【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及壓差液位校準，尤其涉及通過壓差實現低溫液氮生物容器的液位校準系統。
技術介紹
1、在低溫儲存
，特別是液氮生物容器的液位監測與管理中，液位校準系統的準確性對于保障生物樣本的安全與保存質量至關重要。目前，傳統的液位測量方法，如接觸式電容液位計，存在諸多不足。首先，由于液氮的極低溫度（-196℃），傳統傳感器難以承受如此惡劣的環境，導致設備易損壞且維護成本高。其次，電容液位計在低溫下的測量精度受限，誤差大，液位分辨率差，且量程固定，無法根據實際需求進行調整。此外，傳統液位計通常需要內置于液氮容器內，這不僅增加了安裝難度，還可能導致內部電子設備短路或受雷擊損壞，進而影響整個系統的穩定性和可靠性。
2、如中國專利，申請號cn202410625606.8，一種基于差壓計算的液氮液位高度隔離型檢測系統和檢測方法，通過模擬計算液氮罐液底與液面之間的氣壓高度差，得到所述回氣管3和所述量氣管之間的壓差信號，并基于壓強公式計算所述液氮罐液底與液面之間的氣壓高度差，以此得到液氮罐中液氮的高度位置，并進行補液控制。壓差測量系統完全隔離液氮罐外部，杜絕了罐體內部極惡劣環境，保證測量設備的長期穩定運行；高精度的壓差測量單元可以把液氮高度精確到1毫米范圍以內，精度高；只需把量氣管插入液位的最低位，就可以自動匹配對應范圍的檢測，無需增加任何電路，量程可調；適應任何密封或非密封罐體甚至沒罐體的液位測量，避免內部電子設備短路，被雷擊。
3、盡管該方法在精度、穩定性和適應性方面取得了顯著進步，但仍存在進一步提升的空間。例如
技術實現思路
1、本申請通過提供通過壓差實現低溫液氮生物容器的液位校準系統，該系統利用壓差和溫度變化來進行液位的精確測量和校準，有效克服了低溫環境對測量設備的影響，顯著提高了液位測量的精度和穩定性，實現了液位校準的智能化管理，大幅度減少了人工干預的需求，從而提升了整體運行效率，旨在解決現有技術中存在的問題。
2、本申請提供了通過壓差實現低溫液氮生物容器的液位校準系統，包括：液氮容器，氮氣充入裝置，初始化模塊，測量壓差模塊，液位計算模塊，處理模塊；
3、s101，初始化模塊用于，初始化整個系統狀態并完成通信連接的建立；
4、s102，測量壓差模塊用于，向液氮容器內充入固定體積的氮氣vi，并測量記錄充氣后的氣壓差pi，包括：
5、s201，啟動氮氣充入裝置，使用體積計量裝置向液氮容器內充入固定體積vi的氮氣；
6、s202，每充入一次氮氣記錄一次充氣后液氮容器內氣壓差pi；
7、s203，計算液氮容器體積δvi與每次充氣前后氣壓差的差值δpi；
8、s204，將每次充氣的固定體積vi、充氣后的液氮容器總體積△vi、充氣后的氣壓差pi以及氣壓差的差值△pi進行對應，生成壓差變化數據，將多次生成的壓差變化數據組織成壓差變化數據集；
9、s103，基于測量壓差模塊得到的壓差變化數據集，得到液氮容器的實際容積與液位高度的關系，生成液位高度信息；
10、s104，處理模塊用于，接收液位計算模塊計算出的液位高度信息，進行液位高度信息的異常驗證。
11、優選地，所述s203，包括：
12、計算液氮容器體積δvi=v0+i*vi，δvi表示第i次充氣后的液氮容器總體積；
13、每次充氣前后氣壓差的差值δpi=pi-p(i-1)，表示第i次充氣后與第i-1次充氣后的氣壓差差值，對于第一次充氣，p(i-1)為初始氣壓差p0；其中，初始氣壓p0和氮氣體積v0為液氮容器和液氮容器處于溫度和壓力穩定狀態后，記錄下的基準值。
14、優選地，所述s103，包括：對于每次充氣，根據波義耳定律等溫條件下氣體的壓強與體積成反比寫出等式：p0v0=pi(v0+δvi)，其中，δvi表示第i次充氣后液氮上方氣態氮的體積增量；通過代數變換，解出δvn=(p0v0/pi)-v0，δvn代表由于充氣操作導致的氣態氮體積的增加量；若進行多次充氣操作，需將每次充氣后的體積增量δvn累加，以得到總體積變化量vx：vx=σδvn；結合液氮容器的幾何尺寸，將總體積vx轉換為液氮的具體液位高度。
15、優選地，步驟s102測量壓差模塊還用于：
