优选的，所述进样管路上设置有进样针。
12.优选的，所述检测箱本体的背面表面的底部设置有总开关。
13.优选的，还原转化管上设置有加热体，所述的加热体与转化管路温控连接；进样管路的外部表面缠绕加热带，加热带外部缠绕保温绝缘材料，所述的加热带与第一进样管路温控连接；手动进样管和自动进样管内部装有加热棒，并填充保温材料，所述的加热棒与第二进样管路温控连接。
14.优选的，转化管路温控控制范围5℃～700℃，第一进样管路温控控制范围5℃～200℃，第二进样管路温控控制范围5℃～200℃。
15.一种检测四氧化二氮推进剂中相当水含量的方法，应用前述的检测四氧化二氮推进剂中相当水含量的装置，包括以下步骤：
16.步骤1、装置连接：连接好载气管、氢气管、驱动气管，载气调节压力为10psi，氢气调节压力为10psi；
17.步骤2、开机：打开仪器电源总开关，操作设置转化管路温控、第一进样管路温控、第二进样管路温控，等待各部件温度稳定；
18.步骤3、氧化铜的还原：还原转化管内装氧化铜，还原时将进样针与气相色谱仪的进样口拆开，转化管路温控的温度控制在300～450℃，打开前面板的循环还原钮，载气与氢气将自动交替通过还原转化管，直至还原转化管的出口没有过多水为止；
19.步骤4、工作曲线的绘制：用微量注射器从手动进样管分别向含有部分氧化铜的还原转化管中注入5、10、20、30μl氢气(若检测器灵敏度不够，可适当加大氢气的量)，注入氢气生成相应的水质量按下式计算：
[0020][0021]
式中：x——注入氢气相应的水质量，μg；v——注入氢气的体积，μl；
[0022]
p——氢气的压强，kpa；t——氢气的温度，k；18——水的摩尔质量，g/mol；273.15——0℃的绝对温度，k；22.4——标准状态下1摩尔气体所具有的体积，l/mol；101.325——1标准大气压，kpa，以峰面积对应水质量(μg)绘制工作曲线；
[0023]
步骤5、试样测定：在与绘制工作曲线相同操作条件下，进行试样测定；
[0024]
步骤6、相当水含量按照下式计算：
[0025]
式中：x——相当水含量，％(m/m)；m——从工作曲线上查出样品中水峰面积对应的水质量，μg；v——进样体积，μl；ρ——测定温度下样品的密度，g/cm3，所得结果表示至三位小数。
[0026]
优选的，步骤5中进行试样测定的具体步骤如下：
[0027]
a、手动进样：用微量注射器抽取2μl四氧化二氮液体，迅速从手动进样管注入，同时启动气相色谱仪进样；
[0028]
b、自动进样：将准备钮开关拨到准备位置，用20ml注射抽取试样约15ml，从自动进样管注入，直至后方液体出口有稳定液体流动时，迅速将准备钮开关拨到自动进样位置，同时启动气相色谱仪进样，重复测定5次，测量峰面积的相对偏差应在2％以内。
[0029]
与现有技术相比，本发明专利提供了一种检测四氧化二氮推进剂中相当水含量的装置及方法，具备以下有益效果：
[0030]
通过设计了检测箱本体、转化管路温控、第一进样管路温控、第二进样管路温控、快速降温钮、准备钮、循环还原钮、进样管路、载气管、载气稳压阀、载气压力表、氢气管、氢气稳压阀、氢气压力表和驱动气管，使该检测装置可以减少外界对检测的干扰，确保检测的准确性，检测技术要求低，容易操作，解决了现有的一些检测装置容易干扰检测的准确性，影响检测的效果，而且检测的技术要求高，给操作带来不便的问题。
附图说明
[0031]
图1为本发明专利的检测箱本体结构正视示意图；
[0032]
图2为本发明专利的检测箱本体结构后视示意图；
[0033]
图3为本发明专利的检测箱本体内部电气原理示意图。
[0034]
图中：1、检测箱本体；2、转化管路温控；3、第一进样管路温控；4、第二进样管路温控；5、快速降温钮；6、准备钮；7、循环还原钮；8、进样管路；9、载气管；10、载气稳压阀；11、载气压力表；12、氢气管；13、氢气稳压阀；14、氢气压力表；15、驱动气管；16、循环还原控制器；17、散热风扇；18、液体出管；19、废液瓶；20、手动进样管；21、自动进样管；22、进样针；23、总开关；24、还原转化管；25、气相色谱仪；26、自动进样阀；27、第一三通；28、第二三通；29、载气电磁阀；30、氢气电磁阀。
具体实施方式
[0035]
下面将结合本发明专利实施例中的附图，对本发明专利实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明专利一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明专利中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明专利保护的范围。
