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以气体测量不规则物体体积的装置及方法

阅读：901发布：2020-05-11

专利汇可以提供以气体测量不规则物体体积的装置及方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种以气体测量不规则物体体积的装置，真空泵与压力箱A之间、压力箱A与压力箱B之间、压力箱B与气罐之间，均设置管道连通，并在管道上依次设置阀门 A、阀门B、阀门C，压力箱A内设有压力计A、压力箱B内设有压力计B，压力箱A上设有开口及对其闭合的盖板，气罐内为理想气体；同时公开了以该装置测量不规则物体体积的方法。本发明依据理想气体定律、理想气体方程，通过压力箱内容积变化引起的压强变化，测得压强即可计算得到待测的不规则物体的体积，具有严格的理论基础，测量结果准确，测量过程不破坏被测物，可用在对各类不规则物体体积进行测量，尤其适用于不能接触液体的物体体积测量。，下面是以气体测量不规则物体体积的装置及方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种以气体测量不规则物体体积的装置，其特征在于：包括真空泵(1)、压力箱A(2)、压力箱B(3)、气罐(4)，所述真空泵(1)与压力箱A(2)之间、所述压力箱A(2)与压力箱B(3)之间、所述压力箱B(3)与气罐(4)之间，均设置管道(5)连通，并在所述管道(5)上依次设置阀门A(61)、阀门B(62)、阀门C(63)，所述压力箱A(2)内设有压力计A(7)、所述压力箱B(3)内设有压力计B(8)，所述压力箱A(2)上设有开口(21)及对其闭合的盖板(22)，所述气罐(4)内为理想气体。
2.根据权利要求1所述的以气体测量不规则物体体积的装置，其特征在于：所述理性气体为沸点低于-183℃的单一气体或混合气体。
3.根据权利要求1所述的以气体测量不规则物体体积的装置，其特征在于：所述压力箱A(2)、压力箱B(3)的空箱容积相等。
4.根据权利要求1所述的以气体测量不规则物体体积的装置，其特征在于：所述压力箱A(2)、压力箱B(3)为透明本体，所述压力计A(7)、压力计B(8)为数据可读式压力计。
5.根据权利要求1所述的以气体测量不规则物体体积的装置，其特征在于：所述压力计A(7)、压力计B(8)为数据信号传导式压力计。
6.根据权利要求1所述的以气体测量不规则物体体积的装置，其特征在于：所述开口(21)能够放入待测的不规则物体即可。
7.一种以权利要求1所述的装置测量不规则物体体积的方法，其特征在于：在恒温T下进行测量，包括以下步骤：
S10：通过气罐内的理想气体对压力箱A、压力箱B内进行气体置换净化，在压力箱A、压力箱B内形成理想气体环境，阀门A、阀门B、阀门C、盖板关闭，使压力箱
A、压力箱B各自密闭；压力箱B的空箱容积记为VB，此时，压力箱B内的温度记为TB，留存的理想气体的物质的量为nB，读取压力计B测得的压强PB，压力箱B中理想气体方程为：
PBVB＝nBRTB   式(1)；
S20：打开盖板，将体积为VM的待测的不规则物体M放入压力箱A内并关闭盖板，打开阀门A，通过真空泵对压力箱A内抽真空，当压力箱A内的压强小于压力箱B内的压强后，关闭阀门A；压力箱A的空箱容积记为VA，此时，压力箱A内的温度记为TA，留存的理想气体的物质的量为nA，读取压力计A测得的压强PA，压力箱A中理想气体方程为：
PA(VA－VM)＝nARTA   式(2)；
S30：打开阀门B，当压力箱A内的压强与压力箱B内的压强相等并稳定后，读取此时的压强PN，压力箱A和压力箱B的连通体中理想气体方程为：
PN(VA+VB－VM)＝(nA+nB)RTN   式(3)；
S40：通过式(1)、式(2)、式(3)，以及TB＝TA＝TN＝T，求得VM＝[PAVA+PBVB－PN(VA+VB)]/(PA－PN)；
以上的式(1)、式(2)、式(3)中，R为理想气体常数。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：步骤S10具体为：打开阀门A和阀门B、关闭阀门C和盖板，通过真空泵对压力箱A、压力箱B内抽真空一段时间，而后关闭阀门A、打开阀门C，通过气罐向压力箱A、压力箱B中充入理想气体，如此反复，至压力箱A、压力箱B内均为理想气体环境，从而完成对压力箱A、压力箱B内气体置换净化，并在压力箱A、压力箱B内存留有理想气体，阀门A、阀门B、阀门C、盖板关闭，使压力箱A、压力箱B各自密闭，读取压力计B测得的压强PB。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：当压力箱A、压力箱B的空箱容积相等均记为V，且当PB为1个标准大气压P，步骤S20对压力箱A内抽真空使PA为PB的1/2时，VM＝(1.5P－
2PN)V/(0.5P－PN)。

