專(zhuān)利名稱(chēng)：一種氣體體積流量測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于流量測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)，是涉及一種對(duì)氣體體積流量進(jìn) 行測(cè)量的裝置。
背景技術(shù)：
目前，對(duì)于氣體流量的測(cè)量對(duì)象復(fù)雜多樣，現(xiàn)有的測(cè)量方法和測(cè)量裝置種 類(lèi)繁多，但是絕大多數(shù)產(chǎn)品都存在流量測(cè)量范圍窄，對(duì)于流量波動(dòng)幅度較大的 場(chǎng)合其應(yīng)用會(huì)受到限制的問(wèn)題。為了解決這一問(wèn)題，目前市面上也出現(xiàn)了某些 測(cè)量范圍很寬的氣體流量測(cè)量裝置，但是其組建結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，成本很高，而且 對(duì)于微小流量的氣體，其檢測(cè)的靈敏度很低。對(duì)于微小流量氣體的測(cè)量，目前 通常采用質(zhì)量流量計(jì)進(jìn)行檢測(cè)，其工作原理是通過(guò)對(duì)氣體密度的檢測(cè)來(lái)間接地 測(cè)量氣體流量。這種檢測(cè)方法容易受到氣體溫度等因素的影響，從而使得測(cè)量 精度不高，而且一些腐蝕性氣體還會(huì)對(duì)質(zhì)量流量計(jì)造成損害，因此，應(yīng)用不廣 泛。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)量范圍寬、靈每丈度高的氣體體積 流量測(cè)量裝置，以解決現(xiàn)有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的測(cè)量裝置其測(cè)量范圍窄，而測(cè)量范圍寬 的測(cè)量裝置其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高的問(wèn)題。
為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn) 一種氣體體積流量測(cè)量裝置，包括壓力傳感器、注射泵和微處理器；待測(cè)
氣體通過(guò)氣體管路一方面作用于壓力傳感器，另一方面連接所述的注射泵；所述壓力傳感器將待測(cè)氣體的壓力與初始?jí)毫M(jìn)行比較，進(jìn)而生成壓差信號(hào)輸出 至所述的微處理器；所述微處理器根據(jù)壓差大小生成相應(yīng)的控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)注射
泵以相應(yīng)的速度抽氣，直到壓差為零；在此過(guò)程中，注射泵將抽氣時(shí)所產(chǎn)生的 位移編碼信號(hào)傳輸至所述的微處理器，所述〗效處理器根據(jù)位移編碼、注射泵的 注射器容積以及抽氣時(shí)間計(jì)算出待測(cè)氣體的流量。
進(jìn)一步的，所述微處理器按照公式^ = ^ = 1計(jì)算出待測(cè)氣體的流量；其
中，A「為最小時(shí)間段內(nèi)的抽氣體積；r為所述注射泵的注射器的容積；M為注 射泵本身的分辨率所決定的將r分成的點(diǎn)數(shù)；附為最小時(shí)間段內(nèi)注射泵動(dòng)作的 點(diǎn)數(shù)，所述注射泵動(dòng)作的點(diǎn)數(shù)通過(guò)編碼生成位移編碼信號(hào)傳輸至所述的微處理 器；"為最小時(shí)間段的時(shí)間，根據(jù)注射泵的響應(yīng)時(shí)間確定。
又進(jìn)一步的，所述微處理器按照公式Ar = ^AP計(jì)算出注射泵在壓力傳感器
響應(yīng)時(shí)間內(nèi)的抽氣體積，再根據(jù)注射泵的注射器內(nèi)徑計(jì)算出注射泵在壓力傳感 器響應(yīng)時(shí)間內(nèi)的抽氣長(zhǎng)度，進(jìn)而根據(jù)所述抽氣長(zhǎng)度生成控制信號(hào)，以對(duì)注射泵
