專利名稱：用于測定流體光學參數(shù)的裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及儲能電池測試技術領域，尤其是一種用于測定流體光學參數(shù)的裝置。
背景技術：
全釩液流儲能電池是目前發(fā)展勢頭強勁的優(yōu)秀綠色環(huán)保蓄電池之一，以溶解于一定濃度硫酸溶液中的不同價態(tài)的釩離子為電池充放電時正負極電極反應的活性物質，具有特殊的電池結構，可深度大電流密度放電，充電迅速，比能量高，價格低廉，在大規(guī)模儲能領域具有鋰離子電池、鎳氫電池不可比擬的性價比優(yōu)勢。因此，全釩液流儲能電池的推廣應用符合目前政府所提倡的節(jié)能減排的重要國家戰(zhàn)略。質子交換膜作為全釩氧化還原液流電池關鍵材料之一，其性能的優(yōu)劣直接影響電池的性能。適用于全釩液流電池的離子交換膜必須抑制正負極電解液中不同價態(tài)的釩離子的互串，因為釩離子滲透后會與其他不同價態(tài)的釩離子發(fā)生化學反應，產生自放電現(xiàn)象，最終使電池的容量發(fā)生衰減。圍繞質子交換膜的開發(fā)和研究，相關的性能測試設備和技術日
益顯得重要。目前在質子交換膜釩離子滲透率測試過程，通常使用離子滲透率測試模擬池，膜一側流動釩離子溶液，另一側流動無釩離子溶液，釩離子將通過質子交換膜從有釩離子溶液的一側滲透到無釩離子溶液的一側，然后定時從本來無釩離子溶液的一側手動取得溶液，并采用紫外分光光度計對取得的溶液中的釩離子濃度進行測試，進而計算質子交換膜釩離子的滲透率。該過程需要手動從釩離子溶液罐長期、定時間隔取樣，長時間多次取樣會明顯減少測試對象一側溶液的總體積，從而破壞離子滲透率測試模擬池兩測的溶液體積相同的技術要求，偏離了實驗要求，使得測試結果出現(xiàn)誤差；同時，定時手工取樣也會造成取樣計量的誤差。在實現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)明人意識到現(xiàn)有技術存在如下缺陷在測試釩離子濃度過程中，由于需要待測試溶液的不斷消耗，導致對離子滲透率的測試結果不夠準確。

發(fā)明內容
(一)要解決的技術問題針對現(xiàn)有技術存在的問題，本發(fā)明提出了一種用于測定流體光學參數(shù)的裝置，以減少實驗誤差，提高對離子滲透率測試結果的準確度。( 二 )技術方案本發(fā)明用于測定流體光學參數(shù)的裝置包括暗箱；待測試組件，位于所述暗箱內， 包括待測試溶液容器、容器入口和容器出口，所述容器入口和容器出口分別通過導管連接到待測試溶液供給單元；第一驅動泵，連接于所述容器入口與所述待測試溶液供給單元之間，或連接于所述容器出口與所述待測試溶液供給單元之間，用于驅動待測試溶液在所述待測試溶液容器與所述待測試溶液供給單元之間流動；測試組件，包括光源、光感應器和分光光度計，光源和光感應器位于暗箱內。優(yōu)選地，本技術方案中，所述光源為紫外光源，所述光感應器為紫外光感應器；所述分光光度計為紫外光分光光度計。所述待測試組件為測試比色皿，用于測定流體光學參數(shù)的裝置還可以包括參照比色皿，位于暗箱內，用于測試組件進行校零；位置調節(jié)裝置， 位于暗箱內，用于調節(jié)光源和光感應器在測試位置和校零位置之間移動。優(yōu)選地，本技術方案中，待測試溶液供給單元位于暗箱外，包括離子滲透率測試模擬池，包括以質子交換膜隔開的第一腔室和第二腔室；離子溶液罐，與第二腔室相連接， 用于放置具有預設離子濃度的溶液；第二驅動泵，位于離子溶液罐和第二腔室之間，用于驅動具有預設離子濃度的溶液在離子溶液罐和第二腔室之間流動；待測試溶液罐，與第一腔室相連接，用于放置待測試的溶液，待測試溶液罐、第一腔室、第一驅動泵，待測試組件構成待測試溶液的循環(huán)通路。(三)有益效果本發(fā)明的用于測定流體光學參數(shù)的裝置中，由于不需要從被測試溶液供給單元中抽取溶液，因此模擬電池兩側溶液的體積始終是相等的，從而提高了測試結果的準確性，同時實現(xiàn)了自動測樣。


