一種活塞位移型液體流量校準裝置

引言

近年來(lái)，隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，流量測量技術(shù)得到了高速的發(fā)展，與之相應的流量校準技術(shù)也愈來(lái)愈被國內外專(zhuān)家學(xué)者和有關(guān)部門(mén)重視。

傳統的液體流量校準方法有兩類(lèi)：其一是容積（時(shí)間）法；其二是質(zhì)量（時(shí)間）法。其中，容積法又分為靜態(tài)容積法和動(dòng)態(tài)容積法，質(zhì)量法又分為靜態(tài)質(zhì)量法和動(dòng)態(tài)質(zhì)量法。這四種方法雖在一定范圍內能滿(mǎn)足流量校準的要求，但由于技術(shù)發(fā)展水平的限制，卻存在不少明顯的缺點(diǎn)，這些缺點(diǎn)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(zhì)多。
（2）不同程度的開(kāi)放型，是工作介質(zhì)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(zhì)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方法的四個(gè)主要缺點(diǎn)。該裝置采用“動(dòng)態(tài)位移——時(shí)間法”測量原理，其基本測量方法是基于容積和時(shí)間的測量，但又完全不同于上述的靜態(tài)容積法和動(dòng)態(tài)容積法。我們用了三年左右的時(shí)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(shù)指標達到并超過(guò)了美國該裝置的技術(shù)指標。

1 裝置工作原理

裝置工作原理如下：

電機勻速拖動(dòng)活塞把油從油缸中排出并通過(guò)被校流量計。如果在時(shí)間間隔t內活塞移動(dòng)所排出的油的容積為V，則實(shí)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(lái)測量活塞的位移量。電機控制單元用來(lái)接受計算機指令，對電機轉速進(jìn)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(lái)測量油缸出口的油壓和油溫，P2 和T2用來(lái)測量被校流量計處的油壓和油溫，這四個(gè)量用來(lái)進(jìn)行標準容積的壓力和溫度修正。由微機控制整個(gè)系統，并對測量值進(jìn)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(zhù)本質(zhì)上的不同，具體如下：

（1）位移——時(shí)間法裝置校準瞬時(shí)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，故V的測量轉化為l的測量。位移——時(shí)間法裝置是動(dòng)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(shí)間法裝置要求活塞運動(dòng)是勻速的，而活塞式體積管不要求運動(dòng)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(shù)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機械主體系統設計

活塞油缸系統是校準裝置主體系統的核心。設計中主要考慮下述四點(diǎn)：

（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(shí)要充分考慮裝配時(shí)的便于調整。
（4）活塞運動(dòng)過(guò)程中的密封性保障。

2．3硬件設計

系統測控部分硬件結構分為三個(gè)模塊：數據采集模塊、I/O通訊模塊、技術(shù)和邏輯控制模塊。這三個(gè)模塊均采用微機PC總線(xiàn)形式。

圖2 系統測控部分硬件結構圖