一种C4F7N质量流量转换系数测定装置及方法与流程

一种c4f7n质量流量转换系数测定装置及方法
技术领域
1.本发明涉及化学技术领域，具体涉及一种c4f7n质量流量转换系数测定装置及方法。


背景技术：

2.目前，混合气体的现场充气多采用基于质量流量混合法的气体混合灌充装置，先将气体加热至某一固定温度以消除气体相变(气化)、膨胀、流动、再压缩等因素影响，再通过气体质量流量控制器精确配比输出至缓冲罐，在缓冲罐混合均匀后采用压缩机加压灌充至目标气缸；在缓冲罐中装有混合比例实时监测装置，混合比例偏差较大时可启用混合灌充装置的补气程序以保证气体混合均匀并达到混合比例要求精度。上述基于质量流量混合法的气体混合灌充装置所用气体质量流量控制器出厂时一般用n2标定，用于其他气体时，需要通过气体质量流量转换系数进行换算。
3.c4f7n/co2作为最具潜力的sf6替代气体之一，得到研究人员的广泛关注。c4f7n/co2气体的温室效应gwp为360，较sf6下降98％，安全性与sf6相当，在国际上已有试运行的工程。但c4f7n/co2混合气体运维处理、检测等技术的研究尚未成熟，限制了其推广使用。其中，c4f7n质量流量转换系数对c4f7n/co2气体的运维、使用至关重要，而现有技术还不能直接获取c4f7n气体的质量流量转换系数。