[0036]
如图1
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2所示，本发明专利提供一种技术方案：一种检测四氧化二氮推进剂中相当水含量的装置，包括检测箱本体1，所述的检测箱本体1的内部为空腔结构，所述的空腔结构中设置有还原转化管24，还原转化管24用于容纳载气、氢气、四氧化二氮进行混合氧化还原
反应。检测箱本体1的正面表面的上中部固定安装有转化管路温控2，转化管路温控2的下部相邻位置对称固定安装有第一进样管路温控3和第二进样管路温控4，检测箱本体1的正面表面的下部一侧从上到下依次设置有快速降温钮5、准备钮6和循环还原钮7。
[0037]
检测箱本体1的背面表面的上部依次设置有载气管9、载气稳压阀10和载气压力表11，载气管9的进气端连接载气源,载气管9的出气端穿过检测箱本体1的箱壁之后延伸进入检测箱本体1的空腔结构，载气稳压阀10和载气压力表11通过穿过检测箱本体1的箱壁的管路与载气管9连通，载气稳压阀10和载气压力表11分别用于调整和显示载气压力。检测箱本体1的背面表面的中部依次设置有氢气管12、氢气稳压阀13和氢气压力表14，氢气管12的进气端连接氢气源,氢气管12的出气端穿过检测箱本体1的箱壁之后延伸进入检测箱本体1的空腔结构，氢气稳压阀13和氢气压力表14通过穿过检测箱本体1的箱壁的管路与氢气管12连通，氢气稳压阀13和氢气压力表14分别用于调整和显示氢气压力。载气管9用于接入载气源，推动四氧化二氮推进剂样品的传输；氢气管12用于接入高纯氢气源，载气管9与氢气管12分别设置有自动控制的载气电磁阀29和氢气电磁阀30，并通过第一三通27合并连接后进入还原转化管24，还原转化管24内装有氧化铜催化剂，通过载气电磁阀29和氢气电磁阀30的自动通断实现载气与氢气交替进入还原转化管24中，氢气将氧化铜还原后产生水，载气将产生的水吹出还原转化管24、进入液体出管18。检测箱本体1的背面表面的下部一侧设置有驱动气管15，驱动气管15的下部设置总开关23，总开关23与各电气部件连接、可以方便地开启或者关闭电源，驱动气管15和总开关23的相邻一侧自上而下设置循环还原控制器16、散热风扇17，散热风扇17用于检测箱本体1的快速散热，在循环还原控制器16与驱动气管15之间设置液体出管18，液体出管18的进口端与还原转化管24连通，液体出管18的出口端与废液瓶19连通，液体出管18和废液瓶19可以方便地排出废液,废液是四氧化二氮样品冲洗定量管后流出的多余样品，防止样品挥发至大气，需要回收至废液瓶19中，废液瓶19中装有碱液，可以吸收流出来的多余样品。循环还原控制器16分别与氢气气路上的自动控制的氢气电磁阀30、以及与载气气路上的自动控制的载气电磁阀29连通，循环还原控制器16可以实现载气电磁阀29和氢气电磁阀30的快速频繁通断，通过载气电磁阀29和氢气电磁阀30的交替通断实现载气与氢气交替进入还原转化管24中。循环还原钮6与循环还原控制器16连接，通过循环还原钮6的设置控制载气与氢气交替进入还原转化管24中。如图3所示，为本发明专利的检测箱本体内部电气原理示意图。
[0038]
检测箱本体1的顶部上表面的一端固定设置有手动进样管20，检测箱本体1的顶部上表面的另一端固定设置有自动进样管21，手动进样管20或自动进样管21用于手动或者自动添加四氧化二氮样品。手动进样管20和自动进样管21的出口穿过检测箱本体1的箱壁后，并通过第二三通28合并后与还原转化管24连通。自动进样管21的管路上设置有自动进样阀26，自动进样阀26与驱动气管15连通，驱动气管15用于接入纯净有压力的空气源或惰性气体源来实现自动进样阀26的驱动切换。
[0039]
检测箱本体1的一侧表面固定设置有进样管路8，进样管路8用于传输四氧化二氮推进剂中相当水含量转化后的样品至气相色谱仪25，进样管路8的进口与还原转化管24连通，进样管路8的出口连接气相色谱仪25。进样管路8上设置有进样针22，进样针22用于控制四氧化二氮推进剂中相当水含量转化后的样品到气相色谱仪的进样量。
[0040]
这其中：还原转化管24上设置有加热体，所述的加热体与转化管路温控2连接，通