说明书全文

以气体测量不规则物体体积的装置及方法

技术领域

[0001] 本发明涉及物体体积测量，特别是测量不规则物体体积的装置及方法。

背景技术

[0002] 目前测量物体体积的方法大部分局限于对规则物体的测量，比如长方体、球形物体等，通过测量长、宽、高或者直径，再来计算物体的体积。此方法只能局限于规则物体，而在工程中大部分为不规则物体。

[0003] 对于不规则物体，也有通过排液法进行测量体积，但是测试过程效率低，测试一个物体后需要干燥仪器，浪费时间，如有液体的残留也会影响测量精度。排液法也不适用于测量会和液体反应或者吸附的物体，例如在液体中会短路的锂离子软包电芯、方壳电芯等，还会破坏被测物体。

发明内容

[0004] 发明目的：针对上述问题，本发明的目的是提供一种以气体测量不规则物体体积的装置，本发明的另一目的是提供以该装置测量不规则物体体积的方法。

[0005] 技术方案：一种以气体测量不规则物体体积的装置，包括真空泵、压力箱A、压力箱B、气罐，所述真空泵与压力箱A之间、所述压力箱A与压力箱B之间、所述压力箱B与气罐之间，均设置管道连通，并在所述管道上依次设置阀门A、阀门B、阀门C，所述压力箱A内设有压力计A、所述压力箱B内设有压力计B，所述压力箱A上设有开口及对其闭合的盖板，所述气罐内为理想气体。

[0006] 进一步的，所述理性气体为沸点低于-183℃的单一气体或混合气体。

[0007] 最佳的，所述压力箱A、压力箱B的空箱容积相等。

[0008] 最佳的，所述压力箱A、压力箱B为透明本体，所述压力计A、压力计B为数据可读式压力计，以方便读取压强数据，以及得到准确的压强数据。

[0009] 最佳的，所述压力计A、压力计B为数据信号传导式压力计，不受压力箱本体材质的影响，都可以读取到压强数据。

[0010] 最佳的，所述开口能够放入待测的不规则物体即可，尽量减少放入不规则物体时对压力箱A内环境的影响。

[0011] 一种以上述的装置测量不规则物体体积的方法，在恒温T下进行测量，包括以下步骤：

[0012] S10：通过气罐内的理想气体对压力箱A、压力箱B内进行气体置换净化，在压力箱A、压力箱B内形成理想气体环境，阀门A、阀门B、阀门C、盖板关闭，使压力箱A、压力箱B各自密闭；压力箱B的空箱容积记为VB，此时，压力箱B内的温度记为TB，留存的理想气体的物质的量为nB，读取压力计B测得的压强PB，压力箱B中理想气体方程为：

