[实用新型]一种基于音速喷嘴的气体流量自动控制装置

权利要求书

1.一种基于音速喷嘴的气体流量自动控制装置，其特征在于，包括：

由球阀电机驱动的球阀，所述球阀一端连接上游气体管道，所述球阀远离所述上游气体管道的一端连接减压阀；

由减压阀电机驱动的所述减压阀，所述减压阀设置在所述球阀下游，所述减压阀和所述球阀之间设置温度传感器；

设置在所述减压阀下游的压力传感器，所述压力传感器远离所述减压阀的一端连接音速喷嘴；

所述音速喷嘴，利用所述音速喷嘴的质量阻塞效应将气体质量流量控制过程转化为压力控制过程；

控制器，所述压力传感器、所述温度传感器、所述球阀电机和所述减压阀电机均与所述控制器电连接；

多通球阀，所述多通球阀设置在所述压力传感器和所述音速喷嘴之间。

2.如权利要求1所述的气体流量自动控制装置，其特征在于，所述音速喷嘴具有流道截面面积逐渐缩小的收缩段，所述收缩段的最小截面处为所述音速喷嘴的喉部，通过所述喉部的气流速度达到声速时出现所述质量阻塞效应。

3.如权利要求2所述的气体流量自动控制装置，其特征在于，所述多通球阀具有多个不同出口端，所述多通球阀的所述多个不同出口端与不同喉部截面积的所述音速喷嘴配合实现量程切换。

4.如权利要求1所述的气体流量自动控制装置，其特征在于，所述音速喷嘴中的流动视为一维等熵连续流动，各截面对应的参考状态参数相同，其中临界压力p^*和滞止压力p₀满足：

当p_b≤p^*时，产生所述质量阻塞效应；

当p_bp^*时，不产生所述质量阻塞效应，通过调节p₀使通过所述音速喷嘴的气体产生所述质量阻塞效应，

其中，γ为气体比热容比；p_b为背景环境压力，单位为Pa；p^*为临界压力，单位为Pa；p₀为滞止压力，单位为Pa。

5.如权利要求4所述的气体流量自动控制装置，其特征在于，产生所述质量阻塞效应时，其中，为质量流量，单位为kg/s；ρ为气体密度，单位为kg/m³；u为气体流速，单位为m/s；A为截面面积，单位为m²；ρ^*为临界气体密度，单位为kg/m³；u^*为临界气体流速，单位为m/s；A^*为临界截面面积，单位为m²；R为气体常数，单位为J/(kg·K)；γ为气体比热容比；p₀为滞止压力，单位为Pa；T₀为滞止温度，单位为K。

6.如权利要求5所述的气体流量自动控制装置，其特征在于，对于某种特定气体，气体比热容比γ与气体常数R为常数，当滞止温度T₀与音速喷嘴喉部的截面面积A_e给定时，质量流量与滞止压力p₀呈线性关系。

7.如权利要求6所述的气体流量自动控制装置，其特征在于，当气体为比热容比γ＝1.4，R＝287J/(kg·K)的空气时，其中，为质量流量，单位为kg/s；p₀为滞止压力，单位为Pa；A_e为音速喷嘴喉部的截面面积，单位为m²。

8.如权利要求1所述的气体流量自动控制装置，其特征在于，所述减压阀用于调节并稳定气体的滞止压力p₀。

9.如权利要求8所述的气体流量自动控制装置，其特征在于，所述压力传感器用于测量所述滞止压力p₀。

10.如权利要求2所述的气体流量自动控制装置，其特征在于，所述球阀用于控制气体的流入。