的抽氣速度進(jìn)行控制；其中，Pi是初始?jí)毫Γ籸i是注射泵未抽氣前，氣體管路 的容積；AP是待測(cè)氣體的壓力與初始?jí)毫χg的差值；Ar是注射泵在壓力傳 感器響應(yīng)時(shí)間內(nèi)的抽氣體積。
優(yōu)選的，所述注射泵包括兩個(gè)，均由微處理器控制；當(dāng)其中一個(gè)注射泵的 注射器抽滿(mǎn)氣體時(shí)，關(guān)閉與待測(cè)氣體連通的管路，進(jìn)行排氣；與此同時(shí)，控制 另一個(gè)注射泵開(kāi)始抽氣，當(dāng)該注射泵的注射器抽滿(mǎn)氣體時(shí)，關(guān)閉其與待測(cè)氣體 連通的氣體管路，進(jìn)行排氣，同時(shí)切換至第一個(gè)注射泵開(kāi)始抽氣；如此連續(xù)抽 氣，直至所述壓力傳感器檢測(cè)到的壓差為零時(shí)停止。
其中，在所述注射泵中包含有一兩位三通換向閥，其公共通路與注射泵的 注射器內(nèi)腔相連通，第一開(kāi)關(guān)通路與流通待測(cè)氣體的氣體管路相連通，第二開(kāi) 關(guān)通路與外界大氣相連通；所述換向閥受控于所述的微處理器，在抽氣過(guò)程中， 連通其第一開(kāi)關(guān)通路與公共通路的連接通道；在排氣過(guò)程中，連通其第二開(kāi)關(guān)通路與公共通路的連接通道。
另外，在所述注射泵中還包含有一步進(jìn)電機(jī)，帶動(dòng)注射器內(nèi)腔中的活塞往 復(fù)運(yùn)動(dòng)，所述步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速受控于所述的微處理器，在抽氣過(guò)程中，根據(jù)微 處理器輸出的控制信號(hào)控制活塞的運(yùn)行速度。
本發(fā)明的測(cè)量裝置在初始狀態(tài)下，；微處理器控制注射泵將注射器中的活塞 推至頂部以排空注射器中的氣體，并控制換向閥連通其第 一開(kāi)關(guān)通路與公共通 路之間的通道，以等待執(zhí)行抽氣測(cè)量任務(wù)。
優(yōu)選的，所述初始?jí)毫榇髿鈮?；所述壓力傳感器為差壓傳感器，?+"
端連接待測(cè)氣體的流通管路，"-"端與外界大氣相連通。
再進(jìn)一步的，在所述測(cè)量裝置中還包含有水容器和反應(yīng)物質(zhì)器亞，在所述 水容器的底部連接有第一管路，所述第一管路通過(guò)第一開(kāi)關(guān)閥連接第二管路，
所述第二管路與反應(yīng)物質(zhì)器皿相連通；在所述水容器的頂部或者側(cè)面的上部連
接有第三管路，通過(guò)所述第三管路連接反應(yīng)物質(zhì)器皿，在所述第三管路中安裝
有第二開(kāi)關(guān)閥；另外，所述第二管路與第四管路連通，通過(guò)第四管路連接所述 的壓力傳感器和注射泵，在所述第四管路中安裝有第三開(kāi)關(guān)閥。
更進(jìn)一步的，所述開(kāi)關(guān)閥為手動(dòng)閥或者受控于微處理器的電磁閥；在初始 反應(yīng)過(guò)程中，打開(kāi)第一、第二開(kāi)關(guān)閥，關(guān)閉第三開(kāi)關(guān)閥，使水容器中的水通過(guò) 第一開(kāi)關(guān)閥迅速流入反應(yīng)物質(zhì)器皿，與此同時(shí)，反應(yīng)物質(zhì)器皿中的氣體通過(guò)第 二開(kāi)關(guān)閥交換至水容器中水液面以上的空間，以保證壓力恒定；當(dāng)水容器中的 水完全流入反應(yīng)物質(zhì)器皿中時(shí)，關(guān)閉第一、第二開(kāi)關(guān)閥，打開(kāi)第三開(kāi)關(guān)閥，開(kāi) 始進(jìn)行氣體流量的測(cè)量。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是本發(fā)明的氣體體積流量測(cè) 量裝置靈敏度高，流量測(cè)量范圍寬，可達(dá)到0. 02ml/min~50ml/min，對(duì)于微流 量氣體體積流量的測(cè)量具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，其獨(dú)特的測(cè)量方法使該體積流量測(cè)量
