專利名稱：雙重活塞式氣體流量校準(zhǔn)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種基于活塞式工作原理的氣體流量試驗(yàn)裝置，具體涉及一種雙 重活塞式氣體流量校準(zhǔn)器?？烧?fù)壓工作，為低雷諾數(shù)臨界流流量計(jì)、氣體質(zhì)量流量控制 器、小口徑浮子流量計(jì)、層流流量計(jì)等提供標(biāo)準(zhǔn)流量量值。
背景技術(shù)：
目前國(guó)內(nèi)的活塞式氣體流量校準(zhǔn)器基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由機(jī)架4”、氣缸6”、 活塞5”、絲桿組件3”、電機(jī)1”、進(jìn)氣閥9”和測(cè)量?jī)x2”等組成，被檢流量計(jì)8”一般安裝在導(dǎo) 氣管7”后部。工作時(shí)由操作系統(tǒng)指令電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)變速機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)絲桿、絲桿運(yùn)轉(zhuǎn)使氣缸內(nèi) 的活塞運(yùn)動(dòng)，活塞運(yùn)動(dòng)“擠”出氣體流經(jīng)被檢流量計(jì)。當(dāng)氣缸內(nèi)氣體壓力恒定后，測(cè)量?jī)x(上 下位機(jī)組成的計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng))開始記錄活塞運(yùn)動(dòng)所經(jīng)路程、時(shí)間、溫度和壓力等參數(shù)。由 于活塞直徑(或氣缸內(nèi)徑)參數(shù)已知，經(jīng)簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)計(jì)算可得流量。若測(cè)量?jī)x同步記錄被 檢流量計(jì)的指示流量，可實(shí)現(xiàn)流量計(jì)的檢定校準(zhǔn)。但這類裝置活塞結(jié)構(gòu)較為單一，均為傳統(tǒng) 的圓柱形活塞，適用于進(jìn)行大流量測(cè)試，在測(cè)量小流量時(shí)，使用不便且測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)。此外， 在工作時(shí)氣缸內(nèi)氣體壓力從升壓到穩(wěn)壓需一定的時(shí)間，氣缸容積利用率低；電機(jī)及變速機(jī) 構(gòu)在低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)(即小流量時(shí))活塞有時(shí)會(huì)產(chǎn)生爬行現(xiàn)象，影響測(cè)量精度。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，設(shè)計(jì)一種可正負(fù)壓工作、可實(shí)現(xiàn)檢測(cè)過(guò)程 不間斷流、尤其是能動(dòng)態(tài)檢定低雷諾數(shù)臨界流流量計(jì)的高精度、寬量程雙重活塞式氣體流 量校準(zhǔn)器。為此，本實(shí)用新型采取如下的技術(shù)方案雙重活塞式氣體流量校準(zhǔn)器，包括機(jī)架、 機(jī)架上的氣缸、電機(jī)、測(cè)控系統(tǒng)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)氣缸內(nèi)的活塞，其特征在于所述的活塞為鐘形活 塞，鐘形活塞的中部形成柱形活塞，所述的氣缸形成內(nèi)外兩個(gè)氣室，所述的柱形活塞插入內(nèi) 氣室中，所述的內(nèi)外氣室通過(guò)設(shè)在氣缸外部的出氣管相連，所述的出氣管與被檢流量計(jì)相 接，所述的內(nèi)外氣室還分別外接導(dǎo)氣管，所述的導(dǎo)氣管和出氣管上均設(shè)置流量控制器。