圖1為根據本發(fā)明實施例用于測定流體光學參數(shù)的裝置的示意圖；圖2為根據本發(fā)明實施例用于測定流體光學參數(shù)的裝置中測試比色皿的示意圖；圖3為根據本發(fā)明實施例用于測定流體光學參數(shù)的裝置中伸縮桿裝置的示意圖；圖4為根據本發(fā)明實施例用于測定流體光學參數(shù)的裝置的示意圖。主要元件符號說明暗箱 10 ；測試比色皿20;第一驅動泵30 ；測試組件40 ；光源41 ；光感應器42 ；分光光度計43 ；待測試溶液供給單元50 ；離子滲透率測試模擬池51 ；質子交換膜511;離子溶液罐52 ；第二驅動泵53;待測試溶液罐M ；參照比色皿60。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照
5附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。本發(fā)明用于測定流體光學參數(shù)的裝置包括暗箱；待測試組件，位于暗箱內，包括待測試溶液容器、容器入口和容器出口，容器入口和容器出口分別通過導管連接到待測試溶液供給單元；第一驅動泵，連接于容器入口與待測試溶液供給單元之間，或連接于容器出口與待測試溶液供給單元之間，用于驅動待測試溶液在待測試溶液容器與待測試溶液供給單元之間流動；測試組件，包括光源、光感應器和分光光度計，光源和光感應器位于暗箱內。在上述本發(fā)明實施例的裝置中，由于不需要從被測試溶液供給單元中抽取溶液， 因此待測試溶液的體積始終不變，從而提高了測試結果的準確性。圖1為根據本發(fā)明實施例用于測定流體光學參數(shù)的裝置的示意圖。圖2為根據本發(fā)明實施例用于測定流體光學參數(shù)的裝置中測試比色皿的示意圖。如圖1和圖2所示，根據本發(fā)明的一種示例性實施例用于測定流體光學參數(shù)的裝置包括暗箱10 ；待測試溶液供給單元50 ；測試比色皿20，位于暗箱10內，包括皿體、比色皿入口和比色皿出口，比色皿入口和出口均通過導管連接到待測試溶液供給單元50 ；第一驅動泵30，第一驅動泵30連接于比色皿入口與待測試溶液供給單元50之間，或連接于比色皿出口與待測試溶液供給單元 50之間，用于驅動待測試溶液在測試比色皿20與待測試溶液供給單元50之間流動；測試組件40，包括光源41、光感應器42和分光光度計43，光源和光感應器位于暗箱內。優(yōu)選地，該第一驅動泵為恒流泵。該恒流泵驅動待測試溶液以10 50毫升/分鐘的流速在測試比色皿與待測試溶液供給單元之間流動。通過設置恒流泵，促使待測試溶液在測試比色皿20和待測試溶液供給單元50間流動確保測試比色皿20和待測試溶液供給單元50中離子濃度相同，從而實現(xiàn)實時測試。。本發(fā)明中可以通過手動控制測試組件40進行溶液測試，也可以通過計算機程序設定測試頻率，從而在一天或較長時間內，由測試組件自動工作。通過上述設計，本發(fā)明避免了手工取樣的計量誤差，節(jié)省了人力成本。