裝置無(wú)零點(diǎn)漂移，可靠性高。本發(fā)明的流量計(jì)量裝置采用石英玻璃材質(zhì)，其優(yōu) 良的物理和化學(xué)性能，使該流量測(cè)量裝置基本不受計(jì)量物質(zhì)種類(lèi)的限制，應(yīng)用范圍更廣泛。
結(jié)合附圖閱讀本發(fā)明實(shí)施方式的詳細(xì)描述后，本發(fā)明的其他特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將 變得更加清楚。
圖1是發(fā)明所提出的氣體體積流量測(cè)量裝置的一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)地說(shuō)明。
本發(fā)明的氣體體積流量測(cè)量裝置其設(shè)計(jì)原理是首先，通過(guò)對(duì)待測(cè)氣體的 壓力進(jìn)行檢測(cè)，使其與初始?jí)毫M(jìn)行比較后得到待測(cè)氣體與初始?jí)毫χg的壓 差值，進(jìn)而將所述壓差值作為采樣信號(hào)輸入到微處理器中；其次，所述微處理 器根據(jù)接收到的采樣信號(hào)生成一定的轉(zhuǎn)速控制信號(hào)輸出至注射泵中，以控制注 射泵中的步進(jìn)電機(jī)以相應(yīng)的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)注射器內(nèi)腔中的活塞以相應(yīng)的 速度抽氣，直到壓差為零；在此過(guò)程中，注射泵將抽氣時(shí)所產(chǎn)生的位移編碼信 號(hào)實(shí)時(shí)地傳輸至所述的微處理器中，所述微處理器根據(jù)位移編碼、注射泵的注 射器溶劑以及抽氣時(shí)間即可計(jì)算出待測(cè)氣體的流量。
下面以 一個(gè)具體的實(shí)施例來(lái)詳細(xì)闡述所述氣體體積流量測(cè)量裝置的具體組 成結(jié)構(gòu)及其工作過(guò)程。
實(shí)施例一，參見(jiàn)圖l所示，在本實(shí)施例中，所述氣體體積流量測(cè)量裝置具 體包括水容器l、反應(yīng)物質(zhì)器皿2、第一開(kāi)關(guān)閥3、第二開(kāi)關(guān)閥4、第三開(kāi)關(guān)閥 5、壓力傳感器6、微處理器7、注射泵I和注射泵II等主要組成部分。其中， 在水容器1的底部連接有第一管路8,所述第一管路8通過(guò)第一開(kāi)關(guān)閥3連接 第二管路9，進(jìn)而通過(guò)第二管路9與反應(yīng)物質(zhì)器皿2相連通。與此同時(shí)，為了 方便水容器1與反應(yīng)物質(zhì)器亞2之間進(jìn)行氣體交換，在水容器1的頂部或者側(cè) 面的上部連接有第三管路IO,通過(guò)第三管路10連接反應(yīng)物質(zhì)器皿2，或者通過(guò)第三管路10連接第二管路9，進(jìn)而通過(guò)第二管路9與反應(yīng)物質(zhì)器皿2連通，并 在所述第三管路10中安裝有第二開(kāi)關(guān)閥4。當(dāng)然，所述第三管路10也可以連 接在水容器1的其他位置，只要能保證其連接口位置高于水容器1中的液面位 置即可。另外，所述第二管路9與第四管路11連通，通過(guò)第四管路ll連接三 通12，進(jìn)而通過(guò)三通12分別與壓力傳感器6和注射泵I 、注射泵II對(duì)應(yīng)連4妾。 另外，在所述第四管路ll中還安裝有第三開(kāi)關(guān)闊5,以控制何時(shí)對(duì)待測(cè)氣體的 流量進(jìn)行測(cè)量。
在本實(shí)施例中，所述壓力傳感器6可以具體采用差壓傳感器實(shí)現(xiàn)，如圖1 所示，其"+"端連接待測(cè)氣體的流通管路，比如三通12的其中一個(gè)端子；"-" 端與外界大氣相連通；測(cè)量產(chǎn)生的壓差信號(hào)(具體為與壓差相對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)) 通過(guò)其輸出端連接微處理器7。所述微處理器7根據(jù)接收到的壓差信號(hào)生成相 應(yīng)的控制信號(hào)輸出至注射泵I和注射泵II ,以控制注射泵I和注射泵II的工作 狀態(tài)以及抽氣速度。