16、s301，啟動氮氣充入裝置，向低溫液氮生物容器內充入初始體積的氮氣v_initial，記錄充氣前后的氣壓值，計算氣壓差δp_1；
17、s302，記錄并繪制第一次充入氮氣后的氣壓變化點；
18、s303，持續向容器內充入不同體積的氮氣v_i，每次充入氮氣后都記錄氣壓值，并計算氣壓差δp_i；
19、s304，在圖表上繪制出每次充入氮氣后的氣壓變化點，并連接成折線圖；
20、s305，對于每次充入氮氣前后的氣壓差δp_i和充入氮氣體積v_i，計算斜率k_i=δp_i/v_i，比較相鄰斜率的差值|k_i-k_(i-1)|，判斷是否在設定的閾值范圍內；
21、s306，對于每次充入氮氣，計算充入氮氣體積比值w_i=v_i/v_total，其中v_total為總充入氮氣體積，使用充入氮氣體積比值作為權重，計算加權氣壓差δp_weighted=σ(w_i*δp_i)。
22、優選地，所述s302，包括：在數據記錄表上記錄第一次充入氮氣后的氣壓值，在圖表上標出初始充氣后的氣壓變化點，橫軸表示充氣體積，縱軸表示氣壓差。
23、優選地，所述s305，判斷是否在設定的閾值范圍內，包括：對于每一次充入氮氣，計算斜率k_i=δp_i/v_i，在數據記錄表上記錄每個斜率值，計算相鄰斜率的差值，即|k_i-k_(i-1)|，將差值與設定的閾值進行比較，判斷差值是否在閾值范圍內；若差值超出閾值，則說明液氮容器內氣壓異常，壓差數據計算不精準，停止向液氮容器內充入氮氣。
24、優選地，所述s306，包括：對于每次充氣，記錄其充入的氮氣體積v_i，計算總充氣量v_total，即所有充氣體積之和v_total=σv_i，根據進氣量比值的公式w_i=v_i/v_total，計算每次充氣的進氣量比值w_i；對于每次充氣，記錄其充氣前后的氣壓差δp_i，使用進氣量比值w_i作為權重，對每次充氣的氣壓差進行加權處理，根據加權氣壓差的公式δp_weighted=σ(w_i*δp_i)，計算所有充氣過程的加權氣壓差。
25、優選地，測量壓差模塊通過測量液氮容器內的壓差測量模塊和v型管管口的壓差測量模塊，分別進行液位的計算，在處理模塊進行液位校準，其中，v型管包括：v型管內置于液氮容器內，右側管口延伸至罐外，管口上方設有內螺紋球接轉動開關，控制v型管的上下移動；下方設有充氣閥門塞，在充注氮氣時本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.通過壓差實現低溫液氮生物容器的液位校準系統，其特征在于，包括：液氮容器，氮氣充入裝置，初始化模塊，測量壓差模塊，液位計算模塊，處理模塊；
2.如權利要求1所述的通過壓差實現低溫液氮生物容器的液位校準系統，其特征在于，所述S203，包括：計算液氮容器體積ΔVi=V0+i*Vi，ΔVi表示第i次充氣后的液氮容器總體積；每次充氣前后氣壓差的差值ΔPi=Pi-P(i-1)，表示第i次充氣后與第i-1次充氣后的氣壓差差值，對于第一次充氣，P(i-1)為初始氣壓差P0；其中，初始氣壓P0和氮氣體積V0為液氮容器和液氮容器處于溫度和壓力穩定狀態后，記錄下的基準值。
3.如權利要求1所述的通過壓差實現低溫液氮生物容器的液位校準系統，其特征在于，所述S103，包括：對于每次充氣，根據波義耳定律等溫條件下氣體的壓強與體積成反比寫出等式：P0V0=Pi(V0+ΔVi)，其中，ΔVi表示第i次充氣后液氮上方氣態氮的體積增量；通過代數變換，解出ΔVn=(P0V0/Pi)-V0，ΔVn代表由于充氣操作導致的氣態氮體積的增加量；若進行多次充氣操作，需將每次充氣后的體積增量ΔVn累加
4.如權利要求1所述的通過壓差實現低溫液氮生物容器的液位校準系統，其特征在于，S102測量壓差模塊還用于：
5.如權利要求4所述的通過壓差實現低溫液氮生物容器的液位校準系統，其特征在于，所述S302，包括：在數據記錄表上記錄第一次充入氮氣后的氣壓值，在圖表上標出初始充氣后的氣壓變化點，橫軸表示充氣體積，縱軸表示氣壓差。
6.如權利要求4所述的通過壓差實現低溫液氮生物容器的液位校準系統，其特征在于，所述S305，判斷是否在設定的閾值范圍內，包括：對于每一次充入氮氣，計算斜率k_i=ΔP_i/V_i，在數據記錄表上記錄每個斜率值，計算相鄰斜率的差值，即|k_i-k_(i-1)|，將差值與設定的閾值進行比較，判斷差值是否在閾值范圍內；若差值超出閾值，則說明液氮容器內氣壓異常，壓差數據計算不精準，停止向液氮容器內充入氮氣。
