[发明专利]基于钟形-柱形双重活塞结构的气体流量校准装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于活塞式工作原理的气体流量试验装置，具体涉及一种基于钟形柱 形双重活塞结构的气体流量校准装置。可正负压工作，为低雷诺数临界流流量计、气体质量 流量控制器、小口径浮子流量计、层流流量计等提供标准流量量值。

背景技术

目前国内的活塞式气体流量校准器基本结构如图1所示，主要由机架4”、气缸6”、活 塞5”、丝杆组件3”、电机1”、进气阀9”和测量仪2”等组成，被检流量计8”一般安装在 导气管7”后部。工作时由操作系统指令电机转动，经变速机构驱动丝杆、丝杆运转使气缸 内的活塞运动，活塞运动“挤”出气体流经被检流量计。当气缸内气体压力恒定后，测量仪 (上下位机组成的计算机操作系统)开始记录活塞运动所经路程、时间、温度和压力等参数 。由于活塞直径(或气缸内径)参数已知，经简单的数学计算可得流量。若测量仪同步记录 被检流量计的指示流量，可实现流量计的检定校准。但这类装置活塞结构较为单一，均为传 统的圆柱形活塞，适用于进行大流量测试，在测量小流量时，使用不便且测量结果不准。此 外，在工作时气缸内气体压力从升压到稳压需一定的时间，气缸容积利用率低；电机及变速 机构在低速运转时(即小流量时)活塞有时会产生爬行现象，影响测量精度。

发明内容

本发明针对现有技术存在的缺陷，设计一种可正负压工作、可实现检测过程不间断流、 尤其是能动态检定低雷诺数临界流流量计的高精度、宽量程双重活塞式气体流量校准器。

为此，本发明采取如下的技术方案：基于钟形-柱形双重活塞结构的气体流量校准装置 ，包括机架、机架上的气缸、电机、测控系统，电机驱动气缸内的活塞，其特征在于所述的 活塞为钟形活塞，钟形活塞的中部形成柱形活塞，所述的气缸形成内外两个气室，所述的柱 形活塞插入内气室中，所述的内外气室通过设在气缸外部的出气管相连，所述的出气管与被 检流量计相接，所述的内外气室还分别外接导气管，所述的导气管和出气管上均设置流量控 制器。在测试大流量时可选用钟形活塞，低于钟形活塞的使用下限后，可选用柱形活塞，超 过钟形活塞的使用上限后，还可利用柱形活塞和钟形活塞构成的双重活塞一起进行测量。根 据不同的测量需求将钟形活塞和柱形活塞分段使用，有效利用了气缸内的有限空间，实现宽 量程，高精度的测量。

作为对本发明的进一步完善和优化，所述的外气室通过密封圈又分隔为上下气室，上气 室和下气室的同一侧开有出气口，两个出气口通过导气管连通，导气管上开有气体进口。该 导气管连通气缸内的上下气室，可进行预调流量、双向检测，实现不间断流检测，使校准器 直接检定流量计成为可能。也使得缸内压力处于平衡状态，不易产生泄漏；更重要是由于该 压力的平衡，使推动活塞前进所需的力大为减少，设计步进电机作为动力成为可能，克服了 传统活塞式校验器伺服电机在低速时推动活塞运动存在不均匀的缺陷。

所述的内气室形成三个连通的空腔，所述的柱形活塞设置在中间空腔内，所述的两侧空 腔内设有白油，其中一侧的空腔外连所述的内气室导气管。注入油液，调整内气室结构，柱 形活塞的上下运动在中间空腔内进行，使柱形活塞适用于小流量测量。

所述中间空腔的下部和下气室的侧部分别外连出气管与所述的被检流量计相接。

所述连通内外气室的出气管上设有一个流向指示器和两个流量控制器，选用不同的活塞 进行测量时，可用这两个流量控制器分别控制内气室和外气室被压缩气体的流量。

所述连通上下气室的导气管上设有流向指示器和流量控制器，流向指示器指示流量和流 向，供计算机调控流量，以提高工作效率。

所述的外气室和内气室中均设有压力传感器和温度传感器，能即时将气体温度和压力参 数传至计算机实现检测自动化。

所述的电机为步进电机，其与丝杠组件相连接，驱动活塞作上下运动，工作时上气室和 下气室气压平衡，驱动活塞时所需力较小，故电机可采用功率较小的步进电机，解决伺服电 机在低速运动时导致活塞运动不均匀的缺点；活塞为立式结构，也可减少因活塞自重对密封 圈产生的磨损。

所述的测控系统包括硬件和软件，所述的硬件包括上位计算机、下位单片机控制器和电 机驱动系统，所述的软件包括用户界面、运动控制模块、传感器信号检测模块、智能数据计 算分析模块和数据库模块和打印输出模块。