活塞式氣體流量裝置的建立

一、氣體活塞裝置的特點

標準體積值準確:標準體積僅與活塞下降的距離及缸體直徑有關，相關影響因素較少。

重復性好：從原理上看，其重復性僅與缸體面積的變化、光柵測量的重復性及密封圈的變形等因素有關，而這些影響因素均很小。

內壓力大：可通過向缸內充以壓縮空氣的方法來實現對缸內平衡壓力的調節(jié)，此裝置的最高內壓力可達到200kPa（表壓100kPa)。

流量穩(wěn)定：由于流量值為活塞運行速度與缸體橫截面積的乘積，活塞由伺服電機帶動，而伺服電機的轉動速度易于調整和控制，因此在試驗時，能夠容易地使流量達到并穩(wěn)定在設定流量點上。

壓力穩(wěn)定：對流量與壓差存在正比關系的流量計，在試驗過程中，靠流量與壓差的自平橫關系，可以在較短的時間內實現壓力穩(wěn)定。

二、 工作原理

1. 工作原理

如圖所示，裝置工作時活塞向下運動，將缸內氣體通過管路、流量計排出。在活塞向下勻速運動時，氣缸內的壓力經過一個上升過程后逐步達到穩(wěn)定值。認為氣體在這個過程中溫度、壓力、體積不發(fā)生變化，由于缸 體內徑已知， 可計算出活塞運行一定距離排出氣體的體積值。以此作為標準體積流量，與流量計示值相比較，從而檢測流量計。

2. 系統(tǒng)組成

活塞式氣體流量裝置主要由伺服電機、減速機構、滾珠絲杠、光柵、活塞缸、活塞、溫度測量系統(tǒng)、壓力測量系統(tǒng)、管路及進、出氣閥門、計算機數據采集和控制系統(tǒng)等組成。

3. 體積流量計算方法

計算活塞下降排出的氣體體積值： Vs = A * h (1)

式中： A——缸體面積，m2;
h——活塞有效下降高度，m;

認為氣體在缸內的溫度、壓力不變，因此活塞排出的氣體體積即為通過流量計的氣體累積流量值。

即：Vp = V s (2)

通過流量計的氣體瞬時體積流量為：qs = Vp / t （3）

式中： qs——標準裝置給出的質量流量，kg/s;
t——試驗時間，s;

三、 機械結構

活塞式氣體流量裝置的核心部分為活塞和缸體。正是活塞缸和活塞組成了缸體內的封閉空間為流量計量提供了準確的體積，工作時活塞在缸內沿著缸軸平移，在保證密封的前提下，活塞缸的內截面積與活塞移動距離的乘積即為裝置給出的標準累 積流量。因此，裝置的設計主要以保證活塞與活塞缸間的密封、活塞缸幾何形狀公差、尺寸公差指標為中心，結合國內機加工條件下的性能價格比等因素進行綜合考慮。

裝置的機械結構主要由缸體、活塞、行程測量系統(tǒng)、減速和絲杠系統(tǒng)、密封系統(tǒng)、底座和加強桿、進出氣管路和閥門等組成。

1. 整體結構的平穩(wěn)與合理

根據類似裝置的結構和運行工作過程，活塞缸應垂直安放，這樣有以下特點：

a 缸筒受力均勻，不易變形。
b 缸內密封用油如滲出發(fā)生積存現象，不會影響標準體積值。
c 活塞自重對缸內壓力有一定的加強。
d 有利于活塞的平穩(wěn)運行，不易產生低速下的爬行現象。
由于電機和傳動系統(tǒng)位于活塞缸上面，為增加穩(wěn)定性和系統(tǒng)剛性另加三根支桿，支桿上與托盤、下與底座連接。

2. 活塞缸

由設計流量進行缸內總體積計算，考慮活塞缸直徑-高度比，將活塞缸的尺寸定為：Ф200mm× 800mm，其中缸筒上下100mm內為非工作區(qū)，加工時主要保證缸筒中間600mm內缸筒內園的不園柱度的形位公差。