在測(cè) 試大流量時(shí)可選用鐘形活塞，低于鐘形活塞的使用下限后，可選用柱形活塞，超過(guò)鐘形活塞 的使用上限后，還可利用柱形活塞和鐘形活塞構(gòu)成的雙重活塞一起進(jìn)行測(cè)量。根據(jù)不同的 測(cè)量需求將鐘形活塞和柱形活塞分段使用，有效利用了氣缸內(nèi)的有限空間，實(shí)現(xiàn)寬量程，高 精度的測(cè)量。作為對(duì)本實(shí)用新型的進(jìn)一步完善和優(yōu)化，所述的外氣室通過(guò)密封圈又分隔為上下 氣室，上氣室和下氣室的同一側(cè)開有出氣口，兩個(gè)出氣口通過(guò)導(dǎo)氣管連通，導(dǎo)氣管上開有氣 體進(jìn)口。該導(dǎo)氣管連通氣缸內(nèi)的上下氣室，可進(jìn)行預(yù)調(diào)流量、雙向檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)不間斷流檢測(cè)， 使校準(zhǔn)器直接檢定流量計(jì)成為可能。也使得缸內(nèi)壓力處于平衡狀態(tài)，不易產(chǎn)生泄漏；更重要 是由于該壓力的平衡，使推動(dòng)活塞前進(jìn)所需的力大為減少，設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)作為動(dòng)力成為可 能，克服了傳統(tǒng)活塞式校驗(yàn)器伺服電機(jī)在低速時(shí)推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)存在不均勻的缺陷。[0006]所述的內(nèi)氣室形成三個(gè)連通的空腔，所述的兩側(cè)空腔內(nèi)設(shè)有白油，其中一側(cè)的空 腔外連所述的內(nèi)氣室導(dǎo)氣管。注入油液，調(diào)整內(nèi)氣室結(jié)構(gòu)，柱形活塞的上下運(yùn)動(dòng)在中間空腔 內(nèi)進(jìn)行，使柱形活塞適用于小流量測(cè)量。所述的柱形活塞設(shè)置在中間空腔內(nèi)，所述中間空腔的下部和下氣室的側(cè)部分別外 連出氣管與所述的被檢流量計(jì)相接。所述連通內(nèi)外氣室的出氣管上設(shè)有一個(gè)流向指示器和兩個(gè)流量控制器，選用不同 的活塞進(jìn)行測(cè)量時(shí)，可用這兩個(gè)流量控制器分別控制內(nèi)氣室和外氣室被壓縮氣體的流量。所述連通上下氣室的導(dǎo)氣管上設(shè)有流向指示器和流量控制器，流向指示器指示流 量和流向，供計(jì)算機(jī)調(diào)控流量，以提高工作效率。所述的外氣室和內(nèi)氣室中均設(shè)有壓力傳感器和溫度傳感器，能即時(shí)將氣體溫度和 壓力參數(shù)傳至計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)檢測(cè)自動(dòng)化。所述的電機(jī)為步進(jìn)電機(jī)，其與絲杠組件相連接，驅(qū)動(dòng)活塞作上下運(yùn)動(dòng)，工作時(shí)上氣 室和下氣室氣壓平衡，驅(qū)動(dòng)活塞時(shí)所需力較小，故電機(jī)可采用功率較小的步進(jìn)電機(jī)，解決伺 服電機(jī)在低速運(yùn)動(dòng)時(shí)導(dǎo)致活塞運(yùn)動(dòng)不均勻的缺點(diǎn)；活塞為立式結(jié)構(gòu)，也可減少因活塞自重 對(duì)密封圈產(chǎn)生的磨損。所述的測(cè)控系統(tǒng)包括硬件和軟件，所述的硬件包括上位計(jì)算機(jī)、下位單片機(jī)控制 器和電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，所述的軟件包括用戶界面、運(yùn)動(dòng)控制模塊、傳感器信號(hào)檢測(cè)模塊、智能 數(shù)據(jù)計(jì)算分析模塊和數(shù)據(jù)庫(kù)模塊和打印輸出模塊。