[发明专利]一种测量空心玻璃微珠内真空度的装置及方法

说明书

本发明涉及一种测量空心玻璃微珠内真空度的装置及方法，该装置包括测量腔、空心玻璃微珠、盛装容器、挤压活塞、液压马达、热电偶、绝压计、精密活塞、差压计、平衡阀、参考腔室等部分组成；由于真空玻璃微珠呈粉末状堆积，粉末堆不仅包含空心玻璃微珠内气体，还包含玻璃微珠之间的堆积空隙，因此本装置需通过两个步骤实现真空玻璃微珠内真空度的测量：1.堆积粉末孔隙率测试；2.空心玻璃微珠内压力测试；本发明使堆积状态的大量空心玻璃微珠发生破碎，通过测量整体腔室内压力变化，避免了单个微纳尺寸真空容器测量难度大、测量精度低的难点。

技术领域

本发明属于测量真空度的装置领域，尤其是涉及测量空心玻璃微珠内真空度的领域。

背景技术

空心玻璃微珠是一种尺寸微小的空心玻璃球体，尺寸约为15～150微米，壁厚0.5～2微米，具有质轻、低导热、隔音、高分散、电绝缘性和热稳定性好等优点，当空心玻璃珠内部为真空时，其具有良好的绝热性能，是一种性能优异的绝热材料；空心玻璃微珠为球形度很好的刚性空心微球，颗粒之间为点接触，空心结构使得热传导路径延长，能有效降低接触导热；空心玻璃微珠为闭孔微球，将气体封存在球体内部，较大限度的阻止气体流动传热；空心玻璃微珠为带有致密球壳的闭孔微球，通过控制粒度，可以较大限度的对热辐射进行散射。空心玻璃微珠的成分与玻璃类似，不但具有不燃、阻燃的特点，而且具有很宽的使用温度范围(600℃以下温度均可)；此外，空心玻璃微珠还具有真空度要求不高(在0.01-10Pa的真空度范围即表现出很好的绝热性能，在此范围内真空度越低绝热性能越好，可根据绝热要求及保温容器气密性选择合适的真空度)，真空保持能力好，后期维护频率低且简便易行等一系列优点，具有很大的潜在应用价值；近年来也已经成为石油钻井、深海探测、航天航空、隔热保温等领域重要材料之一，空心玻璃微珠的重要表征指标主要有：抗压强度、真密度、漂浮率、堆积系数以及粒径等，而现有的密度测量，精确度不高，没有好的测量方法，也没有能有效实现微纳尺寸真空容器内的真空度的测量装置及方法。

发明内容

为了解决上述问题，本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种包括测量腔室及参考腔室，所述测量腔室内固定设有盛装容器，所述盛装容器正上方的测量腔室上设有挤压活塞，所述挤压活塞的轴线与盛装容器的轴线一致，且挤压活塞的外径与盛装容器的内径过盈配合；所述测量腔室与参考腔室之间设有第一管路，所述盛装容器与参考腔室之间设有第二管路；所述第一、第二管路上均设有差压计，所述差压计与测量腔室之间的第一管路上连接设有精密活塞，所述第一管路的差压计两端并列连接有平衡阀，另所述第一管路靠近测量腔室的一侧设有绝压计，盛装容器的侧壁上还固定设有热电偶。

作为本发明的进一步优化方案，所述参考腔室内放置细铜丝，且细铜丝呈不规则状堆满参考腔室；由于铜丝比热容远高于空气，且不规则状堆积可增加细铜丝与空气接触面积，因此当环境温度变化时，参考腔室内温度与压力能够尽可能减小波动，维持稳定，从而保证测量结果的准确性。

作为本发明的进一步优化方案，所述装置还包括液压马达，所述挤压活塞与液压马达连接，并由液压马达驱动挤压活塞在测量腔内进行运动；通过液压马达提供的驱动力，可对其下方盛装容器内的玻璃微珠施加强挤压作用力。

一种使用上述的装置测量空心玻璃微珠内真空度的方法，步骤如下，

步骤一、将待测若干数量的空心玻璃微珠放入盛装容器内，空心玻璃微珠的堆积体积为V₀，填充盛装容器内大部分的空间；

步骤二、进行空心玻璃微珠堆积孔隙率测试，已知测量腔室内容积为V；

a、先打开平衡阀，待测量腔与参考腔内压力相等后关闭平衡阀，记录盛装容器的初始绝对压力p、差压传感器的本地压差Δp₁；

b、调节精密活塞，使得被测腔室容积增加ΔV，记录差压计的稳定压差Δp₂；