[0013] PBVB＝nBRTB 式(1)；

[0014] S20：打开盖板，将体积为VM的待测的不规则物体M放入压力箱A内并关闭盖板，打开阀门A，通过真空泵对压力箱A内抽真空，当压力箱A内的压强小于压力箱B内的压强后，关闭阀门A；压力箱A的空箱容积记为VA，此时，压力箱A内的温度记为TA，留存的理想气体的物质的量为nA，读取压力计A测得的压强PA，压力箱A中理想气体方程为：

[0015] PA(VA－VM)＝nARTA 式(2)；

[0016] S30：打开阀门B，当压力箱A内的压强与压力箱B内的压强相等并稳定后，读取此时的压强PN，压力箱A和压力箱B的连通体中理想气体方程为：

[0017] PN(VA+VB－VM)＝(nA+nB)RTN 式(3)；

[0018] S40：通过式(1)、式(2)、式(3)，以及TB＝TA＝TN＝T，求得VM＝[PAVA+PBVB－PN(VA+VB)]/(PA－PN)；

[0019] 以上的式(1)、式(2)、式(3)中，R为理想气体常数。

[0020] 进一步的，步骤S10具体为：打开阀门A和阀门B、关闭阀门C和盖板，通过真空泵对压力箱A、压力箱B内抽真空一段时间，而后关闭阀门A、打开阀门C，通过气罐向压力箱A、压力箱B中充入理想气体，如此反复，至压力箱A、压力箱B内均为理想气体环境，从而完成对压力箱A、压力箱B内气体置换净化，并在压力箱A、压力箱B内存留有理想气体，阀门A、阀门B、阀门C、盖板关闭，使压力箱A、压力箱B各自密闭，读取压力计B测得的压强PB。

[0021] 进一步的，当压力箱A、压力箱B的空箱容积相等均记为V，且当PB为1个标准大气压P，步骤S20对压力箱A内抽真空使PA为PB的1/2时，VM＝(1.5P－2PN)V/(0.5P－PN)。

[0022] 有益效果：与现有技术相比，本发明的优点是：依据理想气体定律、理想气体方程，通过压力箱内容积变化引起的压强变化，测得压强即可计算得到待测的不规则物体的体积，具有严格的理论基础，可靠性高，可有效测量不规则物体的体积，测量结果准确；装置具有良好的安全性，测量过程不破坏被测物，可用在对各类不规则物体体积进行测量，尤其适用于不能接触液体的物体体积测量，对锂离子软包电芯、方壳电芯等各类电池体积的测量具有实际的应用意义，和显著的应用效果。附图说明

[0023] 图1为本发明装置结构示意图。

具体实施方式

[0024] 下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

[0025] 本发明原理是依据理想气体定律，利用理想气体方程PV＝nRT，在恒定温度T、理想气体常数R条件下，通过三个稳态理想气体过程，得到三个不同压强下的理想气体方程，只需测得三个压强值，求解后确定压强P和容积V之间的一元一次方程，即可计算出待测的不规则物体的体积。

[0026] 一种以气体测量不规则物体体积的装置，如附图1所示，包括真空泵1、压力箱A2、压力箱B3、气罐4、阀门A61、阀门B62、阀门C63、压力计A7、压力计B8。

[0027] 真空泵1与压力箱A2之间、压力箱A2与压力箱B3之间、压力箱B3与气罐4之间，均设置管道5连通，阀门A61设置在真空泵与压力箱A之间的管道上，阀门B62设置在压力箱A2与压力箱B3之间的管道上，阀门C63设置在压力箱B3与气罐4之间的管道上，压力计A7置于压力箱A2内，压力计B8置于压力箱B3内，压力箱A2上设有设有开口21，并设有对开口21闭合的盖板22，开口21用于放入体积为VM的待测的不规则物体M。

[0028] 阀门A61、阀门B62、阀门C63、盖板22关闭后，压力箱A2、压力箱B3各自为密闭容器，压力箱A2的空箱容积记为VA，压力箱B3的空箱容积记为VB，VA与VB相等或不相等均可。