在所述注射泵I和注射泵II中均包含有一兩位三通換向閥，其公共通S各B1 (或B2)與注射泵的注射器內(nèi)腔相連通，第一開(kāi)關(guān)通路A1 (或A2)與待測(cè)氣 體的流通管路相連通，比如三通12的另外一個(gè)端子，第二開(kāi)關(guān)通路C1 (或C2) 與外界大氣相連通，如圖1所示。所述換向閥受控于微處理器7,在抽氣過(guò)程 中，連通其第一開(kāi)關(guān)通路A1 (或A2)與公共通路B1 (或B2)的連接通道；在 排氣過(guò)程中，連通其第二開(kāi)關(guān)通路C1 (或C2)與公共通路B1 (或B2)的連接 通道。在所述注射泵I和注射泵II中還各包含有一步進(jìn)電機(jī)，在微處理器7的 控制下帶動(dòng)注射器內(nèi)腔中的活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)，以完成抽氣或者排氣動(dòng)作。所述#1 處理器7同時(shí)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，在抽氣過(guò)程中，根據(jù)微處理器7輸 出的控制信號(hào)控制活塞以相應(yīng)的速度下行抽氣。
當(dāng)然，所述的注射泵也可以采用單個(gè)的大容量注射泵或者兩個(gè)以上的注射 泵連接實(shí)現(xiàn)。當(dāng)采用單個(gè)大容量注射泵進(jìn)行抽氣時(shí)，應(yīng)對(duì)反應(yīng)所能產(chǎn)生的待測(cè) 氣體體積進(jìn)行充分考慮，并選用容量大于待測(cè)氣體體積的注射泵來(lái)進(jìn)行氣體流量的檢測(cè)。當(dāng)采用兩個(gè)以上的注射泵進(jìn)行抽氣時(shí)，其具體連接關(guān)系可以參照?qǐng)D 1所示的連接結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)單擴(kuò)展，本實(shí)施例在此不再進(jìn)行詳細(xì)闡述。 下面簡(jiǎn)要介紹一下上述氣體體積流量測(cè)量裝置的工作過(guò)程。 初始狀態(tài)時(shí)，水容器l中未裝入水(或者其他液體)，反應(yīng)物質(zhì)器皿2中未
裝入反應(yīng)物質(zhì)，第一開(kāi)關(guān)閥3、第二開(kāi)關(guān)閥4和第三開(kāi)關(guān)閥5均打開(kāi)，壓力傳 感器6的"+"端與"-"端均為大氣壓，其壓差A(yù)PO-O,注射泵I和注射泵II 關(guān)閉其第一開(kāi)關(guān)通路A1、 A2與公共通路B1、 B2的連接通道，并控制其第二開(kāi) 關(guān)通路C1、 C2與公共通路B1、 B2連通；樣i處理器7控制注射泵I和注射泵II 將注射器中的活塞上推至頂端，以排空注射器中的氣體。接著，微處理器7控 制注射泵I和注射泵II關(guān)閉其第二開(kāi)關(guān)通路C1、 C2與公共通路B1、 B2的連接 通道，同時(shí)打開(kāi)第一開(kāi)關(guān)通路A1、 A2與公共通i 各Bl、 B2的連接通道，為抽氣 做好準(zhǔn)備。然后，關(guān)閉第一開(kāi)關(guān)閥3、第二開(kāi)關(guān)閥4和第三開(kāi)關(guān)閥5,在水容器 1中注入定量的水后密封，在反應(yīng)物質(zhì)器皿2中裝入定量的反應(yīng)物質(zhì)后密封； 而后，打開(kāi)第一開(kāi)關(guān)閥3和第二開(kāi)關(guān)閥4，使水通過(guò)第一管3各8、第一開(kāi)關(guān)閥3、 第二管路9迅速流入反應(yīng)物質(zhì)器皿2中；與此同時(shí)，反應(yīng)物質(zhì)器皿2中的氣體 通過(guò)第二管路9、第三管路IO、經(jīng)第二開(kāi)關(guān)閥4交換至水容器1液面上部的空 間，以保持水容器1中的氣體壓力恒定。在這里，被水交換上去的氣體包括反 應(yīng)物質(zhì)器亞2中原有的氣體以及反應(yīng)產(chǎn)生的氣體。