7.如權利要求4所述的通過壓差實現低溫液氮生物容器的液位校準系統，其特征在于，所述S306，包括：對于每次充氣，記錄其充入的氮氣體積V_i，計算總充氣量V_total，即所有充氣體積之和V_total=ΣV_i，根據進氣量比值的公式w_i=V_i/V_total，計算每次充氣的進氣量比值w_i；對于每次充氣，記錄其充氣前后的氣壓差ΔP_i，使用進氣量比值w_i作為權重，對每次充氣的氣壓差進行加權處理，根據加權氣壓差的公式ΔP_weighted=Σ(w_i*ΔP_i)，計算所有充氣過程的加權氣壓差。
8.如權利要求1所述的通過壓差實現低溫液氮生物容器的液位校準系統，其特征在于，測量壓差模塊通過測量液氮容器內的壓差測量模塊和V型管管口的壓差測量模塊，分別進行液位的計算，在處理模塊進行液位校準；其中，V型管內置于液氮容器內，右側管口延伸至罐外，管口上方設有內螺紋球接轉動開關，控制V型管的上下移動；下方設有充氣閥門塞，在充注氮氣時，通過轉動球接轉動開關使V型管上移，下方管口與充氣閥門塞分離，允許氮氣進入液氮容器內；充氣完成后，反向轉動球接轉動開關使V型管下移，下方管口重新嵌入充氣閥門塞中，阻止氮氣的繼續充入；左側管口安裝導電連接設備，左右兩側管子高度不同，右側V型管高于左側。
9.如權利要求8所述的通過壓差實現低溫液氮生物容器的液位校準系統，其特征在于，測量壓差模塊通過測量液氮容器內的壓差測量模塊和V型管管口的壓差測量模塊，分別進行液位的計算，在處理模塊進行液位校準，具體步驟包括：
10.如權利要求8所述的通過壓差實現低溫液氮生物容器的液位校準系統，其特征在于，在沖入氮氣的過程中，導電連接設備實時感應并記錄沖入的氮氣量，并對液位高度進行測量和校準，具體步驟包括：
...【技術特征摘要】
1.通過壓差實現低溫液氮生物容器的液位校準系統，其特征在于，包括：液氮容器，氮氣充入裝置，初始化模塊，測量壓差模塊，液位計算模塊，處理模塊；
2.如權利要求1所述的通過壓差實現低溫液氮生物容器的液位校準系統，其特征在于，所述s203，包括：計算液氮容器體積δvi=v0+i*vi，δvi表示第i次充氣后的液氮容器總體積；每次充氣前后氣壓差的差值δpi=pi-p(i-1)，表示第i次充氣后與第i-1次充氣后的氣壓差差值，對于第一次充氣，p(i-1)為初始氣壓差p0；其中，初始氣壓p0和氮氣體積v0為液氮容器和液氮容器處于溫度和壓力穩定狀態后，記錄下的基準值。
3.如權利要求1所述的通過壓差實現低溫液氮生物容器的液位校準系統，其特征在于，所述s103，包括：對于每次充氣，根據波義耳定律等溫條件下氣體的壓強與體積成反比寫出等式：p0v0=pi(v0+δvi)，其中，δvi表示第i次充氣后液氮上方氣態氮的體積增量；通過代數變換，解出δvn=(p0v0/pi)-v0，δvn代表由于充氣操作導致的氣態氮體積的增加量；若進行多次充氣操作，需將每次充氣后的體積增量δvn累加，以得到總體積變化量vx：vx=σδvn；結合液氮容器的幾何尺寸，將總體積vx轉換為液氮的具體液位高度。
4.如權利要求1所述的通過壓差實現低溫液氮生物容器的液位校準系統，其特征在于，s102測量壓差模塊還用于：
5.如權利要求4所述的通過壓差實現低溫液氮生物容器的液位校準系統，其特征在于，所述s302，包括：在數據記錄表上記錄第一次充入氮氣后的氣壓值，在圖表上標出初始充氣后的氣壓變化點，橫軸表示充氣體積，縱軸表示氣壓差。
6.如權利要求4所述的通過壓差實現低溫液氮生物容器的液位校準系統，其特征在于，所述s305，判斷是否在設定的閾值范圍內，包括：對于每一次充入氮氣，計算斜率k_i=δp_i/v_i，在數據記錄表上記錄每個斜率值，計算相鄰斜率的差值，即|k...
【專利技術屬性】
技術研發人員：朱娟，祝天宇，李征，薛誠，黃楷平，
申請(專利權)人：北京林電偉業電子技術有限公司，
類型：發明
國別省市：
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