[0029] 压力计A、压力计B可选择传感式、信号传导式等，用于测得密闭容器内的压强数据。为了方便读取压强数据，以及得到准确的压强数据，可将压力箱A、压力箱B设计为透明本体，压力计A、压力计B选择数显式等可直接读取数据的压力计。

[0030] 气罐4内为理想气体。本发明测量方法需要理想气体参与，实际气体都不同程度地偏离理想气体定律，偏离大小取决于压力、温度与气体的性质，特别是取决于气体液化的难易程度。对于处在室温及1个标准大气压左右的气体，这种偏离是很小的，最多百分之几，例如氧气和氢气是沸点很低的气体(-183℃和-253℃)，在25℃、1个标准大气压时，摩尔体积与理想值的偏差在0.1％以内。而沸点较高的二氧化硫和氯气(-10℃和-35℃)，在25℃、1大气压时，摩尔体积与理想值的偏差就不是很理想。所以只要是沸点很低(沸点低于-183℃)的单一气体或者混合气体都可视为本发明中的理想气体。

[0031] 以上述的装置测量不规则物体体积的方法，测量过程在恒温T下进行，通常是室温条件，具体包括以下步骤。

[0032] S10：打开阀门A和阀门B、关闭阀门C和盖板，通过真空泵对压力箱A、压力箱B内抽气一段时间，抽掉压力箱A、压力箱B中不符合理想气体要求的气体(如空气中的水蒸气等沸点高的气体)；而后关闭阀门A、打开阀门C，通过气罐向压力箱A、压力箱B中充入理想气体，如此反复2～3次，至压力箱A、压力箱B内均为理想气体环境，以保证压力箱A、压力箱B内尽可能都是理想气体，从而完成对压力箱A、压力箱B内气体置换净化；最后一次置换时在压力箱A、压力箱B内存留有一定量的理想气体，阀门A、阀门B、阀门C、盖板关闭，使压力箱A、压力箱B各自密闭，压力箱B的空箱容积记为VB，此时，压力箱B内的温度记为TB，留存的理想气体的物质的量为nB，读取压力计B测得的压强PB，压力箱B中理想气体方程为：

[0033] PBVB＝nBRTB 式(1)。

[0034] S20：打开盖板，将待测的不规则物体M从开口放入压力箱A内并关闭盖板，打开阀门A，通过真空泵对压力箱A内抽真空一段时间，当压力箱A内的压强小于压力箱B内的压强后，关闭阀门A，压力箱A的空箱容积记为VA，此时，压力箱A内的温度记为TA，留存的理想气体的物质的量为nA，读取压力计A测得的压强PA，压力箱A中理想气体方程为：

[0035] PA(VA－VM)＝nARTA 式(2)；

[0036] 为了尽量减少放入不规则物体时对压力箱A内环境的影响，开口大小满足能够放入待测的不规则物体即可，测试过程在干燥环境下进行，以尽量减少压力箱外部空气中的水蒸气对测量精度的影响，可忽略这种影响。

[0037] S30：打开阀门B，压力箱A和压力箱B的连通，由于压力箱A与压力箱B存在压力差，当压力箱A内的压强与压力箱B内的压强相等并稳定后，读取此时的压强PN，压力箱A和压力箱B的连通体中理想气体方程为：

[0038] PN(VA+VB－VM)＝(nA+nB)RTN 式(3)。

[0039] S40：通过式(1)、式(2)、式(3)，以及恒温条件下测试TB＝TA＝TN＝T，求得VM＝[PAVA+PBVB－PN(VA+VB)]/(PA－PN)。

[0040] 上述的方法，通过压力箱内容积变化引起的压强变化，测得压强即可计算得到待测的不规则物体的体积。为了方便计算VM，可设计压力箱A、压力箱B的空箱容积相同，均记为V，步骤S10中PB为1个标准大气压P，步骤S20对压力箱A内抽真空使PA为PB的1/2，则VM＝(1.5P－2PN)V/(0.5P－PN)。

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