过设置转化管路温控2的数值控制还原转化管24的温度。所述的加热体使用耐高温材料，并填充耐高温保温材料，确保四氧化二氮样品的转化温度稳定。进样管路8的外部表面缠绕加热带，加热带外部缠绕保温绝缘材料，所述的加热带与第一进样管路温控3连接，通过设置第一进样管路温控3的数值控制四氧化二氮推进剂中相当水含量转化后的进样管路8的温度，确保进样管路8温度的稳定，使转化后的样品在传输到气相色谱仪25的过程中不冷凝，以免影响实验结果。手动进样管20和自动进样管21内部装有加热棒，并填充保温材料，所述的加热棒与第二进样管路温控4连接，通过设置第二进样管路温控4的数值控制进入还原转化管24中的四氧化二氮样品的温度稳定，四氧化二氮进入手动进样管20和自动进样管21后能迅速汽化、进入还原转化管24后能迅速转化。所述的转化管路温控2、第一进样管路温控3、第二进样管路温控4包括温度控制器，温度控制器可以控制与其连接的加热体、加热带、加热棒的加热温度。快速降温钮5与气泵连接，气泵出口连通至还原转化管24中的加热体，必要时在实验过程中可以按下快速降温钮5，这时气泵启动，通过风冷实现还原转化管24温度的快速降温，提高了实验效率。
[0041]
通过设计了检测箱本体1、转化管路温控2、第一进样管路温控3、第二进样管路温控4、快速降温钮5、准备钮6、循环还原钮7、进样管路8、载气管9、载气稳压阀10、载气压力表11、氢气管12、氢气稳压阀13、氢气压力表14和驱动气管15，使该检测装置可以减少外界对检测的干扰，确保检测的准确性，检测技术要求低，容易操作，解决了现有的一些检测装置容易干扰检测的准确性，影响检测的效果，而且检测的技术要求高，给操作带来不便的问题。转化管路温控2负责还原转化管24的温度控制，控制范围5℃～700℃，第一进样管路温控3负责进样管路8的温度控制，控制范围5℃～200℃，第二进样管路温控4负责手动进样管20和自动进样管21的温度控制，控制范围5℃～200℃。按下快速降温钮5的按键，红色led灯环亮，快速降温装置(气泵)启动，再按一下快速降温钮5的按键，断开快速降温装置。准备钮6的开关拨到左侧，进入准备进样状态；开关拨到中间，自动进样阀为停止状态，即为手动进样状态；开关拨到右侧，自动进样阀为开启状态，进入自动进样状态。按下循环还原钮7的按键，蓝色led灯环亮，循环还原控制器16启动，氮气、氢气按照设定的时间交替进入还原转化管24中。
[0042]
一种检测四氧化二氮推进剂中相当水含量的方法，应用前述的装置，通过以下步骤来实现：
[0043]
步骤1、装置连接：连接好载气管9、氢气管12、驱动气管15，确保无泄漏，载气调节压力为10psi，氢气调节压力为10psi；
[0044]
步骤2、开机：打开仪器电源总开关23，操作设置转化管路温控2、第一进样管路温控3、第二进样管路温控4，等待各部件温度稳定；
[0045]
步骤3、氧化铜的还原：还原转化管24内装氧化铜，还原时将进样针22与气相色谱仪25的进样口拆开，转化管路温控2的温度控制在300～450℃，打开前面板的循环还原钮7，载气与氢气将自动交替通过还原转化管24，直至还原转化管24的出口没有过多水为止；此时进样口会有少量水珠流出(还原出来的水)，为了防止水珠落到仪器或实验桌上，也可以找一个容器放在进样针22下面，接住流出来的少量水；
[0046]
步骤4、工作曲线的绘制：用微量注射器从手动进样管20分别向含有部分氧化铜的还原转化管24中注入5、10、20、30μl氢气(若检测器灵敏度不够，可适当加大氢气的量)，注
入氢气生成相应的水质量按下式计算：
[0047][0048]
式中：x——注入氢气相应的水质量，μg；v——注入氢气的体积，μl；
[0049]
p——氢气的压强，kpa；t——氢气的温度，k；18——水的摩尔质量，g/mol；273.15——0℃的绝对温度，k；22.4——标准状态下1摩尔气体所具有的体积，l/mol；101.325——1标准大气压，kpa，以峰面积对应水质量(μg)绘制工作曲线；
[0050]
步骤5、试样测定：在与绘制工作曲线相同操作条件下，进行试样测定：
[0051]
a、手动进样：用微量注射器抽取2μl四氧化二氮液体，迅速从手动进样管20注入，同时启动气相色谱仪25进样；
[0052]
b、自动进样：将准备钮6开关拨到准备位置，用20ml注射抽取试样约15ml，从自动进样管21注入，直至后方液体出口有稳定液体流动时，迅速将准备钮6开关拨到自动进样位置，同时启动气相色谱仪25进样，重复测定5次，测量峰面积的相对偏差应在2％以内；
[0053]
步骤6、相当水含量按照下式计算：
[0054]
式中：x——相当水含量，％(m/m)；m——从工作曲线上查出样品中水峰面积对应的水质量，μg；v——进样体积，μl；ρ——测定温度下样品的密度，g/cm3，所得结果表示至三位小数。
[0055]
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0056]
尽管已经示出和描述了本发明专利的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明专利的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明专利的范围由所附权利要求及其等同物限定。