技术实现要素：

4.本发明主要是为了解决现有技术还不能直接获取c4f7n气体质量流量转换系数的问题，提供了一种c4f7n质量流量转换系数测定装置及方法，测量精度高，测量时间短，且实现自动计算质量流量转换系数，可直接获取c4f7n的质量流量转换系数。
5.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
6.一种c4f7n质量流量转换系数测定装置，包括双路推杆，所述双路推杆的左侧设有步进电机，双路推杆的右侧第一端连接有第一气路系统，所述第一气路系统包括从左往右依次设置的第一气缸、第一压力传感器、第一电磁阀和第一气体质量流量控制器，所述第一气缸与第一压力传感器之间还连接有第二电磁阀，所述第二电磁阀的进气端连接第一进气接口；双路推杆的右侧第二端连接有第二气路系统，所述第二气路系统包括从左往右依次设置的第二气缸、第二压力传感器、第三电磁阀和第二气体质量流量控制器，所述第二气缸与第二压力传感器之间还连接有第四电磁阀，所述第四电磁阀的进气端连接第二进气接口；所述第一气体质量流量控制器和第二气体质量流量控制器均与远程数据处理单元无线连接。使用时，先将气缸内部和管路进行抽真空，然后通过第一进气接口和第二电磁阀，往第一气缸内充入n2，同时，通过第二进气接口和第四电磁阀，往第二气缸内充入c4f7n；步进电机通过双路推杆驱动第一活塞在第一气缸中以固定速度匀速运动，第一气缸为圆柱形气缸，第一压力传感器检测n2气体压力，第一气体质量流量控制器检测n2气体流量为q1，并将检测数据通过无线通讯模块传给远程数据处理单元，同时，步进电机通过双路推杆驱动第
二活塞在第二气缸中以固定速度匀速运动，第二气缸为圆柱形气缸，第二压力传感器检测c4f7n气体压力，第二气体质量流量控制器检测c4f7n气体流量为q2，并将检测数据通过无线通讯模块传给远程数据处理单元；接着改变步进电机的转速，获得不同流量下的两路流量示值并传给数据处理单元，数据处理单元根据获得的数据，按照公式计算获得不同流量下的c4f7n质量流量转换系数k。本装置使用的气体质量流量控制器均用n2标定，压力传感器用于检测c4f7n和n2的压力，保证实验过程中c4f7n和n2的压力一致。本装置实现自动计算c4f7n气体的质量流量转换系数，测量精度高，测量时间短，为c4f7n/co2混合气体相关产品的研发提供技术支撑。
7.作为优选，所述第一气缸一端设有第一活塞，所述双路推杆右侧第一端与所述第一活塞固定连接。双路推杆右侧第一端与第一活塞固定连接，步进电机通过双路推杆驱动第一活塞在第一气缸内匀速运动。
8.作为优选，所述第二气缸一端设有第二活塞，所述双路推杆右侧第二端与所述第二活塞固定连接。双路推杆右侧第二端与第二活塞固定连接，步进电机通过双路推杆驱动第二活塞在第二气缸内匀速运动。
9.作为优选，所述第一气缸、第一压力传感器、第一电磁阀、第一气体质量流量控制器、第二电磁阀、第一进气接口通过管路连接且连通。
10.作为优选，所述第二气缸、第二压力传感器、第三电磁阀、第二气体质量流量控制器、第四电磁阀、第二进气接口通过管路连接且连通。
11.作为优选，所述第一气体质量流量控制器的出气端连接气袋或尾气回收装置，确保后端气体压力为常压。
12.作为优选，所述第二气体质量流量控制器的出气端连接气袋或尾气回收装置，确保后端气体压力为常压。
13.一种c4f7n质量流量转换系数测定方法，采用上述的一种c4f7n质量流量转换系数测定装置，包括以下步骤：步骤s1)对气缸内部和管路进行抽真空；步骤s2)在两个尺寸相同的气缸中分别充入c4f7n和n2；步骤s3)步进电机同时驱动两个气缸中的活塞，使c4f7n和n2在相同的压力下以相同的流量流动；步骤s4)采用出厂为n2标定的气体质量流量控制器记录两路流量示值；步骤s5)改变步进电机的转速，获得不同流量下的两路流量示值；步骤s6)采用最小二乘法对数据进行线性拟合；步骤s7)计算获得c4f7n标准质量流量转换系数。具体地，打开第二电磁阀，第一进气接口连接抽真空装置对第一气缸内部及管路进行抽真空，然后关闭第二电磁阀；同样地，打开第四电磁阀，第二进气接口连接抽真空装置对第二气缸内部及管路进行抽真空，然后关闭第四电磁阀。第一进气接口连接n2钢瓶，调节减压阀，打开n2钢瓶阀门和第二电磁阀；同样地，第二进气接口连接c4f7n钢瓶，调节减压阀，打开c4f7n钢瓶阀门和第四电磁阀。接着步进电机通过双路推杆控制第一活塞和第二活塞停在设定位置，第一气缸内充入n2，第二气缸内充入c4f7n，然后关闭第二电磁阀和第四电磁阀。步进电机带动第一活塞和第二活塞往复移动直到第一压力传感器和第二压力传感器检测到相同压力值，分别打开第一电磁阀和第三电磁阀，控制步进电机带动双路推杆以固定速度匀速推动第一活塞和第二活塞，记录第一气体质量流量控制器的读数q1和第二气体质量流量控制器的读数q2。改变步进电机的转速，即控制步进电机带动双路推杆以不同速度匀速推动第一
活塞和第二活塞，记录两路气体质量流量控制器的读数。采用最小二乘法对数据进行线性拟合，获得拟合方程，根据拟合方程计算获得c4f7n标准质量流量转换系数；或将拟合方程输入气体质量流量控制器内置的处理器，使气体质量流量控制器能自动计算不同流量下c4f7n的标准质量流量转换系数并显示，实现直接获取c4f7n气体质量流量转换系数，为研制c4f7n/co2混合气体检测仪器和处理设备提供技术支撑和基础数据。
14.作为优选，步骤s6中获得的拟合方程为：其中，x表示c4f7n气体流量，表示当前流量下c4f7n气体的标准质量流量转换系数。根据上述拟合方程计算获得c4f7n标准质量流量转换系数；或将拟合方程输入气体质量流量控制器内置的处理器，使得气体质量流量控制器能自动计算不同流量下c4f7n的标准质量流量转换系数并显示，实现直接获取c4f7n气体质量流量转换系数。
15.因此，本发明的优点是：(1)能够精确测量c4f7n的质量流量转换系数；(2)测量时间短，效率高；(3)能自动计算c4f7n的质量流量转换系数；(4)为c4f7n/co2混合气体相关产品的研发提供技术支撑。