在一種示例性實施例中，測試組件40的光源41，與分光光度計43的一端口相連接，用于產生或引導光線照射裝有待測試溶液的測試比色皿20的皿體的采光面；光感應器 42，與分光光度計43的另一端口相連接，用于感應采光面的光線，并將感應的數(shù)據傳輸至分光光度計43。進一步地，光源41為紫外光源，光感應器42為紫外光感應器；分光光度計 43為紫外光分光光度計。測試比色皿20由石英材料制成，石英材料的厚度為0. 5毫米。第一驅動泵30為第一恒流泵。該恒流泵驅動待測試溶液以10 50毫升/分鐘的流速在測試比色皿20、待測試溶液供給單元50之間流動。本實施例中，紫外光光源可直接采用適當功率的紫外燈或從光源用光纖引入，紫外光光源外部要適當采取包裹措施，確保發(fā)射出的光線只直接照射到比色皿的采光面，而不會發(fā)生散射、衍射等影響測試的現(xiàn)象。同樣暗箱10的外殼也需要經過適當?shù)拈]光、防風處理。本實施例將紫外光分光光度計的紫外光源及紫外光感應器設置到暗箱10中， 將測試比色皿20和待取樣溶液直接相連接，通過控制溶液流速，使得測試比色皿內溶液相對靜止，借助計算機程序控制紫外光分光光度計定時自動測試溶液的吸光度，通過 Lambert-Beer定律和Fick定律得出的公式計算離子滲透率并自動產生曲線。其中，通過比色皿的雙開口設計，使液體樣品可以一直保持緩慢流入及流出測試比色皿，實現(xiàn)樣品溶液在測試比色皿中自動、連續(xù)更換。在進一步的實施例中，參見圖1，測定流體光學參數(shù)的裝置還可以包括參照比色皿60，位于暗箱10內，用于測試組件進行校零；位置調節(jié)裝置70，位于暗箱10內，用于調節(jié)光源41和光感應器42在測試位置和校零位置之間移動。位置調節(jié)裝置70為伸縮桿裝置或旋盤裝置。圖3為根據本發(fā)明實施例用于測定流體光學參數(shù)的裝置中伸縮桿裝置的示意圖。如圖3所示，一控距電機帶動一個帶有固定滑軌的傳動臂，電機根據程序的要求，帶動傳動臂在滑軌上移動，從而帶動相連的紫外光源或是紫外光感應器在參考比色皿60與測試比色皿20之間切換位置。通過將參照比色皿60固定在暗箱10中，設計伸縮桿，通過程序控制其在每次測樣前自動測試參考比色皿60中空白溶液(不含待測試離子且對待測試離子紫外吸收無影響的溶液)進行校零，完全實現(xiàn)無手動操作，自動測樣。圖4為根據本發(fā)明實施例用于測定流體光學參數(shù)的裝置的示意圖。進一步地，待測試溶液供給單元50包括離子滲透率測試模擬池51，包括以質子交換膜511隔開的第一腔室和第二腔室；離子溶液罐52，與第二腔室相連接，用于放置具有預設離子濃度的溶液； 第二驅動泵53，位于離子溶液罐和第二腔室之間，用于驅動具有預設離子濃度的溶液在離子溶液罐和第二腔室之間流動；待測試溶液罐M，與第一腔室相連接，用于放置待測試的溶液，待測試溶液罐M、第一腔室、第一驅動泵30，測試比色皿20構成待測試溶液的循環(huán)通路。優(yōu)選地，離子溶液罐52，包括第一攪拌器；和待測試溶液罐M，包括第二攪拌器。待測試溶液為隨著測試時間延長待測試離子濃度發(fā)生變化的溶液。優(yōu)選地，該第二驅動泵53為恒流泵，該恒流泵驅動預設離子濃度的溶液以10 50 毫升/分鐘的流速在離子溶液罐52和第二腔室之間流動，更優(yōu)選地，第二驅動泵與第一驅動泵以相同的流體流速驅動，以消除質子交換膜511隔開的第一腔室和第二腔室內流體流速差可能帶來的測量誤差；以下結合具體的實施例，對上述測定流體光學參數(shù)的裝置的工作流程進行詳細說明(1)離子滲透率測試模擬池51的裝配將待測質子交換膜511，以及有機玻璃端板組裝成帶有兩個獨立腔室的離子滲透率測試模擬池結構。