一種活塞位移型液體流量校準裝置

引言

近年來，隨著科學技術的進步，流量測量技術得到了高速的發(fā)展，與之相應的流量校準技術也愈來愈被國內外專家學者和有關部門重視。

傳統(tǒng)的液體流量校準方法有兩類：其一是容積（時間）法；其二是質量（時間）法。其中，容積法又分為靜態(tài)容積法和動態(tài)容積法，質量法又分為靜態(tài)質量法和動態(tài)質量法。這四種方法雖在一定范圍內能滿足流量校準的要求，但由于技術發(fā)展水平的限制，卻存在不少明顯的缺點，這些缺點主要是：

（1）裝置體積相對龐大，占用工作面積大，需要工作介質多。
（2）不同程度的開放型，是工作介質容易揮發(fā)、蒸發(fā)和被污染等，既影響校準準確度，又使更換介質的周期縮短。
（3）由于受本身結構的限制，總準確度很難再提高。
（4）用計算機控制比較困難。

九十年代初，美國推出了一種新型的液體流量校準裝置，它基本上克服了上述傳統(tǒng)方法的四個主要缺點。該裝置采用“動態(tài)位移——時間法”測量原理，其基本測量方法是基于容積和時間的測量，但又完全不同于上述的靜態(tài)容積法和動態(tài)容積法。我們用了三年左右的時間按該原理研制成功了一套滑油流量校準裝置，其主要技術指標達到并超過了美國該裝置的技術指標。

1 裝置工作原理

裝置工作原理如下：

電機勻速拖動活塞把油從油缸中排出并通過被校流量計。如果在時間間隔t內活塞移動所排出的油的容積為V，則實際（標準）流量qs為：

把qs與被校流量計相應的指示流量q相比較，即可確定被校流量計的誤差，從而達到校準流量計的目的。

圖1中球柵尺用來測量活塞的位移量。電機控制單元用來接受計算機指令，對電機轉速進行控制。P1、P2和T1、T2分別為兩支壓力和兩支溫度傳感器，其中P1 和T1用來測量油缸出口的油壓和油溫，P2 和T2用來測量被校流量計處的油壓和油溫，這四個量用來進行標準容積的壓力和溫度修正。由微機控制整個系統(tǒng)，并對測量值進行分析計算，最后輸出校準結果。

圖1中的活塞油缸結構在形式上與活塞式體積管相似，但它們之間存在著本質上的不同，具體如下：

（1）位移——時間法裝置校準瞬時流量，活塞式體積管是校準累積流量。

（2）l為位移量，A為油缸的環(huán)形內截面積。由于油缸的加工保證了A為常數(shù)，故V的測量轉化為l的測量。位移——時間法裝置是動態(tài)位移測量，而活塞式體積管是靜態(tài)位移測量。

（3）位移——時間法裝置要求活塞運動是勻速的，而活塞式體積管不要求運動是勻速的，甚至走走停停都行。

2 校準裝置的設計

2．1主要設計技術指標

流量范圍：（0.1-10）m3/h
裝置不確定度：0.05%
裝置流量確定性：0.02%
溫度范圍：室溫-150℃

2．2機械主體系統(tǒng)設計

活塞油缸系統(tǒng)是校準裝置主體系統(tǒng)的核心。設計中主要考慮下述四點：

（1）按裝置總不確定度的要求計算分配給油缸與活塞桿的加工準確度要求，即平行度和橢圓度要求。
（2）活塞、油缸、導軌、電機軸等之間的配合準確度要求。
（3）設計時要充分考慮裝配時的便于調整。
（4）活塞運動過程中的密封性保障。

2．3硬件設計

系統(tǒng)測控部分硬件結構分為三個模塊：數(shù)據(jù)采集模塊、I/O通訊模塊、技術和邏輯控制模塊。這三個模塊均采用微機PC總線形式。

圖2 系統(tǒng)測控部分硬件結構圖