附图说明
16.图1是本发明实施例中一种c4f7n质量流量转换系数测定装置的结构示意图。
17.1、步进电机 2、双路推杆 3、第一气路系统 4、第二气路系统 5、第一气缸 6、第一压力传感器 7、第一电磁阀 8、第一气体质量流量控制器 9、第二电磁阀 10、第一进气接口 11、第二气缸 12、第二压力传感器 13、第三电磁阀 14、第二气体质量流量控制器 15、第四电磁阀 16、第二进气接口 17、数据处理单元 18、第一活塞 19、第二活塞。
具体实施方式
18.下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。
19.如图1所示，一种c4f7n质量流量转换系数测定装置，包括双路推杆2，双路推杆2的左侧设有步进电机1，双路推杆2的右侧第一端连接有第一气路系统3，第一气路系统3包括从左往右依次设置的第一气缸5、第一压力传感器6、第一电磁阀7和第一气体质量流量控制器8，第一气缸5与第一压力传感器6之间还连接有第二电磁阀9，第二电磁阀9的进气端连接第一进气接口10；双路推杆2的右侧第二端连接有第二气路系统4，第二气路系统4包括从左往右依次设置的第二气缸11、第二压力传感器12、第三电磁阀13和第二气体质量流量控制器14，第二气缸11与第二压力传感器12之间还连接有第四电磁阀15，第四电磁阀15的进气端连接第二进气接口16；第一气体质量流量控制器8和第二气体质量流量控制器14均与远程数据处理单元17无线连接。使用时，先将气缸内部和管路进行抽真空，然后通过第一进气接口10和第二电磁阀9，往第一气缸5内充入n2，同时，通过第二进气接口16和第四电磁阀15，往第二气缸11内充入c4f7n；步进电机1通过双路推杆2驱动第一活塞18在第一气缸5中以固定速度匀速运动，第一气缸5为圆柱形气缸，第一压力传感器6检测n2气体压力，第一气体质量流量控制器8检测n2气体流量为q1，并将检测数据通过无线通讯模块传给远程数据处理
单元17，同时，步进电机1通过双路推杆2驱动第二活塞19在第二气缸11中以固定速度匀速运动，第二气缸11为圆柱形气缸，第二压力传感器12检测c4f7n气体压力，第二气体质量流量控制器14检测c4f7n气体流量为q2，并将检测数据通过无线通讯模块传给远程数据处理单元17；接着改变步进电机1的转速，获得不同流量下的两路流量读数并传给数据处理单元17，数据处理单元17根据获得的数据，按照公式计算获得不同流量下的c4f7n质量流量转换系数k。本装置使用的气体质量流量控制器均用n2标定，压力传感器用于检测c4f7n和n2的压力，保证实验过程中c4f7n和n2的压力一致。
20.如图1所示，第一气缸5一端设有第一活塞18，双路推杆2右侧第一端与第一活塞18固定连接。双路推杆2右侧第一端与第一活塞18固定连接，步进电机1通过双路推杆2驱动第一活塞18在第一气缸5内匀速运动。
21.如图1所示，第二气缸11一端设有第二活塞19，双路推杆2右侧第二端与第二活塞19固定连接。双路推杆2右侧第二端与第二活塞19固定连接，步进电机1通过双路推杆2驱动第二活塞19在第二气缸11内匀速运动。
22.如图1所示，第一气缸5、第一压力传感器6、第一电磁阀7、第一气体质量流量控制器8、第二电磁阀9、第一进气接口10通过管路连接且连通。
23.如图1所示，第二气缸11、第二压力传感器12、第三电磁阀13、第二气体质量流量控制器14、第四电磁阀15、第二进气接口16通过管路连接且连通。
24.第一气体质量流量控制器8的出气端连接气袋或尾气回收装置。
25.第二气体质量流量控制器14的出气端连接气袋或尾气回收装置。
26.一种c4f7n质量流量转换系数测定方法，采用上述的一种c4f7n质量流量转换系数测定装置，包括以下步骤：步骤s1)对气缸内部和管路进行抽真空；步骤s2)在两个尺寸相同的气缸中分别充入c4f7n和n2；步骤s3)步进电机1同时驱动两个气缸中的活塞，使c4f7n和n2在相同的压力下以相同的流量流动；步骤s4)采用出厂为n2标定的气体质量流量控制器记录两路流量示值；步骤s5)改变步进电机1的转速，获得不同流量下的两路流量示值；步骤s6)采用最小二乘法对数据进行线性拟合；步骤s7)计算获得c4f7n标准质量流量转换系数。具体地，打开第二电磁阀9，第一进气接口10连接抽真空装置对第一气缸5内部及管路进行抽真空，然后关闭第二电磁阀9；同样地，打开第四电磁阀15，第二进气接口16连接抽真空装置对第二气缸11内部及管路进行抽真空，然后关闭第四电磁阀15。第一进气接口10连接n2钢瓶，调节减压阀(调至绝对压力0.1mpa)，打开n2钢瓶阀门和第二电磁阀9；同样地，第二进气接口16连接c4f7n钢瓶，调节减压阀(调至绝对压力0.1mpa)，打开c4f7n钢瓶阀门和第四电磁阀15。接着步进电机1通过双路推杆2控制第一活塞18和第二活塞19停在设定位置，第一气缸5内充入n2，第二气缸11内充入c4f7n，然后关闭第二电磁阀9和第四电磁阀15。步进电机1带动第一活塞18和第二活塞19往复移动直到第一压力传感器6和第二压力传感器12检测到相同压力值(绝对压力0.1mpa)，分别打开第一电磁阀7和第三电磁阀13，控制步进电机1带动双路推杆2以固定速度匀速推动第一活塞18和第二活塞19，记录第一气体质量流量控制器8的读数q1和第二气体质量流量控制器14的读数q2。改变步进电机1的转速，即控制步进电机1带动双路推杆2以不同速度(包括4、6、8、10、12cm/min)匀速推动第一活塞18和第二活塞19，记录两路气体质量流量控制器的读数。采用最小二乘法对数据进行线性拟合，获得拟
合方程(其中，x表示c4f7n气体流量，表示当前流量下c4f7n气体的标准质量流量转换系数)，根据拟合方程计算获得c4f7n标准质量流量转换系数；或将拟合方程输入气体质量流量控制器内置的处理器，使气体质量流量控制器能自动计算不同流量下c4f7n的标准质量流量转换系数并显示，实现直接获取c4f7n气体质量流量转换系数，为研制c4f7n/co2混合气体检测仪器和处理设备提供技术支撑和基础数据。