然后分別連接兩個溶液罐-待測試溶液罐M和離子溶液罐52。兩溶液罐均帶攪拌裝置，可采用恒流泵或外加磁力攪拌，達到混合的目的。連接測試裝置一側的待測溶液罐討中初始加入一定體積的IM MgS04/2. 5MH2S04，另一側的離子溶液罐52中初始加入相同體積的IM V0S04/2. 5MH2S04。第二驅動泵53將釩離子溶液泵入模擬電池，恒流泵 30將初始空白待測溶液泵入暗箱進行釩離子滲透率的測試。此外，測試比色皿材質為石英， 比色皿光程長度0. 5 2厘米；比色皿外型尺寸長度2 5厘米，高度2 5厘米；石英厚度為0.5 1毫米。第一驅動泵30以及第二驅動泵53控制溶液流速10 50毫升/分鐘(該流速與溶液罐容積無關，考慮一般恒流泵的工作范圍)，從而控制在測量時，溶液在比色皿中穩(wěn)定流動，無氣泡和湍流等干擾因素產生(可直接采取停止恒流泵工作的辦法)。(2)釩離子滲透率測試從將兩種液體被泵入離子滲透率測試模擬池51開始計時，隨時間延長，有機玻璃端板一側離子滲透率測試模擬池51第一腔室內釩離子的濃度從零開始，不斷增加。這種濃度變化，通過第一驅動泵實時傳遞到待測試溶液罐M中，經攪拌裝置均勻，再由第一驅動泵30隨時泵入暗箱的測試比色皿20中。通過控制系統(tǒng)，設定每2 6小時紫外分光光度計測試比色皿20中溶液測試一次。每次測樣之前，通過位置調節(jié)裝置70伸縮桿或旋轉盤 70測試參考比色皿60中空白溶液(1M MgS04/2. 5MH2S04)進行校零。暗箱中的參考比色皿 60固定不動，并且使用適當?shù)恼诠獠考c樣品完全隔離。紫外光光源可直接采用適當波長， 優(yōu)選的波長范圍200到900納米，的紫外燈或從光源用光纖引入，器件外部要適當采取包裹措施，確保發(fā)射出的光線只直接照射到比色皿的采光面，而不會發(fā)生散射、衍射等影響測試的現(xiàn)象。同樣暗箱的外殼也需要經過適當?shù)奶幚?。一般取樣時，上述攪拌裝置可以暫時停止工作，不影響測試數(shù)據。(3)數(shù)據控制系統(tǒng)針對釩離子濃度測試，采集樣品在275納米波長的吸光度數(shù)值ΥΑω。同樣方法取得、。數(shù)值。采用文獻提供計算公式處理吸光度數(shù)據，得到公式等式左邊的數(shù)值，作為縱坐標； 借助OriginPro軟件劃出對應時間t (橫坐標)的曲線并進行擬合，依據擬合斜率數(shù)值，參照公式計算得到被測質子交換膜的滲透率(Ks)。ln{absVBo - IabsY^} = In YBq - IKsSt/ Va其中，K。為釩離子溶液一側初始紫外吸光度Q75nm) ;YA(t)為某一時刻待測試溶液一側紫外吸光度；S為離子膜有效滲透面積(cm2) ;VA為膜一側有效體積(cm3) ；Ks為釩離子滲透率(cm/s) ；t為時間(秒)。以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種用于測定流體光學參數(shù)的裝置，其特征在于，包括 暗箱；待測試組件，位于所述暗箱內，包括待測試溶液容器、容器入口和容器出口，所述容器入口和容器出口分別通過導管連接到待測試溶液供給單元；第一驅動泵，連接于所述容器入口與所述待測試溶液供給單元之間，或連接于所述容器出口與所述待測試溶液供給單元之間，用于驅動待測試溶液在所述待測試溶液容器與所述待測試溶液供給單元之間流動；測試組件，包括光源、光感應器和分光光度計，所述光源和所述光感應器位于所述暗箱內。