由于水是迅速流入反應(yīng)物質(zhì) 器亞2中的，在這段極短的時(shí)間內(nèi)反應(yīng)所產(chǎn)生的氣體非常少，因此，被交換上 去的氣體大部分是本來(lái)就存在于反應(yīng)物質(zhì)器皿2中的氣體。當(dāng)水完全流入反應(yīng) 物質(zhì)器皿2中時(shí)，關(guān)閉第一開(kāi)關(guān)閥3和第二開(kāi)關(guān)閥4,同時(shí)打開(kāi)第三開(kāi)關(guān)閥5。 此時(shí)，進(jìn)入水容器1中的氣體體積等于初始注入的水的體積。這樣一來(lái)，通過(guò) 第三開(kāi)關(guān)閥5輸出的氣體即為待測(cè)的反應(yīng)氣體。所述氣體通過(guò)三通12在壓力傳 感器6的"+"端產(chǎn)生壓力，而壓力傳感器6的"-"端壓力恒定在大氣壓，因 此，在壓力傳感器6的"+"端與"-"端將形成壓差A(yù)P。將所述壓差A(yù)P轉(zhuǎn)換 成相應(yīng)的電壓信號(hào)傳輸至微處理器7中，進(jìn)而通過(guò)微處理器7產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，以控制注射泵I以相應(yīng)的速度進(jìn)行抽氣。其中，所述微處理器7按照以
下公式
△:t = Dap (l) in
生成注射泵在壓力傳感器6響應(yīng)時(shí)間內(nèi)(即壓力傳感器6每次輸出壓差A(yù)P的 時(shí)間)的抽氣體積，再才艮據(jù)注射泵的注射器內(nèi)徑計(jì)算出注射泵在壓力傳感器6 響應(yīng)時(shí)間內(nèi)的抽氣長(zhǎng)度，進(jìn)而根據(jù)所述抽氣長(zhǎng)度生成控制信號(hào)，以對(duì)注射泵的 抽氣速度進(jìn)行控制。其中，Pl是初始?jí)毫Γ诒緦?shí)施例中即大氣壓；n是注射 泵未抽氣前，氣體管路的容積，在本實(shí)施例中具體指第三開(kāi)關(guān)閥5后面的氣體 管路容積，即從第三開(kāi)關(guān)閥5開(kāi)始到壓力傳感器6的"+"端以及到注射泵I和 注射泵II的第一開(kāi)關(guān)通路Al、 A2之間的氣體管路的內(nèi)腔容積；AP是待測(cè)氣體 的壓力與初始?jí)毫χg的差值；Ar是注射泵在壓力傳感器響應(yīng)時(shí)間內(nèi)的抽氣體 積。
由公式(1)可以清楚地看出在測(cè)量裝置安裝完成后以及初始?jí)毫x定 的情況下，^即為常數(shù)；若令^1=1,即l個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，則該常數(shù)僅取決于第
三開(kāi)關(guān)閥5后面的氣體管路的容積。在本實(shí)施例中，所述K1可以取」一。
3000
所述微處理器7將生成的控制信號(hào)傳輸至注射泵I和注射泵II ，首先控制 注射泵I以控制信號(hào)所對(duì)應(yīng)的速度開(kāi)始抽氣。此時(shí)，注射泵I的第一開(kāi)關(guān)通路 Al與其公共通路Bl連通，氣體被連續(xù)抽至注射泵I的注射器中。當(dāng)注射泵I 的注射器抽滿(mǎn)時(shí)，微處理器7控制注射泵I關(guān)閉其第一開(kāi)關(guān)通路Al與公共通路 Bl的連接通道，并導(dǎo)通其第二開(kāi)關(guān)通路C1與公共通路B1的連接通道，將氣體 排出，同時(shí)控制注射泵II開(kāi)始動(dòng)作。由于此時(shí)注射泵II的第一開(kāi)關(guān)通i 各A2已經(jīng) 與其公共通路B2連通，因此，可以繼續(xù)抽氣，其抽氣速度根據(jù)當(dāng)前接收到的控 制信號(hào)實(shí)時(shí)調(diào)整。當(dāng)注射泵II抽滿(mǎn)時(shí)，注射泵I已排空，此時(shí)注射泵I關(guān)閉其 第二開(kāi)關(guān)通路C1與公共通路B1之間的連接通道，并將第一開(kāi)關(guān)通路A1與其公 共通路B1導(dǎo)通，繼續(xù)抽氣。與此同時(shí)，注射泵II關(guān)閉其第一開(kāi)關(guān)通路A2與公共通路B2的連接通道，并導(dǎo)通其第二開(kāi)關(guān)通路C2與公共通路B2的連接通道, 將氣體排出。如此反復(fù)以保證連續(xù)抽氣，直至壓力傳感器6的"+"端與"-，， 端壓差A(yù)P-O為止。在注射泵I和注射泵n抽氣的過(guò)程中，以其最小響應(yīng)時(shí)間 為單位將其抽氣時(shí)所產(chǎn)生的位移編碼信號(hào)反vjf至;f效處理器7,所述微處理器7
