[发明专利]一种根据核磁矩差异测量液氢中仲氢含量的方法及系统

说明书

技术领域

本发明属于低温流体测量技术领域，涉及到流体组分含量的测量，尤其是涉及一种根据核磁矩差异测量液氢中仲氢含量的方法及系统。

背景技术

液氢是仲氢和正氢的混合物。从原子核自旋转的取向(量子态)不同而异，它们的化学性质完全相同，而物理性质如基态能量、密度和导热率等却有所差异。

目前，液氢中仲氢含量的测量，常用的是色谱分析的方法：由于正仲氢导热系数有差异，因此，不同仲氢含量的样品的导热系数不同，通过热导池鉴定器来测量样品的导热系数，就会在分析仪中显示不同的峰面积(或峰高)。采用正常氢(即在室温下氢中含仲氢量为25％、正氢量为75％)作载气，分离柱中使用分子筛对样本中的杂质(如O2、N2等)进行分离，以提高测量精度，以液氮温度和25℃时经过F3铁触媒转化管出口氢样的色谱峰峰面积(或峰高)对该温度时仲氢的平衡浓度作图，得标准曲线，将试样中实测的仲氢色谱峰峰面积(或峰高)与标准曲线比较来求算仲氢含量。

通过上述测量原理可以看出，该测量方法是做了线性假设的。而事实上，仲氢浓度和温度的关系，以及导热系数同温度的关系都不是线性的。因此这种方法是不准确的。同时，由于氢的安全性测量要求，这种分析方法需要配设待测样品到分析仪器的输运管道或者使用取样器取样来进行测量，因此样品不可避免的会在管路运输或取样的过程中受到外界环境的影响，产生误差。同时还有测量周期长，得出结果较慢等缺点，达不到实时测量的要求。在这种背景下，需要找到一种更好的测量方法来减少以上的缺点及误差。

发明内容

本发明的技术解决问题是：提供一种根据核磁矩差异测量液氢中仲氢含量的方法及系统，用以解决现有技术中液氢中仲氢含量测量精度不高、测量速度慢的问题。

本发明的技术解决方案是：一种根据正仲氢核磁矩差异测量液氢中仲氢含量的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：测量液氢的至少两组温度值T和相应温度下的摩尔磁化率χ_M；

步骤2：建立摩尔磁化率χ_M与1/T的直线方程，即χ_M＝α×1/T+β；

步骤3：

对于液氢分子，有

可以推出所述直线方程中的斜率直线方程与纵坐标的截距β＝χ_o；

当液氢分子由正氢和仲氢组成时，正氢与仲氢所产生的反磁磁化率相同，其产生的反磁磁化率之和为χ_o，仲氢中两质子自旋反平行，其两质子磁矩的合磁矩为零，故顺磁磁化率χ_μ仅为正氢分子产生的顺磁磁化率，

因此其中N为N_o个氢分子中正氢分子的个数，设混合氢分子中正氢含量为δ，则N＝δ·N_o，那么直线斜率为：

则液氢的摩尔磁化率

步骤4：

测量待测液氢的温度T和摩尔磁化率χ_M，将所测得的温度T、摩尔磁化率χ_M以及χ_o代入步骤(3)所得公式中，计算出正氢含量δ，则仲氢含量为1-δ；式中，χ_M为摩尔磁化率，K为波尔兹曼常数，μ₀＝4π×10^-7N·A^-2为真空磁导率，χ_o为反磁磁化率，μ_M为正氢分子的核磁矩，N_o为阿佛加德罗常数。

包括测量装置和数据采集和处理装置；测量装置包括磁化率测量装置和温度传感器，其中磁化率测量装置用于测量待测液氢的磁化率并传递给数据采集和处理装置，温度传感器用于测量待测液氢的温度并传递给数据采集和处理装置，数据采集和处理装置对接收到的待测液氢的磁化率数据和温度数据进行处理，通过计算得到液氢中仲氢的含量；数据采集和处理装置的数据处理过程如下：

数据采集和处理装置接收测量装置发送的至少两组温度值T和相应温度下的摩尔磁化率χ_M，并根据接收到的数据建立摩尔磁化率χ_M与1/T的直线方程，即χ_M＝α×1/T+β；

对于液氢分子，有

推出所述直线方程中的斜率直线方程与纵坐标的截距β＝χ_o；