2.根據權利要求1所述的用于測定流體光學參數(shù)的裝置，其特征在于，所述第一驅動泵為恒流泵。
3.根據權利要求2所述的用于測定流體光學參數(shù)的裝置，其特征在于，所述恒流泵，用于驅動所述待測試溶液以10 50毫升/分鐘的流速在所述待測試組件與所述待測試溶液供給單元之間流動。
4.根據權利要求1所述的用于測定流體光學參數(shù)的裝置，其特征在于，所述光源，與所述分光光度計的一端口相連接，用于產生或引導光線照射裝有待測試溶液的所述待測試組件的待測試溶液容器的采光面；所述光感應器，與所述分光光度計的另一端口相連接，用于感應透過所述待測試溶液容器的光線強度，并將感應的數(shù)據傳輸至所述分光光度計。
5.根據權利要求4所述的用于測定流體光學參數(shù)的裝置，其特征在于，所述待測試溶液為離子濃度持續(xù)發(fā)生變化的溶液，光源為紫外光源，所述光感應器為紫外光感應器；所述分光光度計為紫外光分光光度計。
6.根據權利要求1所述的用于測定流體光學參數(shù)的裝置，其特征在于所述待測試組件為測試比色皿，所述待測試溶液容器為皿體，所述容器入口為比色皿入口，所述容器出口為比色皿出口。
7.根據權利要求6所述的用于測定流體光學參數(shù)的裝置，其特征在于，還包括 參照比色皿，位于所述暗箱內，用于所述測試組件進行校零；位置調節(jié)裝置，位于所述暗箱內，用于調節(jié)所述光源和光感應器在測試位置和校零位置之間移動。
8.根據權利要求7所述的用于測定流體光學參數(shù)的裝置，其特征在于，所述位置調節(jié)裝置為伸縮桿裝置或旋盤裝置。
9.根據權利要求1所述的用于測定流體光學參數(shù)的裝置，其特征在于，所述待測試溶液供給單元位于所述暗箱外，包括離子滲透率測試模擬池，包括以質子交換膜隔開的第一腔室和第二腔室； 離子溶液罐，與所述第二腔室相連接，用于放置具有預設離子濃度的溶液； 第二驅動泵，位于所述離子溶液罐和所述第二腔室之間，用于驅動具有預設離子濃度的溶液在所述離子溶液罐和所述第二腔室之間流動；待測試溶液罐，與所述第一腔室相連接，用于放置待測試的溶液，所述待測試溶液罐、 第一腔室、第一驅動泵，待測試組件構成待測試溶液的循環(huán)通路。
10.根據權利要求9所述的用于測定流體光學參數(shù)的裝置，其特征在于， 所述離子溶液罐，包括第一攪拌器，用于放置具有預設離子濃度的溶液； 所述待測試溶液罐，包括第二攪拌器，用于放置離子濃度持續(xù)發(fā)生變化的溶液。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于測定流體光學參數(shù)的裝置，該裝置包括暗箱；待測試組件，位于暗箱內，包括待測試溶液容器、容器入口和容器出口，容器入口和容器出口分別通過導管連接到待測試溶液供給單元；第一驅動泵，連接于容器入口與待測試溶液供給單元之間，或連接于容器出口與待測試溶液供給單元之間，用于驅動待測試溶液在待測試溶液容器與待測試溶液供給單元之間流動；測試組件，包括光源、光感應器和分光光度計，光源和光感應器位于暗箱內。本發(fā)明的用于測定流體光學參數(shù)的裝置中，由于不需要從被測試溶液供給單元中抽取溶液，因此待測試溶液體積始終不變，從而提高了測試結果的準確性。
文檔編號G01N21/31GK102478505SQ201010574199
公開日2012年5月30日 申請日期2010年11月30日 優(yōu)先權日2010年11月30日
發(fā)明者任彥強, 徐世義, 李冬杰 申請人:新奧科技發(fā)展有限公司