所述的計(jì)算機(jī)與步進(jìn)電機(jī)和流向指示器連接，所述的氣缸內(nèi)設(shè)有光控信標(biāo)，所述 的光控信標(biāo)和計(jì)算機(jī)連接。光控信標(biāo)連接計(jì)算機(jī)控制活塞運(yùn)動(dòng)方向，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)自動(dòng)化，能準(zhǔn) 確測(cè)量出活塞運(yùn)動(dòng)的距離。本實(shí)用新型的有益效果體現(xiàn)在1.將傳統(tǒng)的活塞結(jié)構(gòu)改為組合型的雙重活塞，同 時(shí)優(yōu)化了氣缸內(nèi)的氣室結(jié)構(gòu)使其與雙重活塞相匹配，使用時(shí)可根據(jù)不同的測(cè)量需求選用相 適應(yīng)的活塞來(lái)進(jìn)行測(cè)量，提高了測(cè)量精度，擴(kuò)大了適用范圍；2.在氣缸側(cè)部通過(guò)一導(dǎo)氣管 連通上下氣室，能較好的維持工作時(shí)上下氣室間的壓力平衡，不易產(chǎn)生泄漏，降低電機(jī)功 率，解決了傳統(tǒng)活塞式校驗(yàn)器低速運(yùn)動(dòng)時(shí)存在的缺陷，還可進(jìn)行預(yù)調(diào)流量、雙向檢測(cè)、實(shí)現(xiàn) 不間斷流，使校準(zhǔn)器動(dòng)態(tài)檢定臨界流流量計(jì)流出系數(shù)成為可能。

圖1是現(xiàn)有的活塞式氣體流量校準(zhǔn)器；圖2是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖中1.電機(jī)、2.絲杠組件、3.密封圈、4.流量控制器、5.流向指示器、6.溫度傳 感器、7.柱形活塞、8.白油、9.被檢流量計(jì)、10.出氣管、11.機(jī)架、12.內(nèi)氣室出氣管、13.氣 缸、14.壓力傳感器、15.鐘形活塞16.出氣口 17.導(dǎo)氣管18.入氣口 1”、電機(jī)2”、測(cè)量?jī)x 3”、絲桿組件4”、機(jī)架5”、活塞6”、氣缸7”、導(dǎo)氣管8”、被檢流量計(jì)9”、進(jìn)氣閥。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合說(shuō)明書附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)作進(jìn)一步的說(shuō) 明。[0019]如圖2所示的雙重活塞式氣體流量校準(zhǔn)器，主要由機(jī)架11、機(jī)架11上的氣缸13、 測(cè)控系統(tǒng)構(gòu)成，氣缸13的上部安裝步進(jìn)電機(jī)1，電機(jī)1與絲杠組件2相連接，驅(qū)動(dòng)缸體內(nèi)的 活塞上下運(yùn)動(dòng)?；钊w為鐘形活塞15，其沿鐘形活塞15的中軸形成柱形活塞7，氣缸13 內(nèi)部形成內(nèi)外兩個(gè)氣室，內(nèi)氣室還分隔形成三個(gè)連通的空腔，柱形活塞7插入中間空腔內(nèi)， 兩側(cè)空腔內(nèi)封裝白油8，其中一側(cè)的空腔外連帶流量控制器4的內(nèi)氣室導(dǎo)氣管12。外氣室 通過(guò)密封圈3又分隔為上下氣室，上氣室和下氣室的同一側(cè)開有出氣口 16，兩個(gè)出氣口 16 通過(guò)導(dǎo)氣管17連通，導(dǎo)氣管17上連接流向指示器5和流量控制器4，導(dǎo)氣管上還開有入氣 口 18。外氣室和內(nèi)氣室中均安裝壓力傳感器14和溫度傳感器6。且中間空腔的下部和下 氣室的側(cè)部分別外連出氣管10與被檢流量計(jì)9相接，該出氣管10上設(shè)有一個(gè)流向指示器 5和兩個(gè)流量控制器4，上述的各個(gè)流量控制器4均為電磁閥。測(cè)控系統(tǒng)包括硬件和軟件， 硬件包括上位計(jì)算機(jī)、下位單片機(jī)控制器和電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，軟件包括用戶界面、運(yùn)動(dòng)控制模 塊和傳感器信號(hào)檢測(cè)采集模塊、智能數(shù)據(jù)計(jì)算分析模塊、數(shù)據(jù)庫(kù)模塊、打印輸出模塊等。