[发明专利]一种实时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，涉及到一种实时测量液氢中仲氢含量的方法及系统，具体涉及一种实时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：提供一种实时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：一种实时测量液氢中仲氢含量的方法，包括以下步骤：

步骤1：

测量待测液氢的温度值T、压力值P以及对应的密度ρ；

步骤2：

根据步骤(1)所测量的温度值T和压力值P获得在该温度和压力下正常氢的密度ρ_n，仲氢的密度ρ_p；

步骤3：

将步骤(2)所获得的正常氢的密度ρ_n，仲氢的密度ρ_p以及步骤(1)测量的密度ρ带入式中，得到仲氢的含量ε。

所述步骤(1)中可首先对待测液氢的温度和压力进行调节，以使测量结果准确，其中，温度需调节至24K≤T≤32K，压力调节至8bar≤P≤12bar，待测液氢调节到某一压力和温度时，需稳定1～3min。

所述步骤(1)中的温度T和压力P均为测量多组后所取的平均值。

该系统包括调节装置、测量装置、数据采集与处理装置；

其中，调节装置用于调节所取待测液氢的温度、压力，测量装置测量对经调节后的待测液氢温度、压力及在该温度和压力下的液氢密度，数据采集与处理装置采集测量装置所测量的温度T、压力P和密度ρ，同时通过其预先存储的数据获得在该温度和压力下正常氢的密度ρ_n，仲氢的密度ρ_p，并将采集到的数据以及正常氢的密度ρ_n，仲氢的密度ρ_p代入如下公式进行处理：

获得仲氢的含量ε。

所述调节装置为调节阀，分别设置于液氢管路的两端入口处，用于调节待测液氢产品的温度和压力；测量装置包括压力传感器、温度传感器和电容密度计，其中，所述电容密度计设置于液氢管路内部的中间部分，在电容密度计的前后两端分别设置压力传感器和温度传感器；数据采集与处理装置与温度传感器、压力传感器及电容密度计连接。

所述调节阀可将待测液氢的温度调节至24K≤T≤32K，将待测液氢的压力调节至8bar≤P≤12bar。

所述系统还包括一个显示器，可实时显示仲氢含量数据。

所述待测液氢的温度和压力值为取多个传感器的测量平均值。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)采用本发明的仲氢含量测量方法，没有对测量过程进行线性假设，同时还通过调节待测液氢的压力和温度，控制仲氢和正常氢密度差异，进而使测量结果更加精确。

(2)本发明的仲氢含量测量装置，通过在液氢管路内部设置电容密度计，并在密度计两端分别设置温度传感器和压力传感器，使得温度和压力测量精度更加准确，同时，液氢管路的两侧开口处还设置有调节阀，进而能够对待液氢的温度和压力进行实时调节。