按照以下公式計(jì)算出當(dāng)前氣體的流量
<formula>formula see original document page 12</formula>
其中，v為當(dāng)前氣體的流量；A^為最小時(shí)間段內(nèi)的抽氣體積；「為所述注射泵 的注射器的容積；M為注射泵本身的分辨率所決定的將r分成的點(diǎn)數(shù)；w為最 小時(shí)間段內(nèi)注射泵動(dòng)作的點(diǎn)數(shù)，所述注射泵動(dòng)作的點(diǎn)數(shù)通過(guò)編碼生成位移編碼 信號(hào)傳輸至所述的微處理器7; A^為最小時(shí)間段的時(shí)間，根據(jù)注射泵的響應(yīng)時(shí) 間確定。
微處理器7在每次注射泵抽滿(mǎn)氣體時(shí)都會(huì)記錄一次，當(dāng)壓差A(yù)P^時(shí)，采 集最后抽氣的注射泵I或者注射泵II的位移編碼信號(hào)，進(jìn)而根據(jù)先前的記錄、 當(dāng)前的位移編碼信號(hào)以及注射泵的注射器內(nèi)徑即可得出反應(yīng)氣體的體積。當(dāng)然， 也可以通過(guò)注射泵I和注射泵II來(lái)記錄其抽氣過(guò)程產(chǎn)生的總位移，進(jìn)而在壓差 △ P=0時(shí)將抽氣時(shí)所產(chǎn)生的總位移編碼信號(hào)傳輸至微處理器7,微處理器7根據(jù) 所述的總位移編碼信號(hào)以及注射泵的注射器內(nèi)徑即可計(jì)算出反應(yīng)氣體的體積。
當(dāng)然，也可以通過(guò)所述注射泵I和注射泵II來(lái)控制其自身的換向閥切換， 每次抽滿(mǎn)氣體時(shí)向微處理器7輸出控制信號(hào)，以便微處理器7記錄。
在本實(shí)施例中，壓力傳感器6的"-"端連接外界大氣，因此，初始?jí)毫?大氣壓。當(dāng)然，也可以設(shè)定成其他的壓力值，本實(shí)施例對(duì)此不進(jìn)行具體限制。
此外，所述的第一開(kāi)關(guān)閥3、第二開(kāi)關(guān)閥4和第三開(kāi)關(guān)閥5可以是手動(dòng)閥， 由技術(shù)人員根據(jù)反應(yīng)進(jìn)程手動(dòng)控制。當(dāng)然，也可以采用電磁閥實(shí)現(xiàn)，通過(guò)微處 理器7根據(jù)反應(yīng)進(jìn)程來(lái)自動(dòng)控制各開(kāi)關(guān)閥準(zhǔn)確通斷，以實(shí)現(xiàn)測(cè)量過(guò)程的自動(dòng)化 控制。在本實(shí)施例中，為了使本實(shí)施例的氣體體積流量測(cè)量裝置可以適用于任何 種類(lèi)的反應(yīng)氣體，所述注射泵I和注射泵II中的注射器優(yōu)選采用石英玻璃材質(zhì)， 其優(yōu)良的物理和化學(xué)性能可以使該流量測(cè)量裝置基本不受計(jì)量物質(zhì)種類(lèi)的限 制，從而使其應(yīng)用范圍更加廣泛。
本發(fā)明的氣體體積流量測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，無(wú)零點(diǎn)漂移，靈敏度 高，尤其適合對(duì)微小流量的氣體進(jìn)行精確測(cè)量。