計(jì) 算機(jī)與步進(jìn)電機(jī)1和流向指示器5連接，氣缸13內(nèi)還設(shè)有光控信標(biāo)，光控信標(biāo)和計(jì)算機(jī)連 接。本實(shí)用新型的具體使用方法如下為了簡(jiǎn)化說(shuō)明，圖2中各個(gè)電磁閥分別用￥1、￥2、￥3和￥4來(lái)表示。當(dāng)只用鐘形活 塞進(jìn)行流量測(cè)試時(shí)，關(guān)閉VI和V3，打開V2和V4，活塞下降后，內(nèi)氣室中被壓縮的空氣從內(nèi) 氣室出氣管流出，這些氣體不會(huì)流經(jīng)被檢流量計(jì)。由于VI關(guān)、V2開，外氣室被壓縮的氣體 只能從V2處流向被檢流量計(jì)完成測(cè)量。只用柱形活塞進(jìn)行小流量測(cè)試時(shí)，關(guān)閉V2和V4，打開VI和V3，外氣室被壓縮的氣 體從導(dǎo)氣管上排出，內(nèi)氣室中被壓縮的氣體只能經(jīng)V3從出氣管流向被檢流量計(jì)完成測(cè)量。使用柱形活塞和鐘形活塞一起測(cè)量時(shí)，關(guān)閉VI和V4，打開V2和V3，內(nèi)外氣室中被 壓縮的氣體只能經(jīng)V2、V3從出氣管流向被檢流量計(jì)完成測(cè)量。校準(zhǔn)器負(fù)壓工作時(shí)，需額外使用干式真空泵，將其連接在被檢流量計(jì)的外側(cè)。氣體 從導(dǎo)氣管上的入氣口進(jìn)入，經(jīng)氣缸下氣室、流向被檢流量計(jì)，再?gòu)恼婵毡梅祷卮髿狻ＴO(shè)此時(shí) 的指示流量為qm，當(dāng)流量穩(wěn)定后，點(diǎn)擊計(jì)算機(jī)開始校驗(yàn)，步進(jìn)電機(jī)以q’ ffl的速度(流量)，驅(qū) 動(dòng)絲桿旋轉(zhuǎn)，絲桿驅(qū)動(dòng)活塞升降，活塞向下運(yùn)動(dòng)“擠”出氣缸內(nèi)氣體。與此同時(shí)，活塞運(yùn)動(dòng)離 開氣缸上氣室“留”出的空間由大氣進(jìn)入填補(bǔ)。計(jì)算機(jī)即時(shí)記錄步進(jìn)電機(jī)步長(zhǎng)和速率、溫度、 壓力、時(shí)間，按一定的數(shù)學(xué)模型計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)體積流量。正壓工作時(shí)，不需使用真空泵，進(jìn)氣口 改接高壓氣源即可，其余與負(fù)壓工作原理相同。
權(quán)利要求雙重活塞式氣體流量校準(zhǔn)器，包括機(jī)架(11)、機(jī)架(11)上的氣缸(13)、電機(jī)(1)、測(cè)控系統(tǒng)，電機(jī)(1)驅(qū)動(dòng)氣缸(13)內(nèi)的活塞，其特征在于所述的活塞為鐘形活塞(15)，鐘形活塞(15)的中部形成柱形活塞(7)，所述的氣缸(13)形成內(nèi)外兩個(gè)氣室，所述的柱形活塞(7)插入內(nèi)氣室中，所述的內(nèi)外氣室通過(guò)設(shè)在氣缸(13)外部的出氣管(10)相連，所述的出氣管(10)與被檢流量計(jì)(9)相接，所述的內(nèi)外氣室還分別外接導(dǎo)氣管(17)，所述的導(dǎo)氣管(17)和出氣管(10)上均設(shè)置流量控制器。
2.按照權(quán)利要求1所述的雙重活塞式氣體流量校準(zhǔn)器，其特征在于所述的外氣室通 過(guò)密封圈(3)又分隔為上下氣室，上氣室和下氣室的同一側(cè)開有出氣口(16)，兩個(gè)出氣口 (16)通過(guò)導(dǎo)氣管(17)連通，導(dǎo)氣管(17)上開有入氣口(18)。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的雙重活塞式氣體流量校準(zhǔn)器，其特征在于所述的內(nèi)氣室 形成三個(gè)連通的空腔，所述的兩側(cè)空腔內(nèi)設(shè)有白油(8)，其中一側(cè)的空腔外連所述的內(nèi)氣室 導(dǎo)氣管(12)。