應(yīng)當(dāng)指出的是，上述說(shuō)明并非是對(duì)本發(fā)明的限制，本發(fā)明也并不僅限于上 述舉例，本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)范圍內(nèi)所做出的變化、改 型、添加或替換，也應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1、一種氣體體積流量測(cè)量裝置，其特征在于包括壓力傳感器、注射泵和微處理器；待測(cè)氣體通過(guò)氣體管路一方面作用于壓力傳感器，另一方面連接所述的注射泵；所述壓力傳感器將待測(cè)氣體的壓力與初始?jí)毫M(jìn)行比較，進(jìn)而生成壓差信號(hào)輸出至所述的微處理器；所述微處理器根據(jù)壓差大小生成相應(yīng)的控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)注射泵以相應(yīng)的速度抽氣，直到壓差為零；在此過(guò)程中，注射泵將抽氣時(shí)所產(chǎn)生的位移編碼信號(hào)傳輸至所述的微處理器，所述微處理器根據(jù)位移編碼信號(hào)、注射泵的注射器容積以及抽氣時(shí)間計(jì)算出待測(cè)氣體的流量。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體體積流量測(cè)量裝置，其特征在于所述微處理器按照公式^ = ^ = 1計(jì)算出待測(cè)氣體的流量；其中，A7為最小時(shí)間段內(nèi)的抽氣體積；7為所述注射泵的注射器的容積；M為注射泵本身的分辨率所決 定的將7分成的點(diǎn)數(shù)；附為最小時(shí)間段內(nèi)注射泵動(dòng)作的點(diǎn)數(shù)，所述注射泵動(dòng)作 的點(diǎn)數(shù)通過(guò)編碼生成位移編碼信號(hào)傳輸至所述的微處理器；Az為最小時(shí)間段的 時(shí)間，才艮據(jù)注射泵的響應(yīng)時(shí)間確定。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的氣體體積流量測(cè)量裝置，其特征在于所述微處理器按照公式Ar = */^計(jì)算出注射泵在壓力傳感器響應(yīng)時(shí)間內(nèi)的抽氣體積，再根據(jù)注射泵的注射器內(nèi)徑計(jì)算出注射泵在壓力傳感器響應(yīng)時(shí)間內(nèi)的抽氣長(zhǎng)度， 進(jìn)而根據(jù)所述抽氣長(zhǎng)度生成控制信號(hào)，以對(duì)注射泵的抽氣速度進(jìn)行控制；其中， 尸i是初始?jí)毫?；n是注射泵未抽氣前，氣體管路的容積；AP是待測(cè)氣體的壓 力與初始?jí)毫χg的差值；Ar是注射泵在壓力傳感器響應(yīng)時(shí)間內(nèi)的抽氣體積。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的氣體體積流量測(cè)量裝置，其特征在于所述注射 泵包括兩個(gè)，均由微處理器控制；當(dāng)其中一個(gè)注射泵的注射器抽滿(mǎn)氣體時(shí)，關(guān) 閉與待測(cè)氣體連通的氣體管路，進(jìn)行排氣；與此同時(shí)，控制另一個(gè)注射泵開(kāi)始 抽氣，當(dāng)該注射泵的注射器抽滿(mǎn)氣體時(shí)，關(guān)閉其與待測(cè)氣體連通的氣體管路，進(jìn)行排氣，同時(shí)切換至第一個(gè)注射泵開(kāi)始抽氣；如此連續(xù)抽氣，直至所述壓力 傳感器檢測(cè)到的壓差為零時(shí)停止。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的氣體體積流量測(cè)量裝置，其特征在于在所述注 射泵中包含有一兩位三通換向閥，其公共通路與注射泵的注射器內(nèi)腔相連通， 第 一開(kāi)關(guān)通路與流通待測(cè)氣體的氣體管路相連通，第二開(kāi)關(guān)通路與外界大氣相 連通；所述換向閥受控于所述的樣i處理器，在抽氣過(guò)程中，連通其第一開(kāi)關(guān)通 路與公共通路的連接通道；在排氣過(guò)程中，連通其第二開(kāi)關(guān)通路與公共通路的 連接通道。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的氣體體積流量測(cè)量裝置，其特征在于在所述注 射泵中還包含有一步進(jìn)電機(jī)，帶動(dòng)注射器內(nèi)腔中的活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)，所述步進(jìn)電 機(jī)的轉(zhuǎn)速受控于所述的微處理器，在抽氣過(guò)程中，根據(jù)微處理器輸出的控制信 號(hào)控制活塞的運(yùn)行速度。