4.按照權(quán)利要求3所述的雙重活塞式氣體流量校準(zhǔn)器，其特征在于所述的柱形活塞 (7)設(shè)置在中間空腔內(nèi)，中間空腔的下部和下氣室的側(cè)部分別外連出氣管(10)與所述的被 檢流量計(jì)(9)相接。
5.按照權(quán)利要求4所述的雙重活塞式氣體流量校準(zhǔn)器，其特征在于所述連通內(nèi)外氣室 的出氣管(10)上設(shè)有一個(gè)流向指示器(5)和兩個(gè)流量控制器(4)。
6.按照權(quán)利要求2所述的雙重活塞式氣體流量校準(zhǔn)器，其特征在于所述連通上下氣室 的導(dǎo)氣管(17)上設(shè)有流向指示器(5)和流量控制器(4)。
7.按照權(quán)利要求5所述的雙重活塞式氣體流量校準(zhǔn)器，其特征在于所述的外氣室和內(nèi) 氣室中均設(shè)有壓力傳感器(14)和溫度傳感器(6)。
8.按照權(quán)利要求7所述的雙重活塞式氣體流量校準(zhǔn)器，其特征在于所述的電機(jī)(1)為 步進(jìn)電機(jī)，其與絲杠組件(2)相連接，驅(qū)動(dòng)活塞作上下運(yùn)動(dòng)。
9.按照權(quán)利要求8所述的雙重活塞式氣體流量校準(zhǔn)器，其特征在于所述的測(cè)控系統(tǒng)包 括硬件和軟件，所述的硬件包括上位計(jì)算機(jī)、下位單片機(jī)控制器和電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，所述的軟 件包括運(yùn)動(dòng)控制模塊、傳感器信號(hào)檢測(cè)模塊、智能數(shù)據(jù)計(jì)算分析模塊和數(shù)據(jù)庫(kù)模塊。
10.按照權(quán)利要求9所述的雙重活塞式氣體流量校準(zhǔn)器，其特征在于所述的計(jì)算機(jī)與 步進(jìn)電機(jī)⑴和流向指示器(5)連接，所述的氣缸(13)內(nèi)設(shè)有光控信標(biāo)，所述的光控 標(biāo) 和計(jì)算機(jī)連接。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種雙重活塞式氣體流量校準(zhǔn)器?，F(xiàn)有的裝置適用于進(jìn)行大流量測(cè)試，在測(cè)量小流量時(shí)，使用不便且測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)。本實(shí)用新型包括機(jī)架、機(jī)架上的氣缸、電機(jī)、測(cè)控系統(tǒng)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)氣缸內(nèi)的活塞，其特征在于所述的活塞為鐘形活塞，鐘形活塞的中部形成柱形活塞，所述的氣缸形成內(nèi)外兩個(gè)氣室，所述的柱形活塞插入內(nèi)氣室中，所述的內(nèi)外氣室通過(guò)設(shè)在氣缸外部的出氣管相連，所述的出氣管與被檢流量計(jì)相接，所述的內(nèi)外氣室還分別外接導(dǎo)氣管，所述的導(dǎo)氣管和出氣管上均設(shè)置流量控制器。本實(shí)用新型優(yōu)化了氣缸內(nèi)的氣室結(jié)構(gòu)使其與雙重活塞相匹配，使用時(shí)可根據(jù)不同的測(cè)量需求選用相適應(yīng)的活塞來(lái)進(jìn)行測(cè)量，提高了測(cè)量精度，擴(kuò)大了適用范圍。
文檔編號(hào)G01F25/00GK201607267SQ20102030143
公開日2010年10月13日 申請(qǐng)日期2010年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月25日
發(fā)明者沈文新, 程佳, 金嵐, 陳賞順 申請(qǐng)人:浙江省計(jì)量科學(xué)研究院