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的氣體體積流量測(cè)量裝置，其特征在于在初始狀 態(tài)下，所述微處理器控制注射泵將注射器中的活塞推至頂部以排空注射器中的 氣體，并控制換向閥連通其第一開(kāi)關(guān)通路與公共通路之間的通道。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的氣體體積流量測(cè)量裝置，其特征在于所述初始 壓力為大氣壓；所述壓力傳感器為差壓傳感器，其"+"端連接待測(cè)氣體的流通 管^^,"-"端與外界大氣相連通。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的氣體體積流量測(cè)量裝置，其特征在 于在所述測(cè)量裝置中還包含有水容器和反應(yīng)物質(zhì)器亞，在所述水容器的底部 連接有第一管路，所述第一管路通過(guò)第一開(kāi)關(guān)閥連接第二管路，所述第二管路 與反應(yīng)物質(zhì)器亞相連通；在所述水容器的頂部或者側(cè)面的上部連接有第三管路， 通過(guò)所述第三管路連接反應(yīng)物質(zhì)器皿，在所述第三管路中安裝有第二開(kāi)關(guān)閥； 另外，所述第二管路與第四管路連通，通過(guò)第四管路連接所述的壓力傳感器和 注射泵，在所述第四管路中安裝有第三開(kāi)關(guān)閥。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的氣體體積流量測(cè)量裝置，其特征在于所述開(kāi)關(guān)閥為手動(dòng)閥或者受控于微處理器的電^f茲閥；在初始反應(yīng)過(guò)程中，打開(kāi)第一、第二開(kāi)關(guān)閥，關(guān)閉第三開(kāi)關(guān)閥，使水容器中的水通過(guò)第一開(kāi)關(guān)閥迅速流入反應(yīng) 物質(zhì)器皿，與此同時(shí)，反應(yīng)物質(zhì)器皿中的氣體通過(guò)第二開(kāi)關(guān)閥交換至水容器中水液面以上的空間，以保證壓力恒定；當(dāng)水容器中的水完全流入反應(yīng)物質(zhì)器亞中時(shí)，關(guān)閉第一、第二開(kāi)關(guān)閥，打開(kāi)第三開(kāi)關(guān)閥，開(kāi)始進(jìn)行氣體流量的測(cè)量。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種氣體體積流量測(cè)量裝置，包括壓力傳感器、注射泵和微處理器；待測(cè)氣體通過(guò)氣體管路一方面作用于壓力傳感器，另一方面連接所述的注射泵；所述壓力傳感器將待測(cè)氣體的壓力與初始?jí)毫M(jìn)行比較，進(jìn)而生成壓差信號(hào)輸出至所述的微處理器；所述微處理器根據(jù)壓差大小生成相應(yīng)的控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)注射泵以相應(yīng)的速度抽氣，直到壓差為零；在此過(guò)程中，注射泵將抽氣時(shí)所產(chǎn)生的位移編碼信號(hào)傳輸至所述的微處理器，所述微處理器根據(jù)位移編碼、注射泵的注射器容積以及抽氣時(shí)間計(jì)算出待測(cè)氣體的流量。本發(fā)明的氣體體積流量測(cè)量裝置靈敏度高，流量測(cè)量范圍寬，可靠性強(qiáng)，對(duì)于微流量氣體體積流量的測(cè)量具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。
文檔編號(hào)G01F22/00GK101435712SQ20081024957
公開(kāi)日2009年5月20日 申請(qǐng)日期2008年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月26日
發(fā)明者何春雷, 崔啟利, 謝傳欣, 陳光成 申請(qǐng)人:青島嶗山